accueil 5e 4e 3e 2e 1e liens tutos_flash

 

Programme baccalauréat  | Terminale S | Animations flash

T S

 

 

CHIMIE

 

01. Ajuster les équations rédox (rappel)     en  es

02. Un facteur cinétique : la température     en  es

03. Un facteur cinétique : la concentration     en  es

04. Transformations spontanées : la pile Daniell     en  es

05. Transformations forcées : une électrolyse    en  es

06. Estérification/Hydrolyse déplacement de l'équilibre : excès d'un réactif    en  es

07. Estérification/Hydrolyse déplacement de l'équilibre : élimination d'un produit   en  es

 

 

 

ÉVOLUTION TEMPORELLE DES SYSTÈMES MÉCANIQUES

 

08. Chute libre verticale | Mouvement rectiligne uniformément accéléré    en  es

09. Chute verticale avec frottements | Mouvement rectiligne uniforme    en  es

10. Tir parabolique    en  es

11. Tir parabolique - chronophotographie    en  es

12. {Solide + ressort} vertical    en  es

13. {Solide + ressort} horizontal - Un montage expérimental possible    en  es

14. {Solide + ressort} horizontal - Montage théorique équivalent    en  es

 

 

 

ONDES PROGRESSIVES

 

Ondes mécaniques

 

15. Célérité d'un signal transversal | corde    en  es

16. Célérité d'un signal longitudinal | ressort    en  es

17. Onde progressive périodique | double périodicité | corde    en  es

18. Onde progressive périodique | double périodicité | ressort    en  es

19. Onde progressive périodique | CORDE | ACTIVITE    en  es

20. Onde progressive périodique | RESSORT | ACTIVITE    en  es

21. Croisement de perturbations | corde spécialité    en  es

22. Réflexion d'une perturbation sur un obstacle fixe | corde spécialité    en  es

23. Ondes stationnaires dans une colonne d'air spécialité

 

 

 

ÉNERGIE

 

24. Chute libre : Conservation de l'énergie mécanique

25. Chute : Non conservation de l'énergie mécanique

26. Carte heuristique

27. Théorème de l'Énergie Cinétique ou Principe fondamental de la dynamique (2e loi de Newton) ?    en  es

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PCCL © 2014

 

 

 

 

PROGRAMME

Ts

le contenu du cours

 

 

PHYSIQUE

Enseignement obligatoire

 

Introduction à l'évolution temporelle des systèmes (1 TP)

 

Présenter, à travers les documents les plus divers, des situations réelles où l’évolution temporelle est d’une importance particulière : ondes sismiques, vibrations mécaniques, mouvements de balançoires, laser Terre-Lune, augmentation de la vitesse des moyens de transport (Train à grande vitesse), augmentation de la fréquence de l’horloge des ordinateurs, échelle de temps de la tectonique des plaques, décollage d’une fusée et mise en orbite de satellites, chute de la station MIR, saut en parachute et saut à l’élastique, amélioration des performances sportives, etc.

 

A - Propagation d'une onde ; ondes progressives (2 TP + 9h)

 

1. Les ondes mécaniques progressives

 

1.1 Introduction

A partir des exemples donnés en activité dégager la définition suivante d'une onde mécanique :

"on appelle onde mécanique le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu sans transport de matière".

Célérité.

Ondes longitudinales, transversales.

Ondes sonores comme ondes longitudinales de compression-dilatation.

Propriétés générales des ondes :

- une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes.

- la perturbation se transmet de proche en proche ; transfert d'énergie sans transport de matière.

- la vitesse de propagation d'une onde est une propriété du milieu.

- deux ondes peuvent se croiser sans se perturber.

 

1.2 Onde progressive à une dimension

Notion d'onde progressive à une dimension.

Notion de retard : la perturbation au point M à l'instant t est celle qui existait auparavant en un point M' à l'instant t' = t - t : avec t = M'M/v, t étant le retard et v la célérité (pour les milieux non dispersifs).

 

2. Ondes progressives mécaniques périodiques

 

Notion d'onde progressive périodique.

