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DOC. 1 : EXTRAIT DE L'ETIQUETTE D'UNE "BOISSON POUR LE SPORT"
La valeur énergétique des aliments est souvent disponible sur l'emballage
(en kilocalories, ou en kilojoules : 1 kcal = 4,18 kJ).
A quoi correspond cette indication ?
DOC. 2 : ETUDE EXPERIMENTALE DE L'EVOLUTION D'UN SYSTEME CHIMIQUE. On plonge une lame de fer Fe de masse mi = _ _ _ _ _ _ _ dans environ 50 mL
d'une solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO42 -) de concentration C =
0,10 mol.L-1. On attend quelques heures. 1) Décrire un système chimique et son évolution.
a. Décrire qualitativement le système à l'état initial.
b. Comment savoir si le système étudié a subi une transformation
chimique ?
c. Décrire qualitativement le système à l'état final. Justifier en
détaillant les observations, les tests ou les mesures qui ont été
nécessaires.
d. Le système a-t-il subi une transformation chimique ? Si oui, quels en
sont les réactifs et les produits ?
e. Comment qualifier les ions sulfate ? 2) La réaction chimique et son équation.
a. Ecrire la réaction chimique associée à cette transformation.
b. Ecrire l'équation de cette réaction chimique. DOC. 3 : LE SPORTIF : UNE USINE A TRANSFORMATION CHIMIQUE. Les activités physiques nécessitent un apport d'énergie : cette énergie est
libérée au cours de transformations chimiques se produisant dans
l'organisme et dont les réactifs de base sont les glucides, les lipides et
les protides.
Les besoins énergétiques journaliers d'un être humain sont estimés à
11 500 kJ (kilojoules) mais, lors d'un effort physique, ces besoins
augmentent considérablement et l'énergie nécessaire doit être libérée très
rapidement et en quantité importante, en relation avec la durée et
l'intensité de l'effort fourni.
Une des principales réserves d'énergie est le glycogène, molécule
stockée dans les muscles (environ 400 g) et le foie (environ 100 g). Durant
un effort physique, le glycogène libère du glucose, qui va servir de
réactif à des transformations produisant de l'énergie. Le schéma ci-contre
montre deux processus simplifiés envisageables :
- l'un se produit lors d'efforts intenses et brefs : c'est le processus
anaérobie,
- l'autre se produit lors d'efforts longs et endurants : c'est le
processus aérobie.
Le processus aérobie libère une quantité d'énergie qu'on estime à 2800 kJ
par mole de glucose. L'énergie libérée par la transformation chimique n'est
pas intégralement exploitée en énergie mécanique. L'usine à transformations
chimiques qu'est le muscle possède un faible rendement : environ 25% de
cette énergie va servir pour l'effort musculaire, le reste étant perdu sous
forme de chaleur. Cette dernière va avoir pour effet d'augmenter la
température du corps et de déclencher un mécanisme réflexe de sudation,
dans lequel l'eau expulsée rafraîchit le corps, atténuant cette
augmentation de température. 1. Que signifient les adjectifs "aérobie" et "anaérobie" ?
2. Dans lequel des deux processus évoqués par le document la transformation
chimique peut-elle être considérée comme une combustion complète ?
3. En déduire l'équation ajustée de la transformation de dégradation du
glucose par voie aérobie.
4. En utilisant les données du texte, calculer :
a. la valeur de l'énergie musculaire obtenue par combustion d'une mole de
glucose ;
b. la quantité de matière, puis la masse de glucose seul qu'il est
nécessaire de consommer pour couvrir les besoins moyens journaliers
d'un être humain. Que suggère ce résultat ? La masse molaire du
glucose est de 180 g/mol.
5. Ecrire l'équation ajustée de la réaction se produisant lors du processus
anaérobie de dégradation du glucose.
6. En considérant que les effets de la sudation sont principalement dus à
l'évaporation de la sueur, quel est l'effet thermique accompagnant cette
évaporation ? S'agit-il d'une transformation chimique ?
EXERCICE 1 : AJUSTER DES NOMBRES ST?CHIOMETRIQUES.
Recopier les équations de réaction suivantes en ajustant les nombres
st?chiométriques de façon à ce qu'elles soient correctes.
