Programme de physique - chimie - Première S

Illustrer par des études documentaires*, le fait que, du noyau atomique jusqu’aux systèmes astronomiques, la matière peut être considérée comme constituée de neutrons, protons et électrons.

1 - Particules élémentaires
Les constituants de la matière : neutrons, protons, électrons.
Charge élémentaire.

 

Savoir que toute charge électrique est multiple d’une charge élémentaire.
Connaître l’ordre de grandeur du rapport des masses du nucléon et de l’électron.
Connaître l’ordre de grandeur du rayon d’un atome et d’un noyau.

Observer et interpréter, à l’échelle atomique, les phénomènes tels que :
- l’électrisation par frottement,
- l’attraction et la répulsion d’objets,
- le caractère conducteur ou isolant de certains matériaux.
Observation sur une carte (N, Z) du domaine d’existence des noyaux atomiques.

 

 

 

2 - Interactions fondamentales
- La masse et l’interaction gravitationnelle ; loi de Newton.
- Les charges et l’interaction électrique ; loi de Coulomb ; direction, sens, valeur :
F = kqq’/d² avec k ≅ 9 x 10⁹ SI.
Phénomènes d’électrisation.
Isolants. Conducteurs ; porteurs de charge : électrons et ions.
- Les nucléons et l’interaction forte.
Deux interactions à l’oeuvre dans le noyau : la répulsion coulombienne entre protons compensée, jusqu’à l’uranium, par une interaction attractive intense mais de courte portée.

Réaliser et interpréter des expériences simples mettant en jeu des phénomènes d’électrisation.
Connaître et savoir appliquer la loi de Coulomb.
Savoir que dans un métal, une fraction des électrons est libre de se déplacer dans tout l’échantillon, alors que dans un isolant les déplacements des charges sont inférieurs à la taille atomique.
Savoir qu’au niveau du noyau s’exercent deux types d’interactions dont les effets sont opposés.

 

Comparaison des interactions électriques et gravitationnelle pour le système électron-proton.
Discuter pourquoi l’interaction gravitationnelle est prédominante en général à l’échelle macroscopique.

 

3 - Interactions et cohésion de la matière à diverses échelles
Échelle astronomique
Échelle atomique et humaine
Échelle du noyau

 

 

Savoir que la cohésion de la matière est assurée par :
- l’interaction gravitationnelle à l’échelle astronomique,
- l’interaction électromagnétique à l’échelle des atomes, des molécules et de la matière à notre échelle,
- l’interaction forte à l’échelle du noyau.

Observation du mouvement du centre d’inertie.
Observation des mouvements des autres points (vidéos, chronophotographies, etc.)*
Réalisation et exploitation d’enregistrements
: table à coussin d’air, table à digitaliser, vidéos-capteurs chronocinés*, etc.
Détermination de vecteurs vitesses à partir d’enregistrements.
Étude du mouvement du centre d’inertie d’un solide dans diverses situations (projectiles, satellites).
Recherche de forces sur des exemples variés (expériences, vidéos, logiciels, etc.)*.

Utilisation du principe d’inertie pour analyser les forces qui agissent sur un solide, en mouvement ou non.
Mettre en relation la variation du vecteur vitesse VG d’un mobile avec la somme des forces appliquées dans des situations simples et variées.
Expliquer pourquoi il y a des ceintures de sécurité dans les voitures.
Analyser comment le principe d’inertie s’applique à un véhicule qui monte une côte rectiligne à vitesse constante.
Expliquer le rôle des roues motrices et du sol dans le mouvement d’une voiture.

 

 

 

1 - Mouvement d’un solide indéformable

1.1 Vecteur vitesse d’un point du solide
1.2 Centre d’inertie d’un solide
1.3 Mouvement de translation d’un solide
1.4 Mouvement de rotation d’un solide autour d’un axe fixe ; vitesse angulaire

2 - Forces macroscopiques s’exerçant sur un solide
Actions exercées sur un solide ; exemples d’effets produits (maintien en équilibre, mise en mouvement de translation, mise en mouvement de rotation, déformations).

 

3 - Une approche des lois de Newton appliquées au centre d’inertie
1ère loi : Principe d’inertie.
Ce principe n’est vrai que dans certains référentiels.
Ces référentiels sont dits galiléens.
2ème loi : Aspect semi-quantitatif : comparaison de la somme des forces et de la variation du vecteur vitesse du centre d’inertie dans un référentiel galiléen.
3ème loi : Principe des actions réciproques.