Périodicité temporelle, période, ; périodicité spatiale.

Onde progressive sinusoïdale, période, fréquence, longueur d'onde ; relation l = v .T = v /n

La diffraction dans le cas d'ondes progressives sinusoïdales : mise en évidence expérimentale.

Influence de la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle sur le phénomène observé.

La dispersion : mise en évidence de l'influence de la fréquence sur la célérité de l'onde à la surface de l'eau ; notion de milieu dispersif.

 

3. La lumière, modèle ondulatoire

 

Observation expérimentale de la diffraction en lumière monochromatique et en lumière blanche (irisation).

 

Propagation de la lumière dans le vide.

Modèle ondulatoire de la lumière : célérité, longueur d'onde dans le vide, fréquence, l = c.T = c/n.

Influence de la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle sur le phénomène observé ; écart angulaire du faisceau diffracté par une fente ou un fil rectilignes de largeur a :

q = l / a.

Lumière monochromatique, lumière polychromatique ; fréquence et couleur.

Propagation de la lumière dans les milieux transparents ; indice du milieu.

Mise en évidence du phénomène de dispersion de la lumière blanche par un prisme : l'indice d'un milieu transparent dépend de la fréquence de la lumière.

 

B - Transformations nucléaires

(2 TP + 7 h)

 

1. Décroissance radioactive

 

1.1 Stabilité et instabilité des noyaux

Composition ; isotopie ; notation

Z

AX.

Diagramme (N,Z)

 

1.2 La radioactivité

La radioactivité a, b-, b+, émission g.

Lois de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons

 

1.3 Loi de décroissance

Evolution de la population moyenne d'un ensemble de noyaux radioactifs

DN = - l N Dt ; N = N0 e-lt.

Importance de l'activité |DN |/ Dt ; le becquerel.

Constante de temps t = I / l.

Demi-vie t1/2 = t ln2.

Application à la datation.

 

2. Noyaux, masse, énergie

 

2.1 Équivalence masse-énergie

Défaut de masse ; énergie de liaison

DE = Dm c2 ; unités : eV, keV, MeV.

Énergie de liaison par nucléon.

Équivalence masse-énergie.

Courbe d'Aston - El /A = f(A)

 

2.2 Fission et fusion

Exploitation de la courbe d'Aston ; domaines de la fission et de la fusion.

 

2.3 Bilan de masse et d'énergie d'une réaction nucléaire

Exemples pour la radioactivité, pour la fission et la fusion.

Existence de conditions à réaliser pour obtenir l'amorçage de réactions de fission et de fusion.

 

C - Évolution des systèmes électriques (3TP + 10h)

 

1. Cas d'un dipôle RC

 

1.1 Le condensateur

Description sommaire, symbole.

Charges des armatures.

Intensité : débit de charges.

Algébrisation en convention récepteur i, u, q.

Relation charge-intensité pour un condensateur i = dq/dt, q charge du condensateur en convention récepteur.

Relation charge-tension q= C.u ; capacité, son unité le farad (F).

 

1.2 Dipôle RC

Réponse d'un dipôle RC à un échelon de tension : tension aux bornes du condensateur, intensité du courant ; étude expérimentale et étude théorique (résolution analytique).

Énergie emmagasinée dans un condensateur.

Continuité de la tension aux bornes du condensateur.

Connaître la représentation symbolique d'un condensateur.

 

2. Cas du dipôle RL

 

2.1 La bobine

Description sommaire d'une bobine, symbole.

Tension aux bornes d'une bobine en convention récepteur :                    

u = ri + L di /dt

Inductance : son unité le henry (H).

 

2.2 Dipôle RL

Réponse en courant d'une bobine à un échelon de tension : étude expérimentale et étude théorique (résolution analytique).

Énergie emmagasinée dans une bobine.

Continuité de l'intensité du courant dans un circuit qui contient une bobine.

 

3. Oscillations libres dans un circuit RLC série

Décharge oscillante d'un condensateur dans une bobine.

