Les acides carboxyliques

Le groupement carboxyle est le groupe caractéristique des acides carboxyliques. Mais pourquoi parle-t-on d’acides au juste ?

Solubilité dans l’eau et pH :

Étude avec l’acide ethanoïque (acide E) et l’acide benzoïque (acide B).

• Pour chacun, nous avons prélever 2 mmol du produit et nous avons testé sa solubilité dans 50 mL d’eau au pH neutre. D’après les masses molaires de l’acide ethanoïque (60 g/mol) et de l’acide benzoïque (122 g/mol), nous avons prélevé 0,12 g d’acide E et 0,24 g d’acide B. Nous avons observé que l’acide E est soluble dans l’eau alors que l’acide B ne l’est pas ou très peu. Cette différence s’explique par la différence de taille de la chaîne carboné des deux acides :

 

• Pour chacun nous avons ensuite testé leur solubilité dans une solution de pH 2, c’est à dire acide. Les résultats sont les même, à savoir, l’acide E est soluble alors que l’acide B ne l’est pas pour les même raisons que ci-dessus.

• Enfin, pour chacun nous avons testé leur solubilité dans une solution basique de pH 11. Cette fois les résultats sont encore les même pour l’acide E qui est soluble dans toutes nos solutions, par contre l’acide B, qui n’était jusqu’ici jamais soluble, l’est plus dans la solution basique ! Nous nous sommes alors demandé pourquoi. Il se trouve qu’une solution, lorsqu’elle est basique, attire les ions H+. Nos molécules d’acides E et B, deviennent alors de cette forme :

 

Les acides carboxyliques sont donc appelés “acides” parce qu’ils n’existent pas en milieu basique. En effet, ils deviennent alors leurs ions correspondants (suffixe en -ate).

Réflexions:

Garance: Ce TP et le cours associé, m’a fait découvrir de nouvelles familles de molécules. Notamment les acides carboxyliques et c’est intéressant de savoir pourquoi ils s’appellent comme ça.

Camille: J’ai apprécié les mesures de prévention lors de ce TP, qui étaient très importantes avec les différents produits utilisés. De plus, j’ai aussi trouvé très intéressant de découvrir avec précision au niveau moléculaire, les changements possible liés au milieu, basique ou acide.

Léa: Ce TP m’a permis de revoir les différents pH (acide, neutre, basique). De plus, j’ai aussi découvert de nouvelles familles de molécules qui expliquent beaucoup de choses lors de réactions chimiques.

Myriam: Ce TP m’a appris à prendre des mesures de préventions avec des produits dangereux. De plus, j’ai découvert de nouvelles familles de molécules et la façon dont on les nomme.

Générateur et récepteur d’énergie électrique

La représentation du graphique de la tension aux bornes d’un dipôle en fonction de l’intensité du courant qui le traverse est appelée la “caractéristique du dipôle”. Dans ce TP, nous allons nous intéresser aux caractéristiques d’un générateur (ici une pile plate), ainsi qu’à celles d’un récepteur (ici un conducteur ohmique).

1- Caractéristique d’un générateur (pile plate)

Montage avec une pile

A l’aide de l’ampèremètre branché en série et du Voltmètre branché en dérivation, nous avons pu mesurer, pour différentes valeurs de résistance R’, la tension U aux bornes de la pile et l’intensité du courant I qui la traverse. Ces valeurs sont répertoriées dans le tableau ci-dessous. Il nous permet, en plus, de créer le graphique correspondant qui représente donc la caractéristique de la pile.

          

 

Nous pouvons constater qu’une droite se crée très distinctement, il s’agit donc d’une fonction affine de la forme ax+b.

Ici, l’axe des abscisses représente l’intensité, le “x” représente donc l’intensité (en Ampère).

Le “b” correspond à l’ordonnée à l’origine, lorsque l’intensité est nulle, soit la tension à vide, on appelle cela la force électromotrice de la pile (fem), notée E, il remplace donc le “b”. Sur la pile, il est écrit 6V, cependant, la pile a déjà été consommée, c’est pourquoi, nous pouvons constater une force électromotrice de 4,8V.

Le “a” correspond quant à lui à l’opposé de la résistance interne (en  Ω Ohm) notée r, en effet, nous constatons que la droite est décroissante mais une résistance est toujours positive, il faut donc la rendre négative. Ici, nous pouvons déterminer une résistance de 1,04 Ω.

Pour conclure, nous pouvons constater que pour un générateur, la relation entre la tension à ses bornes et l’intensité du courant qui le traverse est  U = E – R*I

2-Caractéristique d’un récepteur et mise en évidence de l’effet Joule

Montage avec un conducteur ohmique

A l’aide de l’ampèremètre branché en série et du Voltmètre branché en dérivation, nous avons pu mesurer, pour différentes valeurs de la tension aux bornes du générateur, la tension U aux bornes du conducteur ohmique et l’intensité au courant qui le traverse. Ces valeurs sont répertoriées dans le tableau ci-dessous. Il nous permet, en plus, de créer le graphique correspondant qui représente donc la caractéristique du conducteur ohmique.