 

 

 

Sur un enregistrement réalisé ou donné, déterminer et représenter le vecteur vitesse V d’un point mobile.
Savoir que le vecteur vitesse V est le même pour tous les points d’un solide en translation. Savoir que chaque point d’un solide en rotation autour d’un axe fixe a une trajectoire circulaire. Pour un solide en rotation autour d’un axe fixe, relier la vitesse d’un point à la vitesse angulaire.

Identifier et représenter les actions qui s’exercent sur un solide.
Prévoir dans des cas simples la possibilité de mise en rotation d’un solide autour d’un axe fixe.

Connaître et appliquer les lois de Newton :
- Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse V_G du centre d’inertie ne varie pas, la somme F = Σƒ des forces qui s’exercent sur le solide est nulle et réciproquement.
- Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse V_G du centre d’inertie varie, la somme F = Σƒ des forces qui s’exercent sur le solide n’est pas nulle. Sa direction et son sens sont ceux de la variation de V_G entre deux instants proches.
- A et B étant deux corps, soient F_B/A la force exercée par B sur A et F_A/B la force exercée par A sur B. Quel que soit l’état de mouvement de A par rapport à B, on a toujours l’égalité vectorielle : F_A/B = F_B/A

Analyser un exemple où une force de frottement sert à la propulsion.

Identifier les effets sur un solide de forces dont les points d’application se déplacent dans le référentiel d’étude :
- modifications de la valeur de la vitesse d’un solide en chute libre, d’un solide glissant sur un plan incliné, de la valeur de la vitesse de rotation d’un solide autour d’un axe fixe,
- modifications de l’altitude, de la température, de l’aspect, etc.

 

Utiliser un tableur et un grapheur.
Étude quantitative des variations de la valeur de la vitesse d’un corps dans différentes situations * :
- chutes libres avec et sans vitesse initiale (utilisation de capteurs chronocinés, de logiciels, de vidéos, etc.),
- satellites en mouvement circulaire uniforme, - solide lancé sur une table, etc.

Analyse du travail de la force de gravitation qui s’exerce sur une comète ; conséquence sur sa vitesse.

 

Expérience de Joule ou équivalente.

 

Approche qualitative de la mise en contact de deux corps à des températures différentes : évolution vers l’équilibre thermique.

Analyse qualitative des transferts d’énergie se faisant sur un système déterminé.

1 - Travail d’une force

1.1 Notion de travail d’une force
Effets possibles d’une force dont le point d’application se déplace.
1.2 Travail d’une force constante
W_AB = F.AB = F.AB.cosα
Unité de travail : le joule (symbole : J).
Expression du travail du poids d’un corps.
Travail moteur, travail résistant.
1.3 Puissance du travail d’une ou plusieurs forces

2 - Le travail : un mode de transfert de l’énergie

2.1 Travail et énergie cinétique
Dans un référentiel terrestre, étude expérimentale de la chute libre d’un corps au voisinage de la Terre ; travail du poids :
W_AB(P) = Δ[(1/2) MV_G 2].
Interprétation énergétique ; définition de l’énergie cinétique d’un solide en translation.
Généralisation : pour un solide en translation soumis à diverses forces :
(1/2) MV_B 2 – (1/2)MV_A 2 = ΣW_AB(F_ext).

2.2 Travail et énergie potentielle de pesanteur
Énergie potentielle d’un solide en interaction avec la Terre.
Cas particulier des situations localisées au voisinage de la Terre.
Relation E_pp = Mgz.
Transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique dans le cas de la chute libre.

2.3 Travail et énergie interne
Quelques autres effets du travail reçu (déformations élastiques, élévation de température, changements d’état physico-
chimiques).
Notion d’énergie interne.

3 - Le transfert thermique
Un travail reçu peut produire une élévation de température d’un corps. Une élévation identique de température peut être obtenue par transfert d’énergie sous une autre forme : le transfert thermique ; aspect microscopique.
Autre mode de transfert énergétique : le rayonnement.

Connaître quelques effets sur un solide de forces dont le ou les points d’application se déplacent.
Exprimer et calculer le travail d’une force constante.

Savoir que le travail d’une force constante effectué entre deux points A et B est indépendant du chemin parcouru.

Utiliser la relation P = W/Δt.

