-
Rpublique du Bnin
MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SECONDAIRE, DE LA FORMATION
TECHNIQUE ET PROFESSIONNELLE, DE LA RECONVERSION ET DE
LINSERTION DES JEUNES
GUIDE DU PROGRAMME
DETUDES PAR
COMPETENCES
PHYSIQUE-CHIMIE-TECHNOLOGIE
C L A S S E D E T E R M I N A L E D
V E R S I O N R E V I S E E
DIRECTION DE LINSPECTION PEDAGOGIQUE
Porto - Novo. Juin 2011
-
Rpublique du Bnin
MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SECONDAIRE, DE LA FORMATION
TECHNIQUE ET PROFESSIONNELLE, DE LA RECONVERSION ET DE
LINSERTION DES JEUNES
GUIDE DU PROGRAMME
DETUDES PAR
COMPETENCES
PHYSIQUE-CHIMIE-
TECHNOLOGIE
C L A S S E D E T E R M I N A L E D
V E R S I O N R E V I S E E
DIRECTION DE LINSPECTION PEDAGOGIQUE
Porto - Novo. Juin 2011
-
SOMMAIRE CONTENUS NOTIONNELS ORIENTATIONS GENERALES S.A.1 :
CHAMPS DE FORCES ET INTERACTIONS ANNEXES DE LA S.A.1 : S.A.2 :
CHIMIE DES SOLUTIONS AQUEUSES ANNEXES DE LA S.A.2 S.A.3 : LES
OSCILLATIONS MECANIQUES ET ELECTRIQUES ANNEXES DE LA S.A.3 S.A.4 :
CHIMIE ORGANIQUE ANNEXES DE LA S.A.4 S.A.5 : OPTIQUE ANNEXES DE LA
S.A.5 S.A.6 : PHYSIQUE ATOMIQUE ET NUCLEAIRE ANNEXES DE LA
S.A.6
-
ORIENTATIONS GENERALES
-
Le prsent document est la version rvise du guide du programme
dtudes de SPCT des
classes de Terminale D des collges et lyces en Rpublique du
Bnin.
Cest un ensemble de conseils, dinformations et dactivits
permettant lenseignant(e)
une mise en uvre aise du programme dtudes
I / ORIENTATIONS GENERALES
A / Premire partie
OBJECTIFS DU GUIDE
Ce document daccompagnement du programme dtudes de sciences
physique chimique
et de technologie des classes de Terminales C et E a pour
objectifs principaux :
- daider lenseignant(e) excuter convenablement le programme
dtudes desdites
classes,
- de fournir une source dinformations scientifiques sur les
contenus notionnels relatifs au
programme,
- daider lenseignant(e) bien prparer et excuter sa classe en lui
fournissant des outils
utiles et ncessaires,
- de dvelopper chez lenseignant(e) des innovations
pdagogiques,
- dappuyer les lments de rflexion sur la pdagogie de
lenseignement des sciences
physique chimique et de technologie.
STRUCTURE ET CONTENU
Ce guide est structur de la faon suivante :
INTRODUCTION
I / ORIENTATIONS GENERALES : A / Premire partie :
- Objectifs du guide
- Structure et contenu
- Dmarches denseignement/apprentissage
- Mode demploi (ou mode dutilisation)
B / Deuxime partie :
- Stratgies denseignement/apprentissage
- Mthode et technique
- Comptences
- Gnralits sur les situations dapprentissage
II / SITUATION DAPPRENTISSAGE N .
ANNEXES
DEMARCHES DENSEIGNEMENT / APPRENTISSAGE :
De nos jours, la didactique des sciences et celle tudie en
psychologie cognitive
recommandent que lapprentissage soit centr sur lapprenant et non
sur les contenus notionnels
-
des programmes dtudes. Lapprenant doit donc tre le principal
artisan, voire le responsable de
la construction de son savoir.
Les nouveaux programmes dtudes, programmes par comptences,
visent dvelopper
chez lapprenant des comptences disciplinaires, transversales et
transdisciplinaires. A cet effet,
lapprenant qui a acquis ces comptences travers des connaissances
notionnelles et techniques,
des stratgies la suite dune dmarche active de lesprit, est
suppos capable den faire usage
dans la vie courante.
Si selon Bachelard la connaissance scientifique vient se
substituer une reprsentation
initiale que lapprenant avait dun objet, cest dire que cette
connaissance scientifique ne vient pas
remplir alors un vide dans lesprit de cet apprenant. Quel que
soit donc son niveau, lapprenant a
toujours une reprsentation initiale dun objet donn,
reprsentation que lenseignant(e) doit
chercher faire merger au dbut du droulement de toute situation
dapprentissage.
