Trame du cours L`air qui nous entoure

Objectifs du chapitre 2 :
L’air qui nous entoure.
Autoévaluation
Acquis
Livre p 32 et p46 à 47
Non-acquis
Remédiation
Mobiliser ses connaissances
Connaître la composition de l’air en volume.
(I)-N°2-14 p37-38-39
Connaître l’importance du dioxygène.
5-17 p 37-39
Connaître les principales caractéristiques physiques de l’air
(compressibilité, masse...).
Connaitre l’unité de la grandeur pression.
(II)- fiche exos (1) – n°37-8-9-10-14 p53-54-55
(II)-DM- fiche exos (1)
Connaître l’appareil permettant de mesurer une pression.
(II)-DM- fiche exos (1)
S’approprier.
(I-II)
Extraire d’un document les informations relatives à la composition
de l’air et au rôle du dioxygène.
Analyser.
Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter : la
compressibilité d’un gaz et les différences entre corps purs et
mélanges.
Proposer une expérience pour mettre en évidence le caractère
compressible de l’air.
Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter : la
diffusion d’un gaz dans l’air, la diffusion d’un soluté dans l’eau
(sucre, colorant, dioxygène…)
(II)- fiche exo (II)
(II)- - fiche exos
(II)- fiche exo (III)
Réaliser
Mesurer une pression.
(II)
Valider
Percevoir la différence entre réalité et simulation.
(I)- fiche exo (I)
Communiquer
Ecrire un résultat de manière adaptée.
Activité 1
Domaines travaillés du socle commun
Domaine 1- Les langages pour penser et communiquer.
Exploiter des ressources scientifiques variées et adaptées au niveau
visé.
Utiliser un calcul littéral simple.
Exprimer des grandeurs dans les unités adaptées.
Produire et utiliser des représentations.
Lire et comprendre des documents variés ; produire des écrits
scientifiques en utilisant l’argumentation et le vocabulaire
spécifique à la physique et chimie.
Passer d’une forme de langage scientifique à une autre
Domaine 2- Les méthodes et outils pour apprendre.
Distinguer un fait prouvé, d’une croyance.
Comprendre et respecter des consignes
Domaine 3- La formation de la personne et du citoyen.
Apprendre à résoudre les conflits sans agressivité.
Travailler avec des personnes différentes.
Domaines 4 et 5- Les systèmes naturels et les systèmes techniques et les représentations du monde et
l’activité humaine.
Structure de la matière
Expliquer par l’histoire des sciences, comment celles-ci évoluent
et influencent la société.
Estimer et contrôler ses résultats, notamment en utilisant les
ordres de grandeurs.
Estimer des ordres de grandeurs.
I.
Composition de l’air.
Activité documentaire 1: Vidéo : « Il était une fois les découvreurs : Lavoisier et la chimie »
http://www.dailymotion.com/video/xftxnl_il-etait-une-fois-les-decouvreurs-episode-12-part12_tech
1/ A l’époque, on pensait que la chaleur était un élément particulier : Quel est son nom ? Le phlogiston
2/ En 1769, comment Lavoisier fait-il pour obtenir de l’eau pure et prouver que « l’eau se transforme en terre
avec la chaleur » est faux ? Il distille à plusieurs reprises de l’eau de pluie.
3/ Complète la phrase : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »
4/ En 1774, quel chimiste anglais trouve qu’il y a deux sortes d’air dans l’air ? Quel gaz permet de faire bruler ?
Joseph Priestley
5/ Quel est l’air vital selon LAVOISIER ? C’est le dioxygène.
6/ Quel chimiste Anglais confirme que l’eau n’est pas un élément ? Henry cavendish
7/ Quelle expérience Lavoisier réalise-t-il pour prouver que l’eau est constituée d’oxygène et d’hydrogène ? Il
met en contact du dihydrogène et du dioxygène au contact d’une étincelle (créée avec une machine de
Wimshusrt). I reproduit ainsi de l’eau liquide qu’il boit.
8/ Comment Lavoisier meurt-il ? Il meurt guillotiné pour en avoir trop fait !
Activité documentaire 2: L’expérience historique d’Antoine Laurent Lavoisier et
Priestley (1774)
1/ Compare les deux schémas en notant bien les deux différences essentielles.
Le volume d’air sous la cloche diminue et il se forme une couche d’oxyde de mercure à la surface de la cornue :
Cela veut donc dire que la partie respirable de l’air, le dioxygène a été consommée.
2/ L’air est-il constitué d’un ou de plusieurs gaz ? Cite ce ou ces gaz.
Il s’agit du diazote et du dioxygène : L’air est donc un mélange de plusieurs gaz.
3/ Déduire ce ces mesures le pourcentage de « diazote »contenu dans l’air et le pourcentage de
dioxygène.
On en conclut qu’il y a 73% de « diazote » dans l’air et 27% de « dioxygène » dans l’air.
4/ Dans le ballon ci-dessous, représente les molécules de « diazote » en bleu et de « dioxygène » en
rouge avec les proportions trouvées par Lavoisier.