 

Utiliser l’expression de l’énergie cinétique d’un solide en translation.
Mettre en oeuvre un dispositif décrit.

Utiliser le fait qu’entre deux positions, dans un référentiel galiléen, la variation de l’énergie cinétique d’un solide en translation est égale à la somme des travaux des forces extérieures.

 

Utiliser l’expression de l’énergie potentielle de pesanteur d’un solide au voisinage de la Terre.

Expliciter la transformation ’énergie
potentielle en énergie cinétique dans des cas simples.

 

Savoir que l’énergie reçue par travail peut aussi être « stockée » par un corps dont certaines propriétés physiques ou chimiques sont modifiées.
Savoir qu’à l’échelle acroscopique, un transfert thermique se fait spontanément du système dont la température est la plus élevée vers celui dont la température est la plus basse.
Prévoir sur des exemples simples le sens d’un transfert thermique.
Savoir que le rayonnement est un mode de transfert de l’énergie.

Interpréter en termes de transferts d’énergie qu’une lampe brille, qu’une résistance s’échauffe, qu’un moteur tourne.

 

Mesures de tensions et d’intensités dans un circuit série dans le but de calculer des grandeurs énergétiques.

Mesure du potentiel électrique de différents points d’un circuit par rapport à celui d’un point choisi comme référence ; tracé d’un diagramme des potentiels le long d’un circuit.

 

 

 

 

Inventorier quelques manifestations de l’effet Joule dans la vie courante.

 

 

 

 

 

 

Analyser l’influence de l’agencement des composants sur l’énergie transférée par le générateur au reste du circuit.

 

 

Justification de l’utilisation de hautes tensions pour le transport de l’énergie électrique.

 

1 - Transferts d’énergie au niveau d’un générateur et d’un récepteur

1.1 Énergie électrique We reçue par un récepteur, traversé par le courant d’intensité I, pendant Δt :
We = (V_A– V_B) I Δt avec U_AB = (V_A– V_B) > 0
Puissance électrique du transfert : P = U_ABI.

1.2 Effet Joule : applications

 

1.3 Énergie électrique transférée du générateur au reste du circuit pendant la durée Δt : We =(V_P– V_N) I Δt
(V_P– V_N) = U_PN désigne la différence de potentiel ou tension entre les bornes positive et négative du générateur et I l’intensité du courant qui le traverse.
Puissance électrique du transfert :
P = U_PN I

1.4 Bilan du transfert d’énergie pendant la durée Δt
Un récepteur absorbe une énergie électrique U_AB.I.Δt, en « dissipe » une partie r.I².Δt et convertit le reste sous une autre forme (mécanique, chimique).
Un générateur transforme partiellement une forme d’énergie (mécanique, chimique) E.I.Δt en énergie électrique disponible U_PN.I.Δt.
Le complément r.I².Δt est « dissipé » sous forme thermique par effet Joule.

2. Comportement global d’un circuit

2.1 Distribution de l’énergie électrique pendant la durée Δt :
We (générateur) = ΣWe(récepteur)
Justification énergétique des lois d’additivité des tensions et des intensités (loi des noeuds).

2.2 Étude des paramètres influant sur l’énergie transférée par le générateur au reste d’un circuit résistif :
– influence de la force électromotrice E,
– influence des résistances et de leurs associations,
– relation I = E / Req,
– puissance maximale disponible aux bornes d’un générateur, tolérée par un récepteur.

 

Utiliser le principe de conservation de l’énergie pour faire un bilan qualitatif au niveau d’un récepteur.

 

 

Mesurer une différence de potentiel.
Mesurer l’intensité d’un courant.

Réaliser un circuit d’après un schéma conventionnel et dessiner le schéma d’un circuit réalisé.

Savoir que l’effet Joule est un effet thermique associé au passage du courant dans un conducteur.

Représenter sur un schéma une tension par une flèche.

 

Savoir que, dans un circuit où il n’y a qu’un générateur, le potentiel électrique est une grandeur qui décroît de la borne positive vers la borne négative.
Savoir que la grandeur « puissance électrique » permet d’évaluer la rapidité d’un transfert d’énergie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Utiliser l’additivité des résistances en série et des conductances en parallèle.

Faire des prévisions quantitatives lors de la réalisation ou de la modification du circuit à partir de la relation
I = E / Req.

Étude documentaire sur l’histoire du magnétisme et de l’électromagnétisme*.
Expérience de l’aimant brisé.