Influence de l'amortissement : régimes périodique, pseudo-périodique, apériodique.

Période propre et pseudo-période.

Interprétation énergétique : transfert d'énergie entre le condensateur et la bobine, effet Joule.

Résolution analytique dans le cas d'un amortissement négligeable.

Expression de la période propre

T0 = 2 π LC

Entretien des oscillations.

 

D - Évolution temporelle des systèmes mécaniques

(5 TP + 22 h)

 

1. La mécanique de Newton

Lien qualitatif entre ΣFext et ΔvG (rappels).

Comparaison de ΔvG correspondant à des intervalles de temps égaux pour des forces de valeurs différentes (résultat de l'activité).

Introduction de ΔvGt

Accélération :

aG = lim Δt à 0 (ΔvG /Δt) = dvG/dt ;

vecteur accélération (direction, sens, valeur).

Rôle de la masse.

Deuxième loi de Newton appliquée au centre d'inertie.

Importance du choix du référentiel dans l'étude du mouvement du centre d'inertie d'un solide : référentiels galiléens.

Troisième loi de Newton : loi des actions réciproques (rappel).

 

2. Étude de cas

2.1 Chute verticale d'un solide

Force de pesanteur, notion de champ de pesanteur uniforme.

- Chute verticale avec frottement

Application de la deuxième loi de Newton à un mouvement de chute verticale : forces appliquées au solide (poids, poussée d'Archimède, force de frottement fluide) ; équation différentielle du mouvement ; résolution par une méthode numérique itérative, régime initial et régime asymptotique (dit "permanent"), vitesse limite ; notion de temps caractéristique.

- Chute verticale libre

Mouvement rectiligne uniformément accéléré ; accélération indépendante de la masse de l'objet.

Résolution analytique de l'équation différentielle du mouvement ; importance des conditions initiales.

 

2.2 Mouvements plans

- Mouvements de projectiles dans un champ de pesanteur uniforme

Application de la deuxième loi de Newton au mouvement du centre d'inertie d'un projectile dans un champ de pesanteur uniforme dans le cas où les frottements peuvent être négligés.

Équations horaires paramétriques.

Équation de la trajectoire.

Importance des conditions initiales.

 

- Satellites et planètes

Lois de Kepler (trajectoire circulaire ou elliptique).

Référentiels héliocentrique et géocentrique.

Étude d'un mouvement circulaire uniforme ; vitesse, vecteur accélération ; accélération normale.

Énoncé de la loi de gravitation universelle pour des corps dont la répartition des masses est à symétrie sphérique et la distance grande devant leur taille (rappel).

Application de la deuxième loi de Newton au centre d'inertie d'un satellite ou d'une planète : force centripète, accélération radiale, modélisation du mouvement des centres d'inertie des satellites et des planètes par un mouvement circulaire et uniforme, applications (période de révolution, vitesse, altitude, satellite géostationnaire).

Interprétation qualitative de l'impesanteur dans le cas d'un satellite en mouvement circulaire uniforme.

 

3. Systèmes oscillants

3.1 Présentation de divers systèmes oscillants mécaniques

Pendule pesant, pendule simple et système solide-ressort en oscillation libre : position d'équilibre, écart à l'équilibre, abscisse angulaire, amplitude, amortissement (régime pseudo-périodique, régime apériodique), pseudo-période et isochronisme des petites oscillations, période propre.

Expression de la période propre d'un pendule simple : justification de la forme de l'expression par analyse dimensionnelle.

 

3.2 Le dispositif solide-ressort

Force de rappel exercée par un ressort.

Étude dynamique du système "solide" : choix du référentiel, bilan des forces, application de la 2e loi de Newton, équation différentielle, solution analytique dans le cas d'un frottement nul. Période propre.

 

3.3 Le phénomène de résonance

Présentation expérimentale du phénomène : excitateur, résonateur, amplitude et période des oscillations, influence de l'amortissement.

Exemples de résonances mécaniques.

 

4. Aspects énergétiques

Travail élémentaire d'une force.