Activité documentaire 3 évaluée par binôme : évolution de la composition de
l’atmosphère terrestre
1/ Il y a 4.5 milliards d’années, quel gaz état présent dans la plus grande proportion ? Comment est-il
apparu ? (Utilise le graphe ET le texte) C’est l’eau sous forme de vapeur qui serait arrivée de l’impact des
comètes et météorites glacées.
2/ Qu’est devenue l’eau de l’atmosphère terrestre de 4.5 à 4.2 milliards d’années ? (Utilise le texte)Elle
s’est liquéfiée car la surface de la planète s’est refroidie. Il s’est formé un immense océan primitif. 3/ Quel gaz
a vue sa proportion grimper en flèche de 4.5 à 4.2 milliards d’années ? (Utilise le graphe) C’est le «
diazote » noté N2.
4/ Qu’est ce qui est à l’origine, il y a 3.8 milliards d’années, de l’apparition du dioxygène ? (Utilise le
graphe ou/et le texte)
Ce sont les cyanobactéries qui sont apparues dans les océans qui ont commencé à effectuer la photosynthèse.
5/ Quelle est la composition actuelle de l’atmosphère terrestre : (Utilise le tableau)21% de dioxygène, 78
% de diazote, 0.93 % d’argon et quelques gaz en très faibles proportions : L’ozone, l’eau, le dioxyde de carbone,
dihydrogène, Néon, hélium, krypton, Xénon...6/ Compare ces proportions de gaz aux proportions
trouvées par Lavoisier ? (Utilise l’activité 1)Elles sont peu différentes : Lavoisier avait trouvé 27% de
dioxygène dans l’air pour 73% de diazote. Avec le matériel de l’époque, c’est déjà une prouesse d’arriver à des
résultats aussi proches de la réalité.
7/ Dans le ballon ci-dessous, représente les molécules de « diazote » en bleu et de « dioxygène » en
rouge avec les proportions actuelles.
9/ Dans quelle couche de l’atmosphère vit-on ? Nous vivons dans la troposphère
10/ Dans quelle couche de l’atmosphère se situe la couche d’ozone ? Quel est son effet sur la
température ? Elle se situe dans la stratosphère. Elle permet d’augmenter la température de l’atmosphère.
11/ « Plus on monte en altitude, plus il fait froid ». Est-ce vrai ? Commente.
Ce n’est pas vrai car dans la stratosphère et dans la thermosphère, la température augmente.
12/ Que fait la pression de l’air quand l’altitude augmente ? Pourquoi ?
La pression diminue tout le temps. Arrivé dans la thermosphère, la pression est très faible : C’est la fin de
l’atmosphère terrestre, il n’y a quasiment plus d’air.
A retenir :
L’air est un mélange de plusieurs gaz : sa composition en volume est :
• 78% de diazote : on arrondira à 80 % soit 4/5. • 21% de dioxygène : on arrondira à 20% soit 1/5. Il existe aussi plein d’autres gaz présents
en très faibles proportions : 1% ( Exemples : l’argon, le dihydrogène, le méthane ou le dioxyde
de carbone. On peut représenter la composition à l’aide du modèle moléculaire : Activité documentaire 4: Quel est le rôle du dioxygène.
1/ Compare la composition de l’air expiré et de l’air inspiré (fig 1)L’air expiré est riche en diazote, plus
pauvre en dioxygène, plus riche en dioxyde de carbone. Dans l’air expiré, c’est toujours le diazote qui est le plus
abondant.
2/ Quel gaz a été consommé lors de la respiration ? (fig 1) et (fig 2)C’est le dioxygène de l’air qui a été
consommé. Il permet la respiration.
3/ Cite les gaz échangés avec l’air lors de la respiration des plantes. (fig 2)La plante respire comme les
hommes : elle consomme du dioxygène et produit du dioxyde de carbone.
4/ Comment s’appelle le phénomène qui s’ajoute à la respiration des plantes pendant la journée ?
(texte) C’est la photosynthèse. Grâce au soleil, la plante « mange » du dioxyde de carbone et produit du
dioxygène.
5/ Application : Quel est l’intérêt de sauvegarder les grandes forêts ? Avec la photosynthèse, la végétation
produit du dioxygène, gaz vital.
6/ Où la combustion est-elle la plus vive : dans l’air ou dans le dioxygène pur ?
C’est dans le dioxygène que la combustion est la plus vive.
7/ Sur une bouteille de dioxygène, on a le pictogramme : . Explique.
Il joue le rôle de comburant : il fait « brûler ».
8/ Application : Explique alors pourquoi le mistral attise les incendies de forêt dans le var. L’air, chargé
de dioxygène, entretient la combustion du bois grâce à un apport permanent de dioxygène.
A retenir :
Lavoisier avait déjà montré en son temps que le dioxygène était un air vital, indispensable à la
vie. Il est aussi indispensable pour les combustions.
II.
L’air a-t-il une masse ?
Démarche d’investigation évaluée.