        

Nous pouvons constater qu’une droite  passant par l’origine se crée très distinctement avec une relation de proportionnalité observée, il s’agit donc d’une fonction linéaire de la forme ax.

Ici aussi, l’axe des abscisses représente l’intensité, le “x” représente donc l’intensité (en Ampère).

Le “a” correspond ici aussi à la résistance interne (en  Ω Ohm) notée r. Il l’est ici pas nécessaire de prendre son opposé, la droite est en effet bien croissante. Ici, nous pouvons déterminer une résistance de 0,51 Ω.

Pour conclure, nous pouvons constater que pour un récepteur, la relation entre la tension à ses bornes et l’intensité du courant qui le traverse est  U = R*I

Reflexions:

Garance: Pour une fois, j’ai trouvé ce TP réellement simple à réaliser, et pourtant il nous en a appris beaucoup. Ces révisions sur les phénomènes électriques étaient nécessaires, j’ai maintenant mieux en tête les relations qui peuvent exister entre la tension et l’intensité d’un courant électrique.

Myriam: Ce TP était vraiment très simple à réaliser. Il était très intéressant car il m’a permis d’apprendre à calibrer un multimètre (chose que je n’avais jamais réussi à faire correctement auparavant) et il m’a aidé à comprendre les relations entre l’intensité d’un courant électrique et la tension qui le traverse.

Léa: En effet, ce TP fut simple à réaliser. J’ai maintenant compris les relations possibles entre l’intensité d’un courant électrique et la tension qui traverse celui-ci. Cela faisait longtemps que je n’avais pas fait de TP sur l’électricité, celui-ci m’a donc permis de me souvenir de certains points et d’en apprendre de nouveaux.

Camille: Ce TP m’a appris à me familiariser davantage avec les montages électriques ainsi que les précautions à prendre, notamment avec le multimètre. Il est de plus intéressant de mieux comprendre les rapports entre la tension et l’intensité et de voir que ces rapports peuvent être particulièrement différents selon les montages.

Energie de combustion

Comment mesurer l’énergie thermique libérée par la combustion d’une bougie?

Matériel :

-Bougie

-Briquet

-Balance électronique

-Eau

-Thermomètre

-“récipient”

 Protocole :

Nous avons d’abord pesé le récipient vide puis pesé ensuite la bougie avec la balance électronique. La bougie pesait alors 20,48g et le récipient vide 32,23g.

Dans le récipient nous avons ajouté une masse d’eau que nous avons ensuite pesée.

 Une fois l’eau dans le récipient, il pesait 60,14g.

 Nous avons alors réalisé le montage expérimental ci-dessous :

Le papier aluminium sert à éviter les fuites de chaleur et ainsi à minimiser les sources d’erreur.

Avant d’allumer la bougie, nous avons mesuré la température initiale de l’eau : 23°C.

La bougie allumée, nous avons laissé le récipient d’eau chauffer jusqu’à environ 45°C puis nous avons éteint notre source de chaleur (bougie).

Finalement, il nous avons à nouveau pesé la bougie, qui faisait désormais 20,25g.

Interprétation :

Masse initiale de l’eau  = 27,91 g

Variation de la température de l’eau=22°C

Masse du récipient en aluminium vide=32,23g.

Variation de la masse de paraffine de la bougie=0,23 g de paraffine

(cette faible perte de masse est due au faite que nous n’avons pas chauffé assez longtemps l’eau)

Capacité thermique de l’eau=4,18 J.°C.g.

 Capacité thermique de l’aluminium=0,897 J.°C.g.

L’énergie thermique E(thermique) reçue par un corps est donnée par la relation :     E(thermique)=masse initiale*capacité thermique du corps*(température finale-température initiale)

Nous en avons déduis l’énergie thermique reçue par l’eau lors de l’expérience :

E(thermique)=27,91g*4,18*22=2566 Joules

Et nous en avons aussi déduis l’énergie thermique reçue par le récipient en aluminium :

E(thermique)=32,23*0,897*22=636 Joules

Conclusion :

La quantité d’énergie total qui a été transférée par la paraffine est de :

2566+636 = 3202 joules.

La combustion de 0,23  grammes de paraffine a dissipé 3202 joules

La paraffine rejette donc 3202/0,23=13922 Joules/gramme.

Réflexions:

Léa: Ce TP m’ permis de comprendre la conservation de l’énergie et l’énergie qui est pourtant libérée. Mais il m’a aussi appris ce qu’était la combustion car je ne m’en souvenais pas très bien. Cette expérience a été intéressante car les bougies sont des objets que nous utilisons dans la vie courante, le TP était donc plus parlant.

Garance: Ce que j’ai trouvé de plus intéressant sur ce TP est la phase de recherche que nous avons faite en classe. Nous avions seulement la question et nous avons dû trouver l’expérience à faire et le protocole tout seuls. Le reste, comme les calculs, a été intéressant pour, effectivement, réviser un peu les effets d’une combustion. 