Comparaison de deux champs magnétiques.

Mise en oeuvre d’expériences montrant les caractéristiques du champ magnétique crée par :
– un courant rectiligne ;
– une bobine ou un solénoïde.
Comparaison du champ externe d’un solénoïde et celui d’un barreau aimanté.
Mise en évidence du champ magnétique terrestre.

 

Utiliser la loi de Laplace pour interpréter qualitativement des expériences telles que :
– barre mobile sur rails,
– action entre courants parallèles,
– mouvement d’une bobine au voisinage d’un aimant.

Mise en évidence du principe de fonctionnement d’un haut-parleur électrodynamique, d’un moteur à courant continu.
Observer le fonctionnement en microphone, d’un HP électro-dynamique.

 

 

 

 

 

1 - Champ magnétique
Action d’un aimant, d’un courant continu, sur une très courte aiguille aimantée.
Vecteur champ magnétique B : direction, sens, valeur et unité.
Exemples de lignes de champ magnétique ; champ magnétique uniforme.
Superposition de deux champs magnétiques (addition vectorielle).

2 - Champ magnétique créé par un courant
Proportionnalité de la valeur du champ B et de l’intensité du courant en l’absence de milieux magnétiques.
Champ magnétique crée par :
– un courant rectiligne,
– un solénoïde.

3 - Forces électromagnétiques
Loi de Laplace ; direction, sens, valeur de la force : F = I/Bsin α.

 

 

 

 

 

 

4 - Couplage électromécanique
Conversion d’énergie électrique en énergie mécanique.
Rôle moteur des forces de Laplace.
Observation de l’effet réciproque associé au mouvement d’un circuit dans un champ magnétique : conversion d’énergie mécanique en énergie électrique.

Une petite aiguille aimantée permet d’obtenir la direction et le sens du champ magnétique dans une petite région de l’espace.
Les caractéristiques du vecteur champ magnétique.
Réaliser des spectres magnétiques.
Utiliser une sonde à effet Hall.
Les lignes de champ magnétique se referment sur elles-mêmes.
Connaître la topographie du champ magnétique créé par :
– un courant rectiligne,
– un solénoïde.

Savoir que la valeur de B dépend de la géométrie du courant, de son intensité ainsi que du point de mesure.

 

Appliquer la loi de Laplace pour évaluer la force qui s’exerce sur une portion rectiligne de circuit.
Sur un schéma de principe donné, représenter la force de Laplace qui explicite le fonctionnement :
– d’un haut-parleur electrodynamique,
– d’un moteur à courant continu.
Connaître les ordres de grandeur de la puissance des moteurs électriques usuels.

 

 

 

 

 

 

 

Élaborer une réponse aux questions suivantes
:
– Peut-on voir la lumière ?
– À quelles conditions un objet est-il visible ?
Observation de l’effet d’une lentille convergente, divergente, sur un faisceau de lumière parallèle.

 

Observation et construction de l’image d’un objet donné par un miroir plan ;
détermination du champ d’observation.
Expérience dite des deux bougies.

 

Étude documentaire sur le télescope de Newton (schéma permettant de visualiser les principales pièces, contexte
historique, etc.)*.

 

 

 

 

Étude documentaire et expérimentale d’un instrument d’optique tel que *:
– lunette astronomique,
– lunette terrestre,
– instrument de projection ou de rétroprojection.

 

1 - Conditions de visibilité d’un objet
Rôle de l’oeil dans la vision directe des objets.
Propagation de la lumière : modèle du rayon lumineuxx ; point-objet.
Lentilles convergentes ; lentilles divergentes.
Critères simples de tri.

2 - Images formées par les systèmes optiques

2.1 Images données par un miroir plan
Observation et localisation de l’image d’un objet donnée par un miroir plan.
Point-image conjugué d’un point objet.
Lois de la réflexion.

2.2 Images données par une lentille convergente
Observation et localisation des images données par une lentille convergente.
Modélisation géométrique d’une lentille mince convergente ; centre optique, foyers ; distance focale, vergence.
Modélisation analytique : relations de conjugaison et de grandissement des lentilles minces convergentes.
La loupe.

3 - Un exemple d’appareil optique
Modélisation expérimentale d’un instrument d’optique simple : lunette astronomique, rétroprojection, lunette terrestre ou jumelles, appareil de projection ou de rétro-projection, etc.