Travail d'une force extérieure appliquée à l'extrémité d'un ressort, l'autre extrémité étant fixe.

Énergie potentielle élastique du ressort.

Energie mécanique du système solide-ressort.

Energie mécanique d'un projectile dans un champ de pesanteur uniforme.

 

5. L'atome et la mécanique de Newton : ouverture au monde quantique

Limites de la mécanique de Newton

Quantification des échanges d'énergie.

Quantification des niveaux d'énergie d'un atome, d'une molécule, d'un noyau.

Application aux spectres, constante de Plank, DE = hn.

 

E - L'évolution temporelle des systèmes et la mesure du temps

(2 h)

 

Cette partie est considérée comme une révision de fin d’année, autour de la mesure du temps. Elle ne comporte aucune connaissance théorique ou compétence exigible nouvelle. Les exemples cités ne sont pas limitatifs et le professeur est libre de les enrichir.

Comment mesurer une durée?

- À partir d’une décroissance radioactive (âge de la Terre, âge de peintures rupestres…)

- À partir de phénomènes périodiques

. oscillateur électrique entretenu (oscillateur LC)

. mouvements des astres

. rotation de la Terre

. horloges à balancier

. horloges atomiques : définition de la seconde.

• Mesurer une durée pour déterminer une longueur

- À partir de la propagation d’une onde mécanique (télémètre ultrasonore, échographie, sonar…)

- À partir de la propagation d’une onde lumineuse (télémétrie laser, distance Terre-Lune…)

- Le mètre défini à partir de la seconde et de la célérité de la lumière

- Le mètre et le pendule battant la seconde

- Histoire de la mesure des longitudes

• Mesurer une durée pour déterminer une vitesse

- Mesure de la célérité du son

- Mesure de la célérité de la lumière

 

 

PHYSIQUE

Enseignement de spécialité

 

A - Produire des images, observer (5 séquences de 2 heures)

 

1. Formation d'une image

1.1 Image formée par une lentille mince convergente

Constructions graphiques de l'image:

- d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique.

- d'un point objet situé à l'infini.

Relations de conjugaison sous forme algébrique, grandissement.

Validité de cette étude : conditions de Gauss.

 

1.2 Image formée par un miroir sphérique convergent

Sommet, foyer, axe optique principal, distance focale.

Constructions graphiques de l'image:

- d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique principal.

- d'un point objet situé à l'infini.

 

2. Quelques instruments d'optique

2.1 Le microscope

Description sommaire et rôle de chaque constituant : condenseur (miroir sphérique), objectif, oculaire.

Modélisation par un système de deux lentilles minces :

- construction graphique de l'image intermédiaire et de l'image définitive d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique.

- caractéristiques de l'image intermédiaire et de l'image définitive par construction et/ou par application des formules de conjugaison.

- diamètre apparent.

- grossissement standard.

- cercle oculaire.

 

2.2 La lunette astronomique et le télescope de Newton

Description sommaire et rôle de chaque constituant :

- lunette astronomique : objectif, oculaire.

- télescope de Newton : miroir sphérique, miroir plan, objectif.

Modélisation de la lunette astronomique par un système afocal de deux lentilles minces et modélisation d'un télescope de Newton par un système miroirs, lentilles minces :

- construction graphique de l'image intermédiaire et de l'image définitive d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique.

- caractéristiques de l'image intermédiaire et de l'image définitive par construction et/ou par application des formules de conjugaison.

- diamètre apparent.

- grossissement standard.

- cercle oculaire.

 

B - Produire des sons, écouter

(5 séquences de 2 h)

 

1. Production d'un son par un instrument de musique

Système mécanique vibrant associé à un système assurant le couplage avec l'air :

- illustration par un système simple

- cas de quelques instruments réels

 

2. Modes de vibrations

2.1 Vibration d'une corde tendue entre deux points fixes

Mise en évidence des modes propres de vibration par excitation sinusoïdale : mode fondamental, harmoniques ; quantification de leurs fréquences.

Noeuds et ventres de vibration.