Myriam : Le déroulement de ce TP a été très intéressant. Contrairement à la plupart des TP nous avons mené une recherche en classe pour réaliser le protocole de l’expérience. De plus, ce TP m’a rappelé comment fonctionnait une combustion ce qui pourrait être utile dans la vie de tous les jours. J’ai trouvé aussi intéressant le fait de pouvoir mesurer une énergie thermique, chose que je n’avais jamais faite auparavant.

Camille: J’ai moi aussi trouvé particulièrement enrichissante la phase de recherche pour l’élaboration du protocole, réfléchir en groupe est important et prometteur. J’ai de plus trouvé intéressant le rappel  des calculs ainsi que des précautions à prendre (aluminium, carton..) pour obtenir la valeur de l’énergie thermique la plus proche possible de la réalité.

Intensité du champ de pesanteur

1. Période d’un pendule simple

On a fabriqué un pendule simple avec une potence, du fil et un poids. On a également utilisé un chronomètre ainsi qu’un tableur. Le pendule oscille sous l’effet du champ de pesanteur local. C’est l’intensité de ce champ de pesanteur que nous allons essayer de calculer.

Pour des longueurs différentes de fil, nous avons chronométré 5 aller-retours du poids afin de trouver la période T qui correspond à un aller-retour. Nous avons mesuré pour 5 aller-retours pour rendre la mesure plus facile, en effet lorsque le fil est court, une période est très courte aussi et est donc plus difficile à calculer exactement. Nous avons reporté toutes nos mesures dans le tableau ci dessous:

Tableau des mesures de 5T puis de T en fonction de la longueur du fil

Nous avons ensuite réalisé le graphique correspondant, c’est à dire la période T en secondes, en fonction de la longueur du fil en mètres.

Graphique de la période T en secondes en fonction de la longueur du fil en mètres

Nous en déduisons la valeur de l’intensité du champ de pesanteur local calculé qui est d’environ 9,57 m.s-2

2. Accélération de la pesanteur

Tout objet lâché chute verticalement en raison du champ de pesanteur qui règne a la surface de la Terre. Sa vitesse de chute augmentant, l’objet en chute libre subit une accélération, qu’on appelle accélération de pesanteur. Il s’agit en fait du champ de pesanteur terrestre.

Nous avons réalisé l’expérience avec un balle de tennis lâchée a une hauteur de 1m50. Nous avons eu besoin pour traiter les données, d’un logiciel de pointage comme Tracker par exemple.

Nous avons tout d’abord filmé la chute de la balle, puis nous avons importé la video dans le logiciel de pointage.  Nous avons pu grâce à lui, pointer les positions successives occupées par la balle lors de sa chute. Nous avons ensuite étudié l’évolution de la vitesse de chute en fonction du temps.

Illustration de l’utilisation du logiciel de pointage

Graphique de la vitesse de chute de la balle en fonction du temps

Ensuite, nous avons tracé la courbe de tendance et calculé son coefficient directeur. Celui ci est de 9,96m.s-2. On remarque alors que l’accélération de la pesanteur peut tout a fait s’identifier au champ de pesanteur local. L’écart entre les deux mesures calculées est bien sûr du aux sources d’erreur multiples dans ce TP (chronométrage, pointage). La valeur du système de mesure universelle est de 9,81m.s-2, nous en sommes donc assez proches.

Réflexions:

Garance: J’ai trouvé que le principal intérêt de ce TP était l’utilisation du logiciel de pointage que j’avais déjà utilisé en seconde mais une fois seulement. Par ailleurs, j’ai aussi trouvé très intéressant d’en apprendre plus sur le champ de pesanteur puisqu’on en connait souvent le nom mais moins à quoi il correspond.

Myriam : Ce TP m’a permis d’utiliser pour la première fois un logiciel de pointage. J’ai trouvé très intéressant Tracker car grâce à ce logiciel nous pouvons étudier de plusieurs façons la chute de la balle.  J’ai compris ce qu’était le champ de pesanteur à travers ce TP.

Léa: Grâce à ce TP, comme il a été dit précédemment, j’ai pu utilisé le logiciel de pointage Tracker pour la première fois. Celui-ci est complexe a utilisé mais une fois que l’on a compris comment il fonctionne, on peut étudier la trajectoire d’une balle, comme nous l’avons fait. J’ai également trouvé intéressant de fabriquer un pendule pour comprendre la pesanteur.

Camille: J’ai, comme mes camarades, porté un fort intérêt pour le logiciel de pointage que j’ai découvert grâce à ce Tp. Je n’avais en effet jamais utilisé ce genre de logiciel et celui-ci me parait utile et facile d’utilisation. J’ai de plus apprécié dans ce TP le travail de groupe qui est primordial pour une bonne avancée et un travail rigoureux.

Mise en évidence de champs magnétiques

Un champ magnétique est un champ vectoriel dirigé selon l’aiguille aimantée, de son pôle sud vers son pôle nord.

Pour mettre en évidence les champs magnétiques, nous avons fait différentes manipulations.

1. L’expérience avec de la ferrite.

Cette expérience nous a permis de visualiser les lignes de champ.

