3e prépa-métiers | Physique-Chimie | La matière et ses transformations
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Matériel : un stylo, un crayon à papier et la calculatrice (autorisée). Lis chaque question jusqu'au bout avant de répondre. Écris toujours l'unité à côté d'une masse (g ou kg).
Banque de tests caractéristiques :
| Ce que je fais | Ce que j'observe | Espèce identifiée |
|---|---|---|
| Je fais passer le gaz dans de l'eau de chaux | l'eau de chaux devient trouble (blanche) | dioxyde de carbone CO2 |
| Je mets une goutte sur du sulfate de cuivre anhydre (poudre blanche) | la poudre devient bleue | eau H2O |
| J'approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube | petite détonation (« pop ») | dihydrogène H2 |
| Je plonge une bûchette incandescente (bout rouge, sans flamme) | la bûchette se rallume | dioxygène O2 |
C1 · Aide : c'est la même matière sous une autre forme (elle fond, elle se dissout, elle se mélange) → physique. Une nouvelle matière apparaît → chimique.
1. Pour chaque transformation, coche la bonne case.
| Transformation | Physique | Chimique |
|---|---|---|
| a) Un glaçon fond dans un verre | ☐ | ☐ |
| b) Une bûche brûle dans la cheminée | ☐ | ☐ |
| c) Le sucre se dissout dans le thé | ☐ | ☐ |
| d) Une rambarde en fer rouille | ☐ | ☐ |
| e) Un maçon mélange du sable et des graviers | ☐ | ☐ |
| f) Un gâteau cuit dans le four | ☐ | ☐ |
2. L'eau des pâtes bout : elle fait de grosses bulles. Ces bulles sont… Entoure la bonne réponse : de la vapeur d'eau / du dioxyde de carbone / du dihydrogène
3. Alors, l'ébullition de l'eau est une transformation… Entoure : physique / chimique
1. 0,5 pt par ligne. a) Le glaçon devient de l'eau liquide : physique. b) Le bois disparaît, des fumées et des cendres apparaissent : chimique. c) Dissolution, le sucre est toujours là (le thé est sucré) : physique. d) La rouille est une nouvelle matière : chimique. e) Mélange, le sable et les graviers restent les mêmes : physique. f) Le gâteau cuit ne redevient pas pâte crue, une nouvelle matière est apparue : chimique.
2. De la vapeur d'eau : c'est toujours de l'eau (1 pt).
3. Physique : aucune nouvelle espèce n'apparaît, l'eau passe seulement de liquide à gaz (1 pt).
C2 · Aide : utilise la banque de tests des rappels. Cherche ce qu'on observe, puis lis l'espèce sur la même ligne.
1. Écris l'espèce identifiée par chaque test.
a) La bûchette incandescente se rallume :
b) L'eau de chaux devient trouble :
c) La poudre blanche de sulfate de cuivre devient bleue :
d) On entend un petit « pop » avec l'allumette :
Au laboratoire, avec lunettes et blouse, on verse de l'acide chlorhydrique sur de la poudre de zinc. Des bulles se forment et le zinc disparaît peu à peu.
2. Entoure les deux réactifs : le zinc / l'eau de chaux / l'acide chlorhydrique / la bûchette
3. On approche une allumette enflammée du tube : on entend un petit « pop ». Quel gaz s'est formé ?
4. Ce gaz est-il un réactif ou un produit ? Entoure : réactif / produit
1. 0,5 pt chacun. a) Dioxygène (O2). b) Dioxyde de carbone (CO2). c) Eau (H2O). d) Dihydrogène (H2).
2. Le zinc et l'acide chlorhydrique : ils disparaissent (0,5 pt chacun).
3. Le « pop » avec l'allumette : c'est le dihydrogène (1 pt).
4. Produit : le gaz apparaît pendant la transformation (1 pt).
C3 · Aide : une combustion a deux réactifs : le combustible (ce qui brûle) et le dioxygène de l'air. Le gaz de la gazinière s'appelle le méthane.
1. Entoure les deux réactifs de la combustion du gaz : méthane / eau / dioxygène / dioxyde de carbone
2. Complète le bilan avec les mots de la liste : dioxygène, dioxyde de carbone.
méthane + → + eau
3. La flamme B montre qu'il manque de l'air. Quel gaz mortel risque de se former ? Entoure : dioxygène / monoxyde de carbone / eau
4. Coche les deux bons gestes pour se protéger de ce gaz.
☐ boucher les aérations pour garder la chaleur
☐ installer un détecteur de monoxyde de carbone
☐ faire entretenir la chaudière chaque année
☐ allumer un barbecue dans le garage quand il pleut
1. Méthane et dioxygène (0,5 pt chacun).
2. méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau (1 pt par mot).