 

Oscillations libres d'une corde pincée ou frappée : interprétation du son émis par la superposition de ces modes.

 

2.2 Vibration d'une colonne d'air

Mise en évidence des modes propres de vibration par excitation sinusoïdale.

Modèle simplifié d'excitation d'une colonne d'air par une anche ou un biseau : sélection des fréquences émises par la longueur de la colonne d'air.

 

3. Interprétation ondulatoire.

3.1 Réflexion sur un obstacle fixe unique

Observation de la réflexion d'une onde progressive sur un obstacle fixe ; interprétation qualitative de la forme de l'onde réfléchie.

Cas d'une onde progressive sinusoïdale incidente.

Onde stationnaire : superposition de l'onde incidente sinusoïdale et de l'onde réfléchie sur un obstacle fixe.

 

3.2 Réflexions sur deux obstacles fixes : quantification des modes observés.

Onde progressive de forme quelconque entre deux obstacles fixes : caractère périodique imposé par la distance L entre les deux points fixes et la célérité v, la période étant 2L/v.

Onde stationnaire entre deux obstacles fixes : quantification des modes ; relation 2L = nl (n entier); justification des fréquences propres nn = nV/2L.

 

3.3 Transposition à une colonne d'air excitée par un haut-parleur

Observation qualitative du phénomène.

 

4. Acoustique musicale et physique des sons

Domaine de fréquences audibles ; sensibilité de l'oreille.

Hauteur d'un son et fréquence fondamentale ; timbre : importance des harmoniques et de leurs transitoires d'attaque et d'extinction.

Intensité sonore, intensité de référence : I0 = 10-12W/m2.

Niveau sonore : le décibel acoustique, L = 10 log10(I/I0)

 

Gammes : octaves, gamme tempérée.

 

C - Produire des signaux, communiquer

(4 séquences de 2 h)

 

1. Les ondes électromagnétiques, support de choix pour transmettre des informations

1.1 Transmission des informations

A travers divers exemples, montrer que la transmission simultanée de plusieurs informations nécessite un "canal" affecté à chacune d'elles.

Intérêt de l'utilisation d'une onde : transport à grande distance d'un signal, contenant l'information sans transport de matière mais avec transport d'énergie.

 

1.2 Les ondes électromagnétiques

Propagation d'une onde électromagnétique dans le vide et dans de nombreux milieux matériels...

Classement des ondes électromagnétiques selon la fréquence et la longueur d'onde dans le vide.

Rôle d'une antenne émettrice (création d'une onde électromagnétique), d'une antenne réceptrice (obtention d'un signal électrique à partir d'une onde électromagnétique).

 

1.3 Modulation d'une tension sinusoïdale

Information et modulation

Expression mathématique d'une tension sinusoïdale :

u(t) = Umax cos(2pft + f0)

Paramètres pouvant être modulés : amplitude, fréquence et/ou phase.

 

2. Modulation d'amplitude

2.1 principe de la modulation d'amplitude

Tension modulée en amplitude : tension dont l'amplitude est fonction affine de la tension modulante.

Un exemple de réalisation d'une modulation d'amplitude.

Notion de surmodulation.

Choix de la fréquence du signal à moduler en fonction des fréquences caractéristiques du signal modulant.

 

2.2 Principe de la démodulation d'amplitude

Fonctions à réaliser pour démoduler une tension modulée en amplitude.

Vérification expérimentale :

- de la détection d'enveloppe réalisée par l'ensemble constitué de la diode et du montage RC parallèle.

- de l'élimination de la composante continue par un filtre passe-haut RC.

Restitution du signal modulant.

 

3. Réalisation d'un disposotif permettant de recevoir une émission radio en modulation d'amplitude

Le dipôle bobine condensateur montés en parallèle : étude expérimentale ; modélisation par un circuit LC parallèle.

Association de ce dipôle et d'une antenne pour la réception d'un signal modulé en amplitude.

Réalisation d'un récepteur radio en modulation d'amplitude.