Dans une sorte de fine boîte transparente, il y avait de la ferrite. Nous avons posé un aimant dessus, c’est alors que nous avons pu observer que la limaille s’orientait suivant les lignes de champ, nous permettant ainsi de les visualiser.

De plus, on peut remarquer qu’entre les deux branches de l’aimant, les lignes de champ sont parallèles, ce qui signifie que le champ magnétique est uniforme.

2. L’expérience avec les aiguilles aimantées.

Dans une boîte transparente, il y avait pleins de petites aiguilles sur des pivots. Lorsque nous avons posé un aimant sur cette boîte, les aiguilles aimantées se sont alors orientées. Jouant le role de vecteurs, elles nous ont permis de visualiser les lignes de champ. En effet, nous savons que pour un champ vectoriel, les vecteurs sont tangents aux lignes de champ. L’orientation des aiguilles nous a ainsi permis de trouver le nord et le sud de l’aimant. Car nous savons que les lignes de champs vont du nord vers le sud.

(video)

3. L’expérience avec le condensateur.

Dans une coupelle en plastique, nous avons versé de l’huile (ayant un rôle d’isolant). Deux petites lamelles de métal jouaient le rôle de condensateur. Après avoir fait le branchement électrique qui reliait ce système au générateur, nous avons mis, en vrac, des graines de lin. Lorsque nous avons allumé le générateur celles-ci se sont alors déplacées pour former des lignes reliants les deux lamelles. Nous en avons déduit qu’il s’est créé entre les deux lamelles de metal un champ et que les graines de lin, très légères, on alors été entrainé, matérialisant ainsi les lignes de champ.

4. L’expérience avec une bobine de fil de fer.

Nous avons fait passer un courant électrique dans une bobine de fil de fer. Sur les deux côtés de cette, étaient posées deux petites boussoles.

Lorsque nous avons allumé le courant électrique, les deux boussoles ont chacune eu un comportement différent. L’aiguille de l’une montrait le sud vers la bobine alors que l’autre montrait le nord vers la bobine. Nous en avons déduit qu’en faisait passer du courant dans un bobine, celle-ci se comportait alors comme un aimant par exemple, avec un pôle sud magnétique et un pôle nord magnétique.

Interprétation:

Finalement, nous pouvons voir que les sources de champs magnétiques sont diverses. De plus, ces champs magnétiques sont des champs vectoriels, qui, généralement, peuvent être modélisés par des lignes de champs comme nous avons pu le voir dans les expériences précédentes.

Réflexions:

Léa: Ce TP sur la mise en évidence des champs magnétiques m’a paru intéressant car il m’a permis de comprendre comment un champ magnétique pouvait se former et pourquoi. Ce phénomène est quelque chose qui nous entoure dans notre vie quotidienne et qui pourtant me paraissait pas très clair. L’expérience la plus surprenante fut celle avec les graines de lin car par un simple courant électrique, ces petites graines se déplacées d’elles mêmes pour former des lignes de champs.

Garance: Ce TP a été intéressant car nous avons pu visualiser les champs. En effet, que ce soit grâce aux aiguilles aimantées, à la ferrite ou aux graines de lin, la matérialisation des lignes de champ nous aide à voir et comprendre les champs eux-même. En plus on a eu l’occasion de faire plusieurs expériences différentes et celle sur la ferrite était particulièrement belle à regarder je trouve.

Myriam: J’ai trouvé ce TP vraiment intéressant car pour une fois nous visualisions vraiment les champs. Ce n’était pas une simple photographie dans le livre. Ce qui fut sympathique était de réaliser plusieurs expériences pour voir les champs de différentes façons. J’ai particulièrement apprécié l’expérience avec la ferrite car j’ai trouvé très beau la façon dont l’aimant déplaçait la ferrite.

Camille: Ce TP m’a permis d’acquérir d’avantage de savoir concernant différentes notions et caractéristiques de champs magnétiques qui nous entourent chaque jour. Cela fut possible grâce à des matérialisations concrètes, nombreuses et variées, ce que j’ai particulièrement apprécié, les exemples étudiés m’ont en effet semblé très parlants.

Notion de champ

Il existe deux types de champ.

Un champ : En physique; un champ est la représentation d’un ensemble de valeurs prises par une grandeur physique en différents points d’une région de l’espace.

Un champ scalaire : Pour représenter un champ scalaire, les physiciens font figurer sur un plan de la zone étudiée les valeurs de la grandeur mesurée en différents points.

Un champ vectoriel : Pour représenter un champ vectoriel, les physiciens font figurer sur un plan, les vecteurs correspondants à la grandeur mesurée en différents points.

Les vecteurs sont tangents à une ligne de champ.

En météorologie, les champs vectoriels sont utilisés. Les vecteurs ne sont pas représentés mais les lignes de champ correspondants à ces vecteurs le sont. Ces lignes de champ sont appelées en météorologies lignes “isobares”. Chaque lignes isobares est séparée par 5 hPa.