3. Le monoxyde de carbone (CO) : il se forme quand l'air manque (1 pt).
4. Installer un détecteur et faire entretenir la chaudière (0,5 pt chacun). Boucher les aérations ou allumer un barbecue dans un garage fait manquer l'air : c'est ce qui produit le CO.
C4, C5 · Aide : masse des réactifs = masse des produits. Pour compter les atomes : grand chiffre × petit chiffre (pas de chiffre = 1).
Dans un barbecue, 12 g de carbone (le charbon) brûlent avec 32 g de dioxygène. Il se forme seulement du dioxyde de carbone.
1. Calcule la masse de dioxyde de carbone formée.
Masse de CO2 = + = g
L'équation de cette combustion est : C + O2 → CO2
2. Complète le tableau : compte les atomes de chaque sorte.
| Atome | À gauche (réactifs) | À droite (produits) |
|---|---|---|
| carbone C | ||
| oxygène O |
3. L'équation est-elle équilibrée ? Entoure : oui / non
4. On met un comprimé effervescent dans une bouteille d'eau ouverte, posée sur une balance. La masse affichée diminue un peu. Coche la bonne explication.
☐ des atomes ont disparu pendant la transformation
☐ un gaz (le dioxyde de carbone) est sorti de la bouteille : la balance ne le pèse plus
1. Masse de CO2 = 12 + 32 = 44 g (0,5 pt pour les valeurs, 1 pt pour le résultat avec l'unité). La masse se conserve.
2. 0,5 pt par case. Carbone : 1 à gauche (dans C), 1 à droite (dans CO2). Oxygène : 2 à gauche (dans O2), 2 à droite (dans CO2).
3. Oui : pour chaque sorte d'atome, le nombre est le même des deux côtés (0,5 pt).
4. La deuxième réponse (1 pt). Aucun atome ne disparaît : le CO2 part dans l'air. Dans une bouteille fermée, la masse ne changerait pas.
C1 · Distinguer une transformation physique d'une transformation chimique.
1. Écris « physique » ou « chimique » pour chaque transformation.
a) Le chocolat fond au soleil :
b) Le gaz brûle dans le chauffe-eau :
c) Le sel de déneigement se dissout dans l'eau de la route :
d) Un clou en fer laissé sous la pluie rouille :
e) La peinture d'un mur sèche (l'eau s'évapore) :
Le schéma montre deux transformations avec des modèles moléculaires.
2. Laquelle, A ou B, est une transformation chimique ? Justifie en regardant les molécules.
3. Rania dit : « Quand l'eau bout, il y a des bulles, donc c'est une transformation chimique. » Corrige sa phrase.
1. 0,5 pt chacun. a) Le chocolat passe de solide à liquide : physique. b) Le gaz disparaît, du CO2 et de l'eau apparaissent : chimique. c) Dissolution : physique. d) La rouille est une nouvelle espèce : chimique. e) L'eau passe de liquide à vapeur : physique.
2. B (0,5 pt). En A, ce sont les mêmes molécules d'eau avant et après : elles sont seulement plus écartées. En B, les molécules de départ (dihydrogène et dioxygène) ont disparu et de nouvelles molécules (de l'eau) sont apparues (1 pt).
3. Les bulles de l'eau qui bout sont de la vapeur d'eau : c'est toujours de l'eau. Aucune nouvelle espèce n'apparaît : l'ébullition est une transformation physique (1 pt).
C2 · Identifier réactifs et produits ; utiliser la banque de tests des rappels.
La grille en fer d'un jardin rouille : le fer réagit avec le dioxygène de l'air, en présence d'eau. Il se forme de la rouille.
1. Écris le bilan de la transformation : réactifs → produit.
Au laboratoire, avec lunettes, blouse et gants, on verse de l'acide chlorhydrique sur de la laine de fer. Des bulles apparaissent. On recueille le gaz dans un tube et on approche une allumette enflammée : on entend une petite détonation.
2. Nomme les deux réactifs, puis le gaz formé. Justifie le nom du gaz avec la banque de tests.
3. Une bougie brûle sous un verre : de la buée apparaît sur le verre. Kenza fait passer un peu de cette buée dans de l'eau de chaux. Rien ne se passe. Elle conclut : « La buée n'est pas de l'eau. » Explique son erreur et donne le bon test.
1. fer + dioxygène → rouille (en présence d'eau). 0,5 pt par réactif, 0,5 pt pour le produit.
2. Réactifs : le fer et l'acide chlorhydrique (0,5 pt chacun). Gaz formé : le dihydrogène (0,5 pt), car la petite détonation avec l'allumette identifie le dihydrogène dans la banque de tests (0,5 pt).