 

 

CHIMIE

Enseignement obligatoire

 

Introduction : Les questions qui se posent au chimiste

(1 h)

 

- Inventorier les activités du chimiste et les enjeux de la chimie dans la société.

- Dégager quelques questions qui se posent au chimiste dans ses activités professionnelles.

 

A - La transformation d’un système chimique est-elle toujours rapide ?

(2 TP, 9 HCE)

 

1. Transformations lentes et rapides

- Mise en évidence expérimentale de transformations lentes et rapides.

- Mise en évidence expérimentale des facteurs cinétiques : température et concentration des réactifs.

- Rappels sur les couples oxydant/réducteur et sur l'écriture des équations de réactions d'oxydoréduction.

 

2. Suivi temporel d'une transformation

- Tracé des courbes d'évolution de quantité de matière ou de concentration d'une espèce et de l'avancement de la réaction au cours du temps : utilisation du tableau descriptif d'évolution du système chimique, exploitation des expériences.

- Vitesse de réaction :

Définition de la vitesse volumique de réaction exprimée en unité de quantité de matière par unité de temps et de volume.

v = (1/V) x (dx/dt )  où x est l'avancement de la réaction et V le volume de la solution.

Évolution de la vitesse de réaction au cours du temps.

- Temps de demi-réaction noté t1/2 :

Définition et méthodes de détermination.

Choix d'une méthode de suivi de la transformation selon la valeur de t1/2.

Une nouvelle technique d'analyse, la spectrophotométrie : L'absorbance A, grandeur mesurée par le spectrophotomètre.

Relation entre l'absorbance et la concentration effective d'une espèce colorée en solution, pour une longueur d'onde donnée et pour une épaisseur de solution traversée donnée.

Suivi de la cinétique d'une transformation chimique par spectrophotométrie.

 

3. Quelle interprétation donner au niveau microscopique ?

Interprétation de la réaction chimique e termes de chocs efficaces.

Interprétation de l'influence de la concentration des entités réactives et de la température sur le nombre de chocs et de chocs efficaces par unité de temps.

 

B - La transformation d’un système chimique est-elle toujours totale ?

(4 TP, 9 HCE)

 

1. Une transformation chimique n'est pas toujours totale et la réaction a lieu dans les deux sens

- Introduction du pH et de sa mesure.

- Mise en évidence expérimentale sur une transformation chimique donnée, d'un avancement final différent de l'avancement maximal.

- Symbolisme d'écriture de l'équation de la réaction : le signe égal =.

- État d'équilibre d'un système chimique.

- Taux d'avancement final d'une réaction : t = cfinal/ cmaximal.

- Interprétation à l'échelle microscopique de l'état d'équilibre en termes de cinétique : chocs efficaces entre entités réactives d'une part et entités produites d'autre part.

 

2. Etat d'équilibre d'un système

- Quotient de réaction, Qr : expression littérale en fonction des concentrations molaires des espèces dissoutes pour un état donné du système.

- Généralisation à divers exemples en solution aqueuse homogène ou hétérogène (présence de solides).

- Détermination de la valeur du quotient de réaction dans l'état d'équilibre du système, noté Qr,éq.

- Constante d'équilibre K associée à l'équation d'une réaction, à une température donnée.

-Influence de l'état initial d'un système sur le taux d'avancement final d'une réaction.

 

3. Transformations associées à des réactions acido-basiques en solution aqueuse

- Autoprotolyse de l'eau; constante d'équilibre appelée produit ionique de l'eau, notée Ke et pKe.

- Échelle de pH : solution acide, basique et neutre.

- Constante d'acidité, notée KA et pKA.

- Comparaison du comportement en solution, à concentration identique, des acides entre eux et des bases entre elles.

- Constante d'équilibre associée à une réaction acido-basique.

- Diagrammes de prédominance et de distribution d'espèces acides et basiques en solution.

- Zone de virage d'un indicateur coloré acido-basique.

- Titrage pH-métrique d'un acide ou d'une base dans l'eau en vue de déterminer le volume versé à l'équivalence et de choisir un indicateur coloré acido-basique pour un titrage.