Les baromètres sont souvent utilisés pour donner une indication sur le temps qu’il va faire. Cependant, il n’est pas possible de prévoir la météo uniquement avec ceux-ci. En effet, on remarque sur les cartes météorologiques que deux villes peuvent être sur la même ligne isobare. Néanmoins il peut ne pas faire le même temps dans ces villes. Par exemple à Oslo et à Tunis il ne fait pas le même temps bien qu’il fasse 1010 hPa. C’est pourquoi il faut prendre en compte des facteurs tels que l’humidité, le vent ou la température pour prévoir la météo avec plus de précisions.

Réflexions :

Myriam : J’ai beaucoup apprécié faire cette activité. Le groupe devait faire un exposé. Néanmoins on avait une contrainte de temps pour le réaliser. On a alors utilisé google docs (qui permet de faire des diaporamas). C’était la première fois qu’on utilisait google docs et ce fut vraiment pratique. En effet, on avait la possibilité de modifier à distance le diaporama et également communiquer sur Google pour nous mettre d’accord sur les informations du diaporama.

Garance : J’ai également apprécié faire cette activité parce qu’elle m’a fait découvrir google docs que je n’avais jamais utilisé avant mais que je compte bien réutiliser. J’ai également mieux compris comment analyser une carte météorologique et ce que signifient les courbes que je peux maintenant appeler isobare. De plus, nous avons dû présenter notre travail à l’oral ce qui nous entraîne à parler devant un public (utile avec les TPE qui approchent).

Léa: Ce travail fut très intéressant car tout d’abord nous avons utilisé pour la première fois Google docs. Celui-ci nous a permis de travailler chez nous tout en étant connecté avec les autres. De plus, j’ai appris ce qu’était un champ en physique, j’ai également compris comment lire une carte météorologique. Nous avons dû présenter à l’oral, devant la classe, nos recherches. Je trouve ça bien de nous faire travailler l’oral car ça nous permet de plus prendre confiance en nous pour parler en public.

Camille: J’ai apprécié, comme mes camarades, la découverte de Google Docs. C’était la première fois que je l’utilisais, mais pas la dernière. Je trouve cette application extrêmement pratique pour le travail en groupe, tout le monde peut travailler en même temps sur le même document. De plus, notre document s’enregistre sur internet alors on pourra aisément le retrouver. J’ai aussi trouver très intéressante la lecture météorologique grâce aux isobares, que je voyais souvent mais ne comprenais pas vraiment.

Équations de combustion

Lors de la combustion complète d’un hydrocarbure, le composé organique réagit avec du dioxygène pour former, comme seul produit, du dioxyde de carbone et de l’eau. Cette réaction libère de l’énergie, utilisée entre autres dans les moteurs des voitures.

1. Calcul de la valeur de la masse de CO2 rejetée par la combustion complète de la masse de GNV (“Gaz Naturel Véhicule”)

Le GNV se compose essentiellement de méthane et est stocké dans des réservoirs sous une pression de 200 bars.

Une voiture consommant du GNV en consomme 7,5 m3 pour 100km. Par conséquent, pendant une année,  une voiture qui parcoure 15 000 km en consommera 7,5*150= 1125m3. Avec une masse volumique de 0,78kg/m3, en un an, elle aura consommé 1125*0,78= 877,5kg.

L’équation ajustée de combustion du méthane est la suivante  CH4 + 2  O2 → CO2 + 2 H2O

La masse molaire du méthane étant 16g/mol, pour les 877,5kg: 877500g consommés pour une année, seront donc consommés 877500 /16= 54843,75 mol de Méthane

Selon l’équation ajustée et les coefficients stœchiométriques, nous constatons qu’il y aura donc la même quantité de matière de dioxyde de carbone qui sera rejetée. La masse molaire du dioxyde de carbone étant de 44g/mol, seront donc rejetés 54843,75 *44 = 2413125g  = 2413,125kg= 2,413125t

2,41 t  de dioxyde de carbone  sont donc rejeté par an pour une voiture consommant du GNV et ayant roulé 15000 km.

2.Calcul de la valeur de la masse de CO2 rejetée par la combustion complète de la masse de GPL (“Gaz de Pétrole Liquéfié”)

Le GPL est un mélange de butane et de propane et il est admis qu’il contient 50% en masse de chacun des deux.

Une voiture consommant du GPL en consomme 9,75L pour 100km. Par conséquent, pendant une année,  une voiture qui parcoure 15 000 km en consommera 9,75*150= 1462,5l.

Avec une masse volumique de 550kg/m3 et sachant que 1m3= 1000L, en un an, elle aura consommé 1,4625*550=804,375kg.

L’équation ajustée de combustion du GPL est la suivante  2 C4H10 + 2  C3H8 + 23 O2 → 14 CO2 + 18 H2O

Nous choisissons d’effectuer notre calcul avec le butane (C4H10), dont sont consommés 804 375g/2 = 402 375,5g.  La masse molaire du butane étant 58g/mol, pour les 402 375,5g consommés lors d’une année, seront donc consommés 402 375,5 / 58 = 6934 mol de Butane

Selon l’équation ajustée et les coefficients stœchiométriques, nous constatons qu’il y aura 7 fois plus de matière de dioxyde de carbone rejetée que de butane consommé (2*7 =14), soit 6934*7= 48539mol.