Savoir que:
– un objet ne peut être vu que s’il est éclairé ou s’il émet de la lumière ;
– un objet ne peut être vu que si de la lumière provenant de cet objet arrive dans l’oeil.
Savoir que lors de la vision d’une image à travers un système ptique, la lumière issue de l’objet pénètre dans l’oeil après un parcours non rectiligne et que le cerveau l’interprète comme venant en ligne
droite.
Localiser expérimentalement une image.
Déterminer graphiquement la position et la grandeur de l’image d’un point objet dans le cas d’un miroir plan.

 

Schématiser une lentille mince convergente et indiquer les positions de ses foyers et du centre optique.
Déterminer graphiquement la position de l’image d’un point-objet donnée par une lentille convergente.
Utiliser les relations de conjugaison des lentilles minces convergentes. Utiliser le grandissement.
Être capable de faire un montage permettant de mesurer la distance focale d’une lentille convegente.
Être capable de prévoir le sens du déplacement d’une image consécutif à un déplacement de l’objet.
Comprendre les rôles des éléments constitutifs d’un appareil d’optique n’utilisant que des lentilles convergentes et des miroirs plans.

 

Faire émerger la nécessité de la mesure à partir d’exemples pris dans différents domaines : surveillance et protection de l’environnement, analyses biologiques, agroalimentaires, etc.

À partir d’exemples pris dans la vie courante, montrer la nécessité de disposer de différentes techniques de mesure et sensibiliser au choix d’une technique en fonction d’un objectif.

À partir d’une expérience, établir un bilan de matière. Lors de ce premier TP, réinvestir les acquis concernant l’emploi du matériel de laboratoire et les précautions
d’utilisation concernant les « produits ».

 

 

 

 

 

 

 

Observer les modèles du chlorure de sodium et du fluorure de calcium.
Mise en solution de solides, de liquides et de gaz (expérience du jet d’eau) et mise en évidence des ions par des tests chimiques.
Préparation de solutions ioniques de concentrations données à partir de solides ioniques ou de solutions concentrées.
Expérience d’électrisation mettant en évidence le caractère dipolaire de la molécule d’eau.

 

 

 

 

 

Effectuer une transformation chimique au cours de laquelle se forme un produit à l’état gazeux. Réaliser, chaque fois que possible, un test de reconnaissance des réactifs et des produits.
À température constante, mesurer le volume du gaz (la pression étant connue) ou la pression de ce gaz (le volume étant connu).
Utiliser un manomètre absolu ou relatif pour mesurer la variation de pression au cours de la transformation.
Calculer une quantité de matière gazeuse.

1 - Masse, volume, pression
Grandeurs physiques liées aux quantités de matière solide ou liquide (masse, volume), et gazeuse (masse, volume, pression).
Volume molaire d’un gaz parfait à pression et température connues.

 

 

 

 

 

 

2 - Concentration ; solutions électrolytiques
Solide ionique.
Obtention d’une solution électrolytique par dissolution de solides ioniques, de liquides ou de gaz dans l’eau.
Caractère dipolaire d’une molécule (dipôle permanant) : exemples de la molécule de chlorure d’hydrogène et de la molécule d’eau ; corrélation avec la classification périodique des éléments.
Solvatation des ions ; interaction entre les ions dissous et les molécules d’eau.
Cas particulier du proton.
Concentration molaire de soluté apporté, notée c, et concentration molaire effective des espèces dissoutes, notée [X].

 

3 - Applications au suivi d’une transformation chimique
Évolution d’un système au cours d’une transformation chimique : avancement, tableau descriptif de l’évolution et bilan de matière.

 

 

 

 

 

 

 

Choisir le matériel de laboratoire en fonction d’un objectif et l’utiliser correctement.
Savoir utiliser une documentation pour connaître les dangers des « produits » utilisés, pour identifier sur l’étiquette d’un flacon les phrases de risque et de sécurité et déduire la conduite à tenir en
cas d’accident.
Connaître l’équation des gaz parfaits :
pV = nRT et l’utiliser pour déterminer une quantité de matière (n), connaissant les autres facteurs (p, V et T).
Déterminer la quantité de matière d’un solide à partir de sa masse et celle d’un soluté moléculaire en solution à partir de sa oncentration molaire et du volume de la solution homogène.