- Qu'en est-il des transformations totales ?

Détermination du taux d'avancement final d'une réaction sur un exemple de titrage acido-basique.

 

C - Le sens “spontané” d’évolution d’un système est-il prévisible?

Le sens d’évolution d’un système chimique peut-il être inversé ?

(3 TP + 9 h)

 

1. Un système chimique évolue spontanément vers l'état d'équilibre

- Quotient de réaction, Qr : expression littérale (rappel) et calcul de sa valeur pour un état quelconque donné d'un système.

- Au cours du temps, la valeur du quotient de réaction Qr tend vers la constante d'équilibre K (critère d'évolution spontanée).

- Illustration de ce critère sur des réactions acido-basiques et des réactions d'oxydoréduction.

 

2. Les piles, dispositifs mettant en jeu des transformations spontanées permettant de récupérer de l'énergie

- Transfert spontanés d'électrons entre des espèces chimiques (mélangées ou séparées) de deux couples oxydant/réducteur du type ion métallique/métal, Mn+/M(s).

- Constitution et fonctionnement d'une pile : observation du sens de circulation du courant électrique, mouvement des porteurs de charges, rôle du pont salin, réactions aux électrodes.

La pile, système hors équilibre au cours de son fonctionnement en générateur.

Lors de l'évolution spontanée, la valeur du quotient de réaction tend vers la constante d'équilibre. La pile à l'équilibre "pile usée" : quantité d'électricité maximale débitée dans un circuit.

- Force électromotrice d'une pile (f.é.m.) E : mesure, polarité des électrodes, sens de circulation du courant (en lien avec le cours de physique).

- Exemple de pile usuelle.

 

3. Exemples de transformations forcées

- Mise en évidence expérimentale de la possibilité, dans certains cas, de changer le sens d'évolution d'un système en imposant un courant de sens inverse à celui observé lorsque le système évolue spontanément (transformation forcée).

- Réactions aux électrodes, anode et cathode.

- Application à l'électrolyse : principe et exemples d'applications courantes et industrielles.

 

 

D - Comment le chimiste contrôle-t-il les transformations de la matière?

Exemples pris dans les sciences de l’ingénieur et dans les sciences de la vie

(4 TP, 7 HCE)

 

1. Les réactions d'estérification et d'hydrolyse

- Formation d'un ester à partir d'un acide et d'un alcool, écriture de l'équation de la réaction correspondante, appelée réaction d'estérification.

- Hydrolyse d'un ester, écriture de l'équation de la réaction correspondante.

- Mise en évidence expérimentale d'un état d'équilibre lors des transformations faisant intervenir des réactions d'estérification et d'hydrolyse.

- Définition du rendement d'une transformation.

- Définition d'un catalyseur.

- Contrôle de la vitesse de réaction : température et catalyseur.

- Contrôle de l'état final d'un système : excès d'un réactif ou élimination d'un produit.

 

2. Des exemples de contrôle de l'évolution de systèmes chimiques pris dans l'industrie chimique et dans les sciences de la vie

- Changement d'un réactif

Synthèse d'un ester à partir d'un anhydride d'acide et d'un alcool.

Hydrolyse basique des esters : applications à la saponification des corps gras (préparations et propriétés des savons, relations structure-propriétés).

 

- Utilisation de la catalyse

Catalyse homogène, hétérogène, enzymatique : sélectivité des catalyseurs.

 

 

Enseignement de spécialité

 

A - Extraire et identifier des espèces chimiques (2 séances)

 

Extraction (1 séance)

- Eugénol dans le clou de girofle.

- Citral et limonène dans l’écorce de citron, d’orange et dans les feuilles

de verveine.

- Trimyristine dans la noix de muscade.

- Acide gallique dans la poudre de Tara.

Chromatographie (adsorption et partage) sur couche mince, sur papier ou sur colonne (pipette Pasteur) (1 séance)

- Colorants alimentaires dans un sirop, dans une boisson rafraîchissante sans alcool ou dans une confiserie.