La masse molaire du dioxyde de carbone étant de 44g/mol, seront donc rejetés 48539 *44 = 2135716g = 2135,716kg= 2,135716t

2,13 t  de dioxyde de carbone  sont donc rejeté par an pour une voiture consommant du GPL et ayant roulé 15000 km.

3.Calcul du volume de carburant responsable du rejet annuel de 2,7t de dioxyde de carbone pour une voiture consommant du super 95 

Le super 95 est un mélange de différents hydrocarbures de formule générale CnH2n+n.

L’équation ajustée de combustion du super 95 est CnH2n+n + (?)O2 → n CO2 + (N+1) H2O.

La valeur annuelle de l’émission de dioxyde de carbone est, selon les données de l’Ademe, de 2,7t, or la masse molaire du CO2 est de 44g/mol. Ont donc été rejetés en un an, 2700000/44= 61364mol.

Selon l’équation ajustée précédemment, nous pouvons conclure que pour 61364mol de dioxyde de carbone rejetés, C61364H(61364*2)+2= C(61364)H(122730 )un hydrocarbure de cette formule sera consommé. Sa masse molaire serait donc de 859098g/mol.

Ici, est consommé une molle de Super 95, soit  859098g= 859,098 kg.

Sa masse volumique étant de 0,70kg/l,  le volume de carburant responsable du rejet annuel de 2,7t de dioxyde de carbone pour une voiture consommant du super 95 est de 859,098/0,70= 1227 l.

Conclusion:

Grace à l’équation de combustion des alcanes qui est presque toujours la même :

alcane + dioxygène -> dioxyde carbone + eau,

nous pouvons lorsque nous avons comme ici la masse de l’alcane par exemple, connaître la masse de dioxyde de carbone qui sera rejeté par la combustion.

Or, lorsque nous mettons du carburant dans nos voitures, nous réalisons en fait une combustion. Nous pouvons donc savoir la quantité de dioxyde de carbone rejetée par nos voitures pour les différents carburants et comparer ainsi leur impact sur la planète par exemple.

Reflexions:

Garance: J’ai trouvé ce TP assez compliqué dans les calculs. Mais pour une fois nous étions moins guidé et nous avons même choisit toutes seules d’utiliser les moles pour répondre aux questions posées. Le sujet était assez intéressant puisque même si nous n’avons pas encore de voitures nous, nos parents en ont et “faire le plein” est quelque chose de notre vie courante. Nous avons pour une fois appliqué la “théorie” de la physique à un problème réel.

Myriam: Ce TP m’a permis de faire la différence entre les mots “complexe” et “difficile”. Ce TP était très complexe mais pas difficile dans le sens où nous étions relativement guidé. J’ai apprécié ce TP car il était “réaliste”. C’était un véritable problème que nous serons certainement amené à nous poser dans notre vie. En effet, comme il a été dit “faire le plein” est quelque chose de la vie courante.

Léa: Grâce à ce TP, j’ai compris ce qu’était le GNV et le GPL. J’avais beaucoup entendu parler de ce-dernier. Il est vrai que ce TP était assez complexe à cause des calculs que l’on a dû réaliser mais en groupe nous y sommes arrivées. De plus, nous avons utilisé le stylo numérique (voir TP suivant sur le blog) pour ce travail. Nous avons donc manipulé un tout nouvel objet.

L’expérience du stylo numérique

Dans notre cas, le stylo numérique aurait pu nous servir pour retranscrire sur un document Word ce que nous avions écrit sur le cahier qui va avec le stylo pour pouvoir plus facilement exploiter les données. Ce qui est vraiment pratique c’est de pouvoir en cliquant sur le texte entendre ce que nous disions au moment où il a été écrit. L’enregistrement audio peut alors nous servir à retrouver les explications de nos calculs que nous avons seulement faites à l’oral par exemple.

En y réfléchissant, nous pensons que le stylo numérique peut être utile au début d’un projet fait en groupe par exemple, lorsque que les différents membres du groupe partagent leurs idées à l’oral sans forcément les écrire ou même les retenir. Alors l’enregistrement audio est intéressant, quoi que s’il est trop long, tout réécouter peut être fastidieux. Sinon, nous pensons que le stylo numérique serait sûrement plus intéressant pour des élèves de l’université qui ont des cours en amphithéâtre et où le professeur parle en continu.

Nous somme toutefois toutes d’accord pour dire que c’est assez stressant de se savoir enregistré. Mais ça nous permet en même temps de nous rappeler qu’il faut bien se concentrer sur ce que nous sommes en train de faire car toute divergence serait enregistrée ! 😉

Aperçu du travail réalisé avec le stylo numérique

Distillation fractionnée du vin

Matériel:

– montage de distillation fractionnée : chauffe ballon, ballon de 100mL, colonne de      Vigreux, réfrigérant

– thermomètre, balance

– vin, pierres ponces, sulfate de cuivre anhydre

Protocole:

Verser le vin dans le ballon ou comme ici l’erlenmeyer

Prélever 75mL de vin puis les placer dans le ballon avec des pierres ponces.