 

Savoir que, dans un solide ionique, l’attraction entre un ion et ses plus proches voisins est assurée par l’interaction coulombienne.
Écrire l’équation de la réaction associée à la dissolution dans l’eau d’une espèce conduisant à une solution électrolytique.
À partir des quantités de matière apportées et du volume de solution, déterminer la concentration molaire d’une solution électrolytique et la distinguer de la concentration molaire effective des ions.
Rendre compte du caractère dipolaire de la molécule d’eau selon la nature des atomes et la structure géométrique de la molécule.
Savoir que les ions en solution sont solvatés.

Décrire l’évolution des quantités de matière dans un système chimique au cours d’une transformation en fonction de l’avancement de la réaction.
Déterminer le réactif limitant connaissant l’équation de la réaction et les quantités initiales des réactifs.
Prévoir le volume final (la pression
étant connue) ou la pression finale (le volume étant connu) d’un système produisant une quantité de matière, n, d’un gaz à température constante, T.

 

 

 

Réaliser une expérience de migration d’ions en utilisant un générateur de tension continue.
Mesurer la résistance et la conductance d’une portion de solution électrolytique en utilisant un GBF en mode sinusoïdal, un ampèremètre, un voltmètre et deux électrodes planes et paralèlles.
Étudier expérimentalement et qualitativement les effets de quelques grandeurs d’influence (S, L, c).
Préparer des solutions ioniques de différentes concentrations en NaCl et tracer la courbe d’étalonnage G = f(c).
Utiliser cette courbe pour déterminer la concentration inconnue d’une solution de NaCl*.
Comparer les conductances de solutions d’électrolytes courants (à partir de NaOH, KOH, HCl, NH4Cl, NaCl et KCl).
Déduire de ces mesures :
– une échelle relative des conductivités molaires ioniques de quelques ions,
– que la conductance d’une solution de KOH peut être retrouvée à partir de celles des solutions de KCl, NaCl et NaOH prises aux mêmes concentrations.

1 - Conductance d’une solution ionique, G
Méthode de mesure de la conductance.
Grandeurs d’influence (température et état de surface des électrodes, surface des électrodes, distance entre elles, nature et concentration de la solution).
Courbe d’étalonnage G = f(c).

2 - Conductivité d’une solution ionique, σ
Définition à partir de la relation
G = σ.S/L.
Relation entre σ et c.

3 - Conductivité molaire ionique, λi, et relation entre les conductivités molaires ioniques et la conductivité d’une solution
Utilisation d’un tableau des conductivités molaires ioniques des ions les plus courants.
Comparaison des conductivités molaires ioniques des ions H+ (aq) et HO– (aq) à celles d’autres ions.
Limites de la méthode d’étalonnage.

 

 

Savoir que la présence d’ions est nécessaire pour assurer le caractère conducteur d’une solution.
Relation entre résistance et conductance.
Connaître les grandeurs d’influence (S, L, c).
Relation entre la conductance mesurée et la conductivité d’une solution électrolytique.
Réaliser une gamme de solutions de différentes concentrations à partir d’une solution mère et tracer la courbe d’étalonnage G = f(c).
Exploiter cette courbe pour déterminer la concentration inconnue d’une solution.
Utiliser la relation qui existe entre la conductivité d’une solution ionique peu concentrée, les conductivités molaires ioniques des ions présents et leurs concentrations molaires.
Interpréter les résultats de mesures de conductance de plusieurs solutions de même concentration et possédant un ion commun.

 

 

Montrer le passage réciproque de l’acide à la base dans le cas des indicateurs colorés.
Acides et bases contenus dans des produits de la vie courante : vinaigre, détartrant, déboucheur de canalisations, etc.

 

 

 

 

Montrer le passage réciproque de l’oxydant au réducteur en caractérisant l’oxydant ou le réducteur formé.
Oxydants et réducteurs contenus dans des produits de la vie courante : eau de Javel, eau oxygénée, acide ascorbique,
etc.

 

 

 

 

 

 

Utiliser la conductimétrie pour le dosage d’un détartrant par une solution de soude ou le dosage d’un déboucheur d’évier par une solution de chlorure d’hydrogène (acide chlorhydrique).
Dosage des ions fer(II) par les ions permanganate en milieu acide, ou du diiode par les ions thiosulfate. Intervalle de confiance d’une mesure en vue d’estimer la précision d’un dosage.