1 L d’air pèse donc 1,2 g d’après notre expérience (en fait, en théorie, c’est entre 1,2g et 1,3 g). L’air pèse donc
car il est constitué de molécules qui ont une masse.La salle de classe fait 3m de haut, 10 m de longueur et 7 m de
largeur soit un volumeEn litre, cela fait V = 210 000 L , ce qui fait donc une masse de
Incroyable !
A retenir :
Comme toute la matière, l’air a une masse car il est constitué de molécules qui ont une masse (une
molécule pèse environ 10-24 kg).
Dans les conditions habituelles de pression et de température :
1 litre d’air pèse environ 1,3 g
La masse d’un litre d’air est beaucoup plus petite que celle d’un litre d’eau car c’est un état dispersé
et non compact de la matière. Il y a beaucoup de vide entre les molécules.
III.
La pression de l’air.
Rappels sur volume et capacité
Tableau de conversions
1m3 = 1 kL ; 1 L = 1dm3 ;1 L = 1000 cm3 ;1 cm3 = 1 mL ;1m3 = 1000 L = 1000 dm3 1 L = 1000 mL Activité documentaire et expérimentale n°5: La pression de l’air.
Partie 1 : expérience professeur + seringue (avec les élèves en classe).
1/ En quelle(s) unité(s) est gradué le manomètre ? En bar, et celui de la classe en hPa
2/ Note au repos la valeur lue sur le manomètre : Elle est de 1 bar
3/ Appuie sur le piston et note la valeur lue sur le manomètre : Elle monte à 1,5 bar
4/ Tire sur le piston et note la nouvelle valeur lue : Elle descend à 0,6 bar.
Partie 2 : animation sur le site internet (vidéoprojecteur en classe).
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/chimie/air_pression.
htm
Partie 3 : Manipulation en classe. (professeur et élèves).
2 forces sont en duel : la force de l’eau(poids) et la force de l’air (pression).
La force la plus forte est la force de l’air car la feuille retient l’eau liquide.
Explication avec les molécules : Les molécules d’air situées sous la feuille appuient dessus plus fortement que
les molécules d’eau.
Partie 4 : Avec ballon de baudruche.
Partie 5 : Animation pompe à vélo. (professeur et élèves).
http://physikos.free.fr/file/11-4eme/4eme-chimie/4eme-chimiechapitre%202%20air/animation/pompe%20a%20velo.jar
Partie 6 : Travail à la maison : Fin de l’activité sur l’altitude et la météo.
1/ Qu’est ce que la pression atmosphérique ? C’est l’action exercée par l’air à la surface de la Terre, c'est-àdire le poids de l’air sur nos têtes.
2/ Compare les résultats des deux figures 2 et 3. Dans quel cas la pression est-elle la plus faible ?
C’est au sommet du Puy de Dome en altitude que la pression est la plus faible.
3/ Explique, à l’aide de tes connaissances, pourquoi le niveau de mercure est plus bas dans le tube
de la figure 3. Cela est dû au fait que l’air exerce une force plus faible à la surface de la cuve de mercure
puisqu’il y a moins de molécules d’air (les chocs sont moins nombreux). Dans le tube de Torricelli, le niveau de
mercure est donc plus bas car la force exercée par l’air à l’extérieur est plus faible.
4/ Pourrait-on remplacer le mercure par de l’eau, en sachant que le mercure pèse 13.6 fois plus que
l’eau ? Cela est possible, mais il faudrait que le tube soit très haut dans ce cas.
5/ A la pression atmosphérique, trouve la hauteur de la colonne d’eau qui appuierait autant que la
colonne de mercure de 76 cm. Il suffit de faire un produit en croix. L’eau pesant 13.6 fois plus, il suffit de
faire : h = 13.6 x 76 cm = 10.33 m.
6/ Application : Pourquoi le niveau de la menthe à l’eau monte-t-il dans la paille. Explique avec la
pression atmosphérique. Le niveau monte car en aspirant, on crée une dépression : la pression à l’intérieur de
la paille devient inférieure à la pression atmosphérique. L’air extérieur appuie alors plus fortement sur la surface
liquide du verre et le liquide monte.
Expérience professeur « canette écrasée » + fiche explication distribuée.
A retenir : La pression d’un gaz est due aux chocs des molécules d’air sur les parois du flacon qui le contient. ème
Elle s’exprime en « Pascal » (Pa), en hommage au physicien Blaise Pascal (XVII
), ou en « bar » (bar). Elle se mesure avec un manomètre ou un baromètre. Comme tous les gaz, l’air est expansible et compressible car il existe des espaces vides entre les
molécules : Ces espaces peuvent être :
diminués en comprimant (augmentant la pression).
augmentés en détendant (diminuant la pression).
Lorsque l’air n’est pas contenu dans un récipient, il appuie sur tout ce qui existe : c’est la
pression atmosphérique « Patm ».
On estime en moyenne au niveau de la mer, Patm = 1 013 hPa
La pression diminue avec l’altitude car il y a moins de molécules d’air qui appuient.
Les molécules deviennent de plus en plus rares et l’espace vide entre elles augmente.
Exercices :
Feuille d’exercices
Propositions pour révision contrôle : Animations et QCM sur le site.
Evaluation sommative