Mettre en place le réfrigérant en réglant le débit de façon à avoir un mince filet d’eau circulant.

Allumer le chauffe ballon. On observe alors:

– l’ébullition du vin dans le ballon

– les vapeurs qui se condensent dans la colonne

– l’évolution de la température indiquée par le    thermomètre en haut de la colonne

Noter la valeur T1 de la température lorsque les premières gouttes de distillat sont recueillies, puis vérifier que cette température reste constante pendant plusieurs minutes.

Recueillir les quatre premiers millilitres de distillat, cela constitue la fraction V0.

Poursuivre la distillation jusqu’à ce que la température atteigne 90°C.

Voici la vidéo que nous avons réalisée du processus de distillation.

Remarques:

Ici nous avons du utiliser un erlenmeyer parce que c’était le seul matériel disponible. Nous avons aussi couvert la colonne de Vigreux avec du papier aluminium pour accélérer la réaction en gardant bien la chaleur.

Résultats:

Une étape du calcul de la masse volumique, trouver m, la masse

On a calculé la masse volumique du vin avec V1=20mL. À l’aide de la balance on calcul alors m=19,6mg.

Mv1= m/V1

A.N:  Mv1= (19,6×10^-2)/(20×10^-2) = 0,98 g.L-1

On a également calculé la masse volumique du distillat avec V=4mL. À nouveau on utilise la balance et on trouve m=3,2mg.

Mv0= m/V0

A.N: Mv0= (3,2×10^-2)/(4×10^-2) = 0,80 g.L-1

On a aussi noté T1= 79°C.

Interprétations:

La valeur de T1 ainsi que la masse volumique calculée pour le distillat nous permettent de conjecturer que le liquide est de l’éthanol. En effet T1= 79°C ce qui est la température d’ébullition de l’éthanol. De plus la masse volumique de celui-ci est d’environ 0,79 g.L-1 ce qui est très proche de la masse volumique du distillat qui est de 0,80 g.L-1.

L’odeur engendrée par cette expérience tente également à valider cette hypothèse.

Nous avons aussi déposer une goutte de la fraction V0 sur du sulfate de cuivre anhydre, il n’y a eut aucun changement. Alors que la même opération répétée avec le vin ne produit pas le même résultat. En effet le vin hydrate le sulfate de cuivre (ce dernier prend une couleur bleu vif). On en déduit qu’il y a de l’eau dans le vin mais que celle ci ne se retrouve pas dans le distillat. Or le vin et principalement composé d’eau et d’éthanol (appelé communément alcool). Nous en déduisons donc que le distillat est de l’éthanol ou en tout cas en grande partie.

Critiques:

Le distillat hydrate légèrement le sulfate de cuivre anhydre (couleur bleu pâle), ce qui nous montre bien que la distillation n’est pas complète et que l’éthanol n’est pas pur.

De plus le vin est quand même constitué d’autres produits tels que les colorants, les arômes, les acides, les tanins, etc …

La distillation fractionnée est donc un bon moyen de séparer les constituants d’un mélange mais elle ne peut pas être parfaite.

Réflexions:

Garance: Ce TP nous a appris à recueillir des “indices” pour émettre une hypothèse et permis de réviser l’utilisation de la masse volumique. Nous avons de plus eu a faire un montage relativement compliqué où il fallait surtout bien faire attention à la verrerie ainsi qu’au chauffe ballon qui peut être dangereux. Ce TP nous a aussi encore une fois bien montré qu’il y a pleins de facteurs et de sources d’erreur différents et qu’une expérience n’est jamais parfaite.

Léa: Ce TP fut très intéressant car la manipulation était nouvelle pour nous. Le montage était complexe et c’était une des premières fois que nous observions une réaction comme celle-ci. Notre travail de groupe a très bien fonctionné, chacune avait un rôle dans ce TP.

Myriam: Ce TP m’a permis pour la première fois de réaliser ce genre d’expérience. En seconde et au collège cela a toujours été le prof qui réalisait ces expériences et les élèves observaient. Le matériel est difficile à manipuler, fragile et coûte extrêmement cher, néanmoins nous n’avons rencontré aucun problème lors de la réalisation du montage de distillation. Mais les résultats n’étaient pas parfaits à cause des sources d’erreur inévitables.

Camille: J’ai beaucoup apprécié ce TP que j’ai trouvé très intéressant. En effet, il m’a permis d’en apprendre d’avantage sur les changement d’état mais aussi sur l’importance du travail d’équipe et de la minutie à apporter lors de la manipulation d’objets fragiles et coûteux. De plus, j’ai trouvé intéressant de faire une action qui est utile pour des produits communs, telle que la fabrication de certains alcools comme par exemple le whisky ou le cognac, qui nécessitent tous deux des distillations.

Mesure d’une énergie de changement d’état

Expérience :

Matériel :

-calorimètre

-thermomètre

-balance

-papier absorbant

-glaçons d’eau distillée (masse totale : 20 g environ)

-eau distillée

Protocole :

Mettre les glaçons dans un récipient contenant de l’eau distillée pour qu’ils soient à la température de 0°C.