3. L'eau de chaux sert seulement à reconnaître le dioxyde de carbone : elle ne dit rien sur l'eau (0,5 pt). Le bon test : mettre une goutte de buée sur du sulfate de cuivre anhydre (0,5 pt) ; s'il devient bleu, c'est de l'eau (0,5 pt).
C3 · Décrire une combustion et ses dangers.
1. Un barbecue brûle du charbon de bois (du carbone). Écris le bilan de cette combustion.
2. Un chauffe-eau brûle du méthane. Écris le bilan de cette combustion. Explique pourquoi de la vapeur sort du conduit en hiver.
3. Recopie et complète avec CO ou CO2 : « Le est un poison mortel. Le est un gaz à effet de serre. »
Document : en France, près de 4 000 intoxications au monoxyde de carbone sont comptées chaque année. Le monoxyde de carbone cause une centaine de décès par an. La plupart des intoxications arrivent pendant la période de chauffage. Source : Santé publique France.
4. Pourquoi la plupart des intoxications arrivent-elles en hiver ? Dans une maison, toute la famille a mal à la tête et des nausées en même temps : que faut-il faire ?
1. carbone + dioxygène → dioxyde de carbone (1 pt).
2. méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau (1 pt). La combustion produit de l'eau : elle sort du conduit sous forme de vapeur, visible quand il fait froid (0,5 pt).
3. Le CO est un poison mortel. Le CO2 est un gaz à effet de serre (0,5 pt chacun).
4. En hiver, on allume le chauffage (chaudières, poêles) et on ferme les fenêtres : l'air peut manquer et la combustion devient incomplète (0,5 pt). Il faut aérer, arrêter les appareils, sortir et appeler le 15, le 18 ou le 112 (1 pt).
C4, C5 · Conservation de la masse et lecture d'une équation.
1. Dans une gazinière, 8 g de méthane brûlent avec 32 g de dioxygène. Il se forme 22 g de dioxyde de carbone et de l'eau. Calcule la masse d'eau formée.
2. On met un comprimé effervescent dans une bouteille d'eau ouverte, posée sur une balance. Au départ, la balance affiche 205,3 g ; à la fin, 204,5 g. Calcule la différence. Les atomes ont-ils disparu ? Explique.
Quand l'air manque, du monoxyde de carbone se forme. Dans un pot catalytique de voiture, il est changé en dioxyde de carbone. L'équation est : 2 CO + O2 → 2 CO2
3. Vérifie que cette équation est équilibrée : compte les atomes de chaque sorte à gauche et à droite.
| Atome | À gauche | À droite | Égal ? |
|---|---|---|---|
| carbone C | |||
| oxygène O |
1. Réactifs : 8 + 32 = 40 g (0,5 pt). La masse se conserve : produits = 40 g. Eau = 40 − 22 = 18 g (1 pt). Vérification : 22 + 18 = 40.
2. Différence : 205,3 − 204,5 = 0,8 g (0,5 pt). Non, aucun atome n'a disparu (0,5 pt) : 0,8 g de dioxyde de carbone s'est échappé dans l'air, la balance ne le pèse plus (0,5 pt).
3. Carbone : à gauche 2 × 1 = 2 ; à droite 2 × 1 = 2 ; égal (1 pt). Oxygène : à gauche 2 × 1 + 2 = 4 ; à droite 2 × 2 = 4 ; égal (1 pt). L'équation est équilibrée.
C1 · Sur un chantier et à la maison.
1. Pour chaque transformation, écris « physique » ou « chimique » et justifie en une phrase.
a) Un plombier fait fondre de l'étain pour souder un tuyau.
b) Un couvreur brûle du gaz dans son chalumeau.
c) Les ferrailles d'un chantier, laissées sous la pluie, deviennent orange.
d) Du sel est mélangé à l'eau d'un seau, il ne se voit plus.
e) Un œuf cuit dans la poêle.
2. Yanis dit : « Quand je mets du sucre dans mon café, le sucre disparaît : c'est donc une transformation chimique. » Explique pourquoi il a tort.
3. Avec les molécules, explique pourquoi la fusion de la glace est une transformation physique.
1. 0,5 pt chacun (réponse et justification). a) Physique : l'étain passe de solide à liquide, c'est toujours de l'étain. b) Chimique : le gaz disparaît, du dioxyde de carbone et de l'eau apparaissent. c) Chimique : la rouille orange est une nouvelle espèce. d) Physique : c'est une dissolution, le sel est toujours là (l'eau est salée). e) Chimique : l'œuf cuit ne redevient pas cru, une nouvelle matière est apparue.
2. Le sucre ne disparaît pas : il se dissout (0,5 pt). Le café devient sucré, donc le sucre est toujours là (0,5 pt). Aucune nouvelle espèce n'apparaît : c'est une transformation physique (0,5 pt).