Aider lapprenant construire son savoir, partir de sa
reprsentation initiale dun objet
pour accder une ou des reprsentation(s) plus rationnelle(s) et
plus oprationnelle(s), cest
adopter une dmarche enseignement/apprentissage rigoureuse et
cohrente.
En sciences physique et chimique, lenseignement ne doit pas se
limiter former des
physiciens et des chimistes mais :
- dvelopper chez lapprenant des lments dune culture
scientifique
- former des esprits la rigueur, la mthode scientifique, la
critique, lhonntet
intellectuelle travers la dmarche exprimentale
- former le citoyen consommateur au bon usage des produits
chimiques quil est amen
utiliser dans sa vie quotidienne, ce qui le conduit
lapprentissage de la scurit, de la
sauvegarde de la sant, au respect de lenvironnement.
Pour bien jouer son rle, lenseignant(e) doit :
prparer convenablement sa classe en : identifiant le sujet objet
dapprentissage
se documentant sur le sujet objet dapprentissage (programme
dtudes officiel, guide,
manuels en vigueur, tous autres documents traitant du sujet
objet dapprentissage)
sinspirant des activits proposes dans le guide pour en laborer
au besoin dautres en
tenant compte des ralits concrtes des milieux de vie et de
travail des apprenants
apprtant le matriel ou/et document(s) ncessaire(s). Ces outils
de travail devant tre en
nombre suffisant et sans danger pour les utilisateurs.
Lenseignant(e) peut solliciter laide
des apprenants pour les apprter.
testant ce matriel par la ralisation des activits proposer aux
apprenants.
favoriser la participation effective et active des apprenants
pendant lexcution des activits dapprentissage en :
proposant aux apprenants une situation de dpart qui tient compte
dune ralit concrte
et/ou dun vcu quotidien et pour laquelle la tche et les
consignes sont clairement dfinies,
permettant ainsi aux apprenants de :
- faire part des reprsentations initiales quils ont delle,
- dgager la situation-problme
suscitant et facilitant entre les apprenants des changes sur
leurs reprsentations initiales
les invitant travailler dans une franche collaboration et dans
un respect mutuel.
conduire les apprenants individuellement ou / et en groupe
suivre une
dmarche scientifique dans la phase de la ralisation.
-
Par exemple : lapprenant aura :
* en physique et chimie
- raliser et faire fonctionner un montage, observer, collecter
des donnes, analyser ou
exploiter des donnes, tirer une conclusion ou une loi, dgager
limpact de la situation-
problme sur lenvironnement
- ou exploiter un document, collecter des donnes, analyser ou
exploiter ces donnes, tirer
une conclusion ou une loi, dgager limpact de la
situation-problme sur lenvironnement
* en technologie
- observer, concevoir, collecter le matriel ncessaire la
fabrication dun objet techno-
logique, fabriquer, tester et amliorer au besoin un objet
technologique
- ou observer, exploiter les notices des appareils utiliser ou /
et recueillir des informations
sur leur utilisation (caractristiques, mode demploi), utiliser,
ranger
- ou observer, exploiter la notice de lappareil rparer sil y a
lieu, identifier la panne,
rparer, tester, amliorer au besoin.
aider les apprenants exploiter en sance plnire les productions
des groupes
pour parvenir une synthse ;
faire noter, au moment opportun, lessentiel par les apprenants
;
inciter et encourager les apprenants objectiver les savoirs
acquis et les
rinvestir dans dautres tches de la vie courante ;
valuer les apprentissages et procder une remdiation si
ncessaire.
MODE DEMPLOI (ou DUTILISATION)
- Lire dabord attentivement et comprendre les contenus de la
rubrique ORIENTATIONS
GENERALES ;
- Lire attentivement la Situation dApprentissage concerne pour
simprgner de la dmarche
pdagogique utilise ;
- Exploiter les activits ou / et expriences proposes pour
prparer convenablement la
classe en tenant compte du niveau des lves et de leur milieu de
vie.
B / Deuxime partie
STRATEGIES DENSEIGNEMENT / APPRENTISSAGE
La mise en uvre des diffrentes dmarches constituant des
stratgies denseignement
/apprentissage prconises par les nouveaux programmes dtudes en
gnral et notamment pour
ceux des sciences physique et chimique et de technologie en
particulier exige que lapprenant(e)
soit soumis des stratgies privilgies pour sinstruire, se former
et sduquer. Au nombre de ces
stratgies on peut citer : le travail individuel, le travail en
groupe et le travail collectif.