 

1- Réactions acido-basiques
Exemples de réactions acido-basiques comme réactions impliquant des transferts de protons.
À partir de l’écriture de chacune des réactions, faire émerger la définition d’un acide et d’une base au sens de Brønsted.
Quelques acides et bases usuels.
Couple acide/base.
Couples de l’eau :
H₃O+/H₂O ; H₂O/HO ^– (aq).
L’eau est un ampholyte.

2 - Réactions d’oxydoréduction
Exemples de réactions d’oxydoréduction comme réactions impliquant des transferts d’électrons.
À partir de l’écriture de chacune des réactions, faire émerger, dans des cas simples, la définition d’un oxydant et d’un réducteur.

Couple oxydant/réducteur.
Mise en évidence de la nécessité d’une méthode et d’un formalisme pour écrire l’équation d’une réaction d’oxydoréduction.
Utilisation du tableau périodique pour donner des exemples de réducteurs (les métaux) et d’oxydants parmi les nonmétaux (dihalogènes et dioxygène).

3 - Dosages (ou titrages) directs
La réaction chimique comme outil de détermination des quantités de matière.
Utilisation d’un tableau décrivant l’évolution du système au cours du dosage.
Équivalence lors d’un dosage.

 

 

 

 

Définir un acide et une base au sens de Brønsted.
Connaître quelques couples acide/base et y reconnaître l’acide et la base :
– H₃O+/H₂O.
– H₂O/HO ^– (aq).
– NH₄⁺ (aq)/NH₃ (aq).
– CH₃CO₂H (aq)/CH₃ CO₂ ^– (aq).
Savoir écrire l’équation d’une réaction acido-basique.

 

Définir un oxydant et un réducteur.
Reconnaître l’oxydant et le réducteur de quelques couples :
– H⁺ (aq)/H₂ (g).
– Mⁿ⁺ (aq)/M(s) (cation métallique/métal).
– Fe³⁺ (aq)/Fe²⁺(aq).
– MnO4 ^– (aq)/Mn²⁺ (aq),
– I₂ (aq)/I ^– (aq),
– S₄O₆ ^2– (aq) /S₂O₃ ^2– (aq).

Savoir écrire l’équation d’une réaction d’oxydoréduction.

 

 

 

Savoir définir l’équivalence lors d’un dosage ; en déduire la quantité de matière du réactif dosé. Estimer la précision du dosage (justification du nombre de chiffres significatifs employés).

 

 

 

 

Travail documentaire* :
– composition des espèces chimiques organiques (importance quantitative des éléments C et H principalement),
– histoire de la chimie organique sous l’angle des découvertes et des hommes,
– mise en évidence de la multitude et de la diversité des molécules en chimie organique (nombre de molécules, nombre d’espèces organiques synthétisées chaque année, etc.),
– importance économique de la chimie organique.

1 - Qu’est-ce que la chimie organique ?
Cerner le champ de la chimie organique.
Ressources naturelles : photosynthèse, synthèses biochimiques et hydrocarbures fossiles.
2 - Le carbone, élément de base de la chimie organique
Comment l’atome de carbone établit-il des liaisons avec d’autres atomes ?
3 - Quelques dates dans l’histoire de la chimie organique
4 - L’omniprésence de la chimie organique

Savoir que les molécules de la chimie organique sont constituées principalement des éléments C et H.

À l’aide des règles du « duet » et de l’octet, décrire les liaisons que peut établir un atome de carbone avec ses atomes voisins.

 

Expériences visant à montrer l’importance du squelette carboné, du groupe caractéristique et leur rôle respectif sur les propriétés physiques et chimiques : tests de solubilité, tests de caractérisation.

Travail documentaire de sensibilisation aux différentes représentations de molécules (y compris des molécules biologiques en lien avec le programme de SVT) faisant apparaître différents types de squelettes et faisant émerger la notion de groupe caractéristique*.
Éléments de nomenclature, isomérie (en se limitant aux alcanes comportant une chaîne de 6 atomes de carbone au plus et aux molécules de type CHA = CHB), modèles moléculaires et logiciels de simulation*.

Activités documentaires, utilisation de cédéroms, vidéos et expériences de cours permettant d’illustrer les transformations des pétroles (par reformage, craquage catalytique et vapocraquage) et la polymérisation en spécifiant les produits obtenus (carburants et polymères) ainsi que leurs nombreuses applications*.

 

 

Illustration expérimentale du champ de réactivité des alcools.