3. Quand la glace fond, les molécules d'eau restent des molécules d'eau : elles bougent seulement plus et changent de disposition. Aucune nouvelle molécule n'apparaît (1 pt).
C2 · Utiliser la banque de tests des rappels.
1. On recueille un gaz inconnu. On le fait passer dans de l'eau de chaux : elle reste limpide. On y plonge une bûchette incandescente : elle se rallume. Quel est ce gaz ? Que t'apprend chaque test ?
2. Sur un chantier, on stocke les fers à béton à l'abri de la pluie, et on peint les rambardes. Écris le bilan de la formation de la rouille, puis explique pourquoi la peinture protège le fer.
On verse de l'acide chlorhydrique sur de la poudre de zinc. Le zinc disparaît peu à peu et des bulles se forment. Au début, le pH de la solution vaut 1.
3. Nomme les réactifs. Décris le test qui prouve que le gaz est du dihydrogène. Pendant la réaction, le pH augmente-t-il ou diminue-t-il ? Explique avec les ions H+.
1. L'eau de chaux reste limpide : ce n'est pas du dioxyde de carbone (0,5 pt). La bûchette se rallume : c'est du dioxygène (O2) (1 pt).
2. fer + dioxygène → rouille, en présence d'eau (0,5 pt). Le fer rouille seulement quand l'air et l'eau le touchent (0,5 pt). La peinture forme une couche qui empêche l'air et l'eau d'atteindre le fer (0,5 pt).
3. Réactifs : le zinc et l'acide chlorhydrique (0,5 pt). Test : on approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube ; on entend une petite détonation (« pop ») (1 pt). Le pH augmente : les ions H+ de l'acide sont consommés, la solution devient moins acide (0,5 pt).
C3 · Une bougie brûle. On pose un verre retourné sur la bougie. Après quelques secondes, la flamme s'éteint et l'intérieur du verre est couvert de buée. On fait deux tests :
1. Pourquoi la flamme s'éteint-elle ?
2. Quels produits les deux tests ont-ils identifiés ? Écris le bilan de la combustion de la cire.
Document : pour se chauffer, brûler du gaz naturel émet environ 227 g de CO2 pour chaque kWh de chaleur ; le fioul en émet environ 325 g. Source : ADEME, Base Carbone, citée par Connaissance des énergies.
3. Une maison a besoin de 10 000 kWh de chaleur par an. Calcule, en kg, la masse de CO2 émise en un an avec une chaudière au gaz, puis avec une chaudière au fioul. Pourquoi faut-il limiter ces émissions ?
1. La combustion a besoin de dioxygène. Sous le verre, il y a peu d'air : quand le dioxygène est presque tout consommé, la combustion s'arrête (1 pt).
2. Le sulfate de cuivre bleuit : de l'eau. L'eau de chaux se trouble : du dioxyde de carbone (0,5 pt). Bilan : cire + dioxygène → dioxyde de carbone + eau (1 pt).
3. Gaz : 10 000 × 227 = 2 270 000 g = 2 270 kg de CO2 (1 pt). Fioul : 10 000 × 325 = 3 250 000 g = 3 250 kg de CO2 (1 pt). Le CO2 est un gaz à effet de serre : il retient la chaleur et réchauffe la planète (0,5 pt).
C4, C5 · Sur un chantier, le chalumeau brûle du propane, de formule C3H8. L'équation de la combustion est : C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
1. Vérifie que cette équation est équilibrée : compte les atomes C, H et O de chaque côté. Détaille tes calculs.
2. 44 g de propane brûlent avec 160 g de dioxygène. Il se forme 132 g de dioxyde de carbone. Calcule la masse d'eau formée.
3. Inès a recopié l'équation : C3H8 + O2 → 3 CO2 + 4 H2O. Compte les atomes d'oxygène de chaque côté et explique son erreur.
1. Carbone : à gauche 3 (dans C3H8) ; à droite 3 × 1 = 3. Hydrogène : à gauche 8 ; à droite 4 × 2 = 8. Oxygène : à gauche 5 × 2 = 10 ; à droite 3 × 2 + 4 × 1 = 6 + 4 = 10. Tous les nombres sont égaux : l'équation est équilibrée (0,5 pt par atome, 0,5 pt pour la conclusion).
2. Réactifs : 44 + 160 = 204 g (0,5 pt). La masse se conserve : eau = 204 − 132 = 72 g (1 pt). Vérification : 132 + 72 = 204.
3. À gauche : O2 = 2 atomes O. À droite : 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atomes O (0,5 pt). 2 ≠ 10 : l'équation n'est pas équilibrée (0,5 pt). Inès a oublié le 5 devant O2 : il faut 5 molécules de dioxygène (0,5 pt).