- Colorants du paprika.

- Sucres dans un jus de fruit.

- Identification des principes actifs dans un médicament

(aspirine, paracétamol et caféine).

- Analyse d’un laiton.

- Acides aminés, produits d’hydrolyse de l’aspartame.

- Pigments dans les plantes vertes (épinard, oseille, etc.).

 

B - Créer et reproduire des espèces chimiques (2 séances)

- Conservateur alimentaire : acide benzoïque.

- Colorant alimentaire : amarante.

- Arôme : vanilline.

- Synthèse d’une imine présentant les propriétés d’un cristal liquide.

- Synthèse d’un amide à propriétés analgésiques : le paracétamol.

- Synthèse d’un polyamide : le nylon.

 

 

C - Effectuer des contrôles de qualité (4 séances)

 

A - Étalonnage (1 séance) -

- Ions fer dans un vin ou dans une bande magnétique.

- “Chlore” dans une eau de piscine.

- Colorant alimentaire dans des confiseries.

- Cuivre dans un laiton.

- Bleu de méthylène dans un collyre.

 

B - Titrage direct (d), indirect (i)

 

1. Réaction d’oxydoréduction (1 séance)

- Vitamine C dans un jus de citron (d ou i).

- Éthanol dans un vin (i).

- Eau oxygénée officinale (d).

- Eau de Javel (i).

- Dioxyde de soufre total dans un vin blanc (i).

- Ions fer dans un produit phytosanitaire, un minerai ou une bande magnétique (i).

 

2. Réaction acido-basique (1 séance)

• Titrages directs suivis par pH-métrie ou indicateur de fin de réaction.

• Titrage de l’acide

- Acide lactique dans un lait.

- Vitamine C dans un comprimé.

- Indice d’acide d’une huile.

•Titrage de la base

- Ions hydrogénocarbonate dans une eau minérale ou dans une solution

de perfusion de pharmacie.

- Ammoniaque de droguerie.

 

3. Autres réactions (1 séance)

 

3.1 Réaction de précipitation

• Indicateur de fin de réaction

- Ions chlorure dans une eau ou dans un absorbeur d’humidité (d).

- Ions argent dans un papier ou un film photographique (d).

• Conductimétrie

- Ions chlorure dans une eau minérale (d).

- Ions sulfate dans une eau minérale (d).

- Métal lourd dans une eau usée (ions argent, ions plomb(II), etc.) (d).

 

3.2 Réaction de complexation, avec indicateur de fin de réaction

- Ions calcium et magnésium dans une eau minérale (d).

- Ions calcium seuls dans une eau minérale ou dans un absorbeur

d’humidité (d).

 

3.3 Autres

- Indice d’iode d’une huile (insaturation) par le réactif de Wijs (i).

 

D - Élaborer un “produit” de consommation : de la matière première à la formulation (3 séances)

 

1. Séparer (1 séance)

Illustrations de quelques procédés utilisés en hydrométallurgie

• Production d’un oxyde à partir d’un minerai :

- alumine, une étape dans l’élaboration de l’aluminium,

- dioxyde de titane(IV), une étape dans l’élaboration du titane.

• Séparation :

- des ions fer(III) des ions zinc(II), une étape dans l’élaboration du zinc,

- des ions fer(III) des ions cuivre(II), une étape dans l’élaboration du cuivre.

 

2. Électrolyser (1 séance)

Purifier, protéger (contre la corrosion), embellir, récupérer

• Affinage du cuivre.

• Dépôt électrolytique :

- anodisation de l’aluminium,

- étamage électrolytique de l’acier,

- électrozingage.

• Récupération de l’étain (traitements d’effluents liquides).

3. Formuler, conditionner*(1 séance)

Recherche documentaire avec support expérimental chaque fois que possible

- les différentes formulations de l’aspirine et du paracétamol,

- les conservateurs alimentaires,

- les emballages alimentaires.

 

 physique chimie au lycée

 physique chimie au lycée

physique chimie lycée