Synthèses permettant de réinvestir et d’acquérir des techniques expérimentales au laboratoire et d’illustrer la réactivité de molécules sous l’angle du passage d’un groupe à un autre avec caractérisation du groupe obtenu.
Applications industrielles.

 

 

1 - Introduction
Une molécule organique comporte un squelette carboné et, éventuellement, des groupes caractéristiques.

 

 

2 - Le squelette carboné
a) La diversité des chaînes carbonées
– Chaîne linéaire, ramifiée ou cyclique saturée et insaturée.
Formule brute, formule semi-développée plane, approche de l’écriture topologique, isomérie de constitution mise en évidence sur quelques exemples simples de l’isomérie Z et E.
– Influence de la chaîne carbonée sur les propriétés physiques : température d’ébullition, densité, solubilité (les exemples sont pris sur des chaînes saturées).
– Application à la distillation fractionnée.
b) La modification du squelette carboné
Allonger, raccourcir, ramifier, cycliser ou déshydrogéner à partir de quelques applications industrielles : chimie du pétrole, polyaddition des alcènes et des dérivés éthyléniques.

3 - Les groupes caractéristiques : initiation
a) Reconnaître les familles de composés :
amine, composé halogéné, alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique.
b) Illustrer la réactivité des alcools :
oxydation, déshydratation (élimination), passage aux composés halogénés (substitution).
c) Passage d’un groupe caractéristique à un autre : quelques exemples au laboratoire et dans l’industrie.

 

 

 

Reconnaître une chaîne carbonée saturée linéaire ou non.
Donner le nom des alcanes (en se limitant aux alcanes comportant une chaîne de 6 atomes de carbone au plus).
Reconnaître la présence d’une liaison double sur une chaîne carbonée (alcènes et dérivés éthyléniques).

 

Donner les formules brute et semi-développée d’une molécule simple.

Prévoir les isomères de constitution d’une molécule à partir de sa formule brute (en se limitant aux alcanes comportant une chaîne de 6 atomes de carbone
au plus).

À partir d’un monomère CH₂ = CHA, écrire le motif du polymère obtenu par polyaddition :
——( CH₂ – CHA — )— _n

Au vu de la formule développée plane d’une molécule, reconnaître les familles de composés suivantes : amine, composé halogéné, alcool, aldéhyde, cétone et acide carboxylique.

Lors de la réaction d’un alcool, reconnaître s’il s’agit d’une réaction d’oxydation, de déshydratation (élimination) ou de substitution.
Connaître les familles de composés obtenus par oxydation ménagée d’un alcool.
Écrire la réaction d’oxydation d’un alcool par les ions permanganate en milieu acide.

Mettre en oeuvre au laboratoire une extraction par solvant, un chauffage à reflux, une filtration sous vide, une CCM, une distillation en justifiant du choix du matériel à utiliser.
Déterminer la valeur du rendement
d’une synthèse.

Observation d’effets thermiques associés à des transformations chimiques (mettant en jeu des réactions acidobasiques, d’oxydoréduction, de dissolution ou de combustion) et à des changements d’état.

Comparaison des ordres de grandeur de l’énergie libérée au cours d’une réaction de combustion et de l’énergie transférée au cours d’une réaction de vaporisation.

Applications dans la vie quotidienne des effets thermiques associés à différentes transformations.

Activités documentaires liées aux combustions, par exemple dans les moteurs à explosion et les centrales thermiques à flamme (rejets, sécurité, etc.)*.

1 - La cohésion de la matière
La molécule : assemblage d’atomes ; énergie de liaison d’une liaison AB, notée D _AB.
Les assemblages de molécules : le solide et le liquide comparés au gaz (ordre de grandeur des distances entre les molécules ; de l’ordre au désordre) ; énergie de cohésion.

2 - Les transformations de la matière : aspects énergétiques et effets thermiques associés
Transformations chimiques.
Changements d’état.
Utiliser les énergies de liaison pour estimer l’ordre de grandeur de l’énergie transférée au cours d’une réaction mettant en jeu des espèces chimiques à l’état gazeux.

3 - Quelques applications au quotidien des effets thermiques
Transports et chauffage : enjeux et conséquences sur l’environnement.

Être capable de donner une définition de l’énergie de liaison.
Savoir que l’énergie de cohésion de solides ou de liquides composés de molécules est un ordre de grandeur plus faible qu’une énergie de liaison.