a) Synthèse de l'eau : _ _ _ H2 (g) + _ _ _ O2 (g) ( _ _ _ H2O (l)
b) Réaction de l'arbre de Diane : _ _ _ Ag+ (aq) + _ _ _ Cu (s) ( _ _ _
Ag (s) + _ _ _ Cu2+ (aq)
EXERCICE 2 : LA RESPIRATION La respiration est l'un des premiers phénomènes biologiques pour lesquels
les transformations chimiques ont été mises en évidence. Les textes ci-
dessous retracent l'étude de ces transformations par Laplace et Lavoisier à
la fin du XVIIIe siècle. Texte 1 : « La respiration est présente chez tous les êtres vivants,
bactéries, plantes et animaux. Au XVIIIe siècle, Antoine Lavoisier affirma
que les gaz échangés lors de la respiration étaient de l'oxygène et de
"l'air fixé" (gaz carbonique). Avec Pierre-Simon Laplace, il réalisa les
premières mesures de ces échanges chez des animaux. Leur méthode, dite de
confinement, consistait à placer un petit animal dans une enceinte étanche
de volume interne connu et à analyser l'air en fin d'expérience, afin de
déterminer la quantité d'oxygène consommé. Des mesures plus précises ont
ensuite montré que l'air inspiré contient 21% d'O2 et 0,03% de CO2, tandis
que l'air expiré, chez les mammifères, contient 16% d'O2 et 5% de CO2. La
concentration de l'azote (78% de l'air) et des autres gaz n'est pas
modifiée par la respiration. Ces échanges gazeux entre un organisme et son
milieu sont appelés respiration "externe". L'oxygène ainsi puisé est
utilisé comme comburant par les cellules, au cours des réactions chimiques
qui leur permettent de produire de l'énergie. »
D'après S. Etien, D. Isabey et P. Le Rouzic, « La respiration », La
Recherche, septembre 2008 Texte 2 : « La respiration n'est qu'une combustion lente de carbone et
d'hydrogène, qui est semblable en tout à celle qui s'opère dans une lampe
ou dans une bougie allumée, et que, sous ce point de vue, les animaux qui
respirent sont de véritables corps combustibles qui brûlent et se
consument. Dans la respiration, [...] c'est la substance même de l'animal,
c'est le sang qui fournit le combustible, si les animaux ne réparaient pas
habituellement par les aliments ce qu'ils perdent par la respiration,
l'huile manquerait bientôt à la lampe, et l'animal périrait, comme une
lampe s'éteint lorsqu'elle manque de nourriture. »
Extrait du Premier mémoire sur la respiration des animaux, Mémoires de
l'Académie des sciences, MM Lavoisier et Seguin (1789) 1) D'après le texte 1, quel gaz est un réactif de la transformation
chimique à l'?uvre lors de la respiration ? Quel gaz en est un produit ?
Que dire du diazote vis à vis de cette transformation ? Justifier.
2) D'après le texte 1, quel point commun existe-t-il entre respiration et
combustion ?
3) Dans le texte 2, la respiration est une "combustion lente" pour
Lavoisier.
a. Quel est alors le combustible ? le comburant ?
b. Expliquez la phrase soulignée. Pourquoi les besoins alimentaires
augmentent-ils lors d'une pratique sportive ?
c. Ecrivez l'équation de la combustion complète du méthane (CH4) en
présence de dioxygène : les produits sont l'eau et le dioxyde de
carbone.
EXERCICE 3 : COMBUSTION DES NUTRIMENTS
Recopier en ajustant les nombres st?chiométriques des équations de
combustion suivantes.
a. Combustion complète du lactose (C12H22O11) : _ _ C12H22O11 + _ _ O2 ( _
_ CO2 + _ _ H2O
b. Combustion complète de l'acide palmitique (acide gras) : _ _ C16H32O2 +
_ _ O2 ( _ _ CO2 + _ _ H2O
c. Combustion de la glycine (acide aminé) : 4 C2H5O2N + _ _ O2 ( _ _ CO2 +
_ _ H2O + _ _ N2
EXERCICE 4 : REACTIFS, PRODUITS OU SPECTATEURS ?
Pour chaque transformation, identifier les réactifs, les produits, et, s'il
y a lieu, les espèces spectatrices. EXERCICE 5 : LES CHAUFFERETTES CHIMIQUES. Afin de se protéger du froid, les alpinistes peuvent utiliser des
"chaufferettes", c'est à dire des pochettes qui, sous l'action d'une
pression sur un petit disque métallique placé à l'intérieur, peuvent
dégager de la chaleur. Ces chaufferettes contiennent des cristaux d'acétate
de sodium ainsi qu'une solution aqueuse d'acétate de sodium de formule
brute C2H3O2Na. Cette solution est en surfusion, c'est à dire à l'état
liquide bien qu'à température inférieure à sa température de fusion, égale
à 54°C à la pression atmosphérique. 1. La concentration en acétate de sodium des solutions contenues dans les
chaufferettes vaut 2,44 mol.L-1. Quelle masse d'acétate de sodium faut-
il dissoudre pour préparer une chaufferette de 200 mL ? 2. Qu'est-ce que la température de fusion d'un solide ? Pourquoi est-ce
étonnant que la solution d'acétate de sodium reste liquide ? 3. Lorsqu'une pression est appliquée sur le disque métallique, la
solidification de l'acétate de sodium débute et la température de
chaufferette monte à 40°C. Interprétez ce phénomène. 4. Après utilisation, la chaufferette devient solide. Que faire pour
pouvoir la réutiliser ? Données : M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ;
M(Na) = 23,0 g.mol-1 -----------------------
EXERCICE 6 : EQUATIONS A AJUSTER.