Glaçons dans de l’eau distillée

A l’aide de la balance prélever une masse m(i) = 200g d’eau distillée à température ambiante et la verser dans le calorimètre. Placer le couvercle et le thermomètre et attendre la stabilisation de la température. Noter la valeur T(i) de la température initiale de l’eau dans le calorimètre.

Remplissage du calorimètre avec de l’eau distillée

Température initiale de l’eau dans le calorimètre (T(i)=17°C)

Pesage des glaçons

Essuyer 4 ou 5 glaçons sur du papier absorbant, déterminer leur masse, puis les introduire rapidement dans le calorimètre.

Essuyage des glaçons

Glaçons dans le calorimètre

Agiter de temps en temps et observer l’évolution de la température de l’eau dans le calorimètre. Noter la valeur T(min) de la température la plus basse atteinte. Et T(f) de la température du mélange après 20 minutes.

Interprétation :

Une fois le protocole terminé, dans le but de mesurer l’énergie mise en oeuvre pour le changement d’état des glaçons puis en conclure, l’énergie massique de fusion de la glace, il a fallu, grâce aux données prélevées faire quelques calculs, résumés dans le tableau ci-dessous.

Notre expérience nous a donc permis de trouver une valeur de l’énergie massique de fusion de la glace de 376J/g.

Il est cependant intéressant de comparer cette mesure avec une mesure théorique, qui se doit d’être la valeur réelle de l’énergie massique de fusion de la glace exacte, compte tenu du fait qu’elle fut mesurée par des professionnels, en conditions optimales et  à plusieurs reprises. Cette valeur est de 330J/g

Pour cela, nous avons donc calculer ( comme nous pouvons le voir dans le tableau ci-dessous) l’écart relatif entre ces deux mesures.

En pourcentage, cet écart est de 14% ce qui est très important.

Il est alors intéressant de se questionner sur les sources d’erreurs envisageables pour cette expérience. Nous pouvons réfléchir à deux sources d’erreurs:

• les erreurs systématiques, les erreurs qui peuvent s’expliquer à cause du matériel. En effet, notre calorimètre, si, pas suffisamment isolant, a pu laisser passer des transferts thermiques avec l’extérieur de celui-ci. Le thermomètre a pu aussi être défectueux.

• les erreurs de répétabilité, qui peuvent être dues à une erreur lors de la manipulation. Effectivement, peut-être que nous nous sommes trompés dans la lectures de nos mesures, ou simplement, fait une erreur dans le suivi du protocole. Pour réduire ces types d’erreurs, il faut simplement refaire plusieurs fois l’expérience, dans le but de faire des statistiques concernant les résultats obtenus.

Réflexions:

Garance: Le principal intérêt de ce TP est, je pense, l’étude des sources d’erreurs puisqu’elles sont ici particulièrement importantes. On voit bien les deux types d’erreurs que nous faisons lors de nos expériences. Et je pense que les connaitre peut nous aider à les minimiser, notamment en ce qui concerne la précision ou le matériel qui doit être adapté. Par contre, les erreurs de répétabilités sont plus dures à restreindre dans la mesure où nous ne pouvons généralement pas refaire l’expérience de nombreuses fois sur nos heures de cours en laboratoire. D’où l’importance de bien la faire dès la première et seule fois. Nous pourrions par contre plus utiliser les résultats des autres groupes de la classe en comparaison.

Myriam: J’ai trouvé ce TP très instructif bien que les résultats ne furent pas très concluants. Je pensais que l’expérience devait toujours aboutir à des résultats justes mais j’ai constaté que cela ne sera jamais possible à cause des sources d’erreurs. Au lycée, le matériel n’est pas toujours précis, c’est pourquoi nous devons répéter l’expérience de nombreuses fois pour diminuer les erreurs. J’ai compris alors pourquoi il est important d’échanger ses résultats avec ceux des autres groupes.

Camille:  J’ai beaucoup appris lors de ce TP. En effet, j’ai pris conscience du fait que l’erreur était humaine et pouvait même être “positive” car elle peut notamment nous permettre de réfléchir d’avantage à l’expérience et aux raisons possibles de notre erreur, dans le but de ne plus les refaire ou de les réduire. De plus, ce TP m’a permis de revoir l’importance du calcul de l’écart relatif au lieu de l’écart absolu, bien moins parlant car comme le disait Einstein, “Tout est relatif!”.

Léa: Ce TP sur la mesure d’une énergie de changement d’état, m’a permis de me rendre compte que les erreurs sont constamment présentes lors de nos expériences au lycée. Les sources d’erreurs sont principalement le matériel, qui ne nous permet pas de faire des mesures exactes et nos calculs, à cause des valeurs qui ne sont pas toujours justes. Il est alors intéressant d’échanger avec les autres groupes afin de comprendre nos erreurs ainsi que leurs sources. Ce TP m’a appris à comprendre nos erreurs et d’où elles venaient.