1. Stratgie de travail individuel
Lacte denseignement / apprentissage tant centr sur lapprenant,
il sagira de partir de
ses interrogations, de ses besoins, de ses intrts, de ce quil
sait et de ses proccupations pour
dceler ses capacits mais aussi ses faiblesses afin de laider se
dvelopper. Ainsi ce mode de
travail permet aux dispositions naturelles de lapprenant(e) de
se raliser.
-
N.B. Il faut accorder la stratgie de travail individuel le temps
ncessaire compte tenu de
son importance dans lacte dapprentissage, car elle participe
essentiellement la formation de la
personnalit de lapprenant(e) en dveloppant entre autres qualits
le courage, la persvrance et
la confiance en soi.
2. Travail en groupe
Les lves dun mme groupe, organisent des changes pour comparer
les rsultats
obtenus individuellement.
Cest le moment o lapprenant(e) dcle la pertinence des arguments
dvelopps en vue
damliorer sa propre production.
3. Travail collectif
Le travail collectif consiste partir des productions de tous les
groupes de travail afin de
procder leur comparaison en vue dun enregistrement et dune
amlioration.
Lenseignant(e) doit jouer le rle danimateur au cours de cette
phase.
N.B. Dautres stratgies comme la recherche documentaire, lenqute,
linterviewpeuvent
tre utilises.
COMPETENCES
1- Dfinition
Etre comptent cest tre capable de faire appel aux ressources
adquates, de les
combiner de manire efficace et de les mobiliser bon escient. On
peut donc dfinir la
comptence comme un savoir-agir fond sur la mobilisation et
lutilisation efficace dun ensemble
de ressources (capacits, habilits, attitudes, connaissances) Ces
ressources peuvent tre
acquises en contexte scolaire ou extrascolaire.
2. Les diffrents types de comptences
2.1. Comptences disciplinaires
Elles concernent les domaines du savoir et visent lappropriation
du programme dtudes
considr.
En sciences physique chimique et en technologie, les trois
comptences disciplinaires
snoncent comme suit :
a) Elaborer une explication d'un fait ou d'un phnomne de son
environnement naturel ou
construit en mettant en uvre les modes de raisonnement propres
aux sciences physique
chimique et la technologie
b) Exploiter les sciences physique chimique et la dmarche
technologique dans la
production, l'utilisation et la rparation d'objets
technologiques
c) Apprcier l'apport des sciences physique chimique et de la
technologie par rapport la
vie de l'homme.
2.2. Comptences transdisciplinaires
Au nombre de six, les comptences transdisciplinaires couvrent
tous les domaines de la vie
courante. Toutes les disciplines enseignes au secondaire
permettent leur ralisation, leur
acquisition et leur dveloppement.
2.3. Comptences transversales
Au nombre de huit, les comptences transversales sont regroupes
en trois ordres :
-
- ordre intellectuel ;
- ordre mthodologique ;
- ordre socio-affectif.
Remarquons que le programme dtudes de sciences physique chimique
et de technologie
est un systme, cest--dire que les trois types de comptences
forment un ensemble cohrent.
Elles sont subdivises en capacits et habilets.
GENERALITES SUR LES SITUATIONS DAPPRENTISSAGE
Une situation dapprentissage est une situation-problme ou un
ensemble de situations-
problmes. Elle se prsente comme une succession dactivits qui
doivent tre motivantes et
planifies et au cours desquelles lapprenant est appel dvelopper
les comptences que lon
souhaite quil possde, sapproprie et intgre dans des contextes
varis.
1. Structure dune situation dapprentissage.
En dehors du titre (de la situation dapprentissage) qui doit tre
vocateur, disciplinaire, elle
se prsente sous la forme dune activit englobante, donc
dcomposable en une srie de tches
et dactivits ralisables pendant plusieurs squences.
La situation dapprentissage comprend essentiellement deux
grandes parties : les lments
de planification et le droulement.
1.1. Elments de planification
Cest la partie du programme ayant essentiellement un caractre
indicatif. Elle comprend :
- les contenus de formation ;
- les stratgies denseignement et dapprentissage ;
- la dure ;
- le matriel ;
- les items dvaluation ;
- les documents de rfrence suggrs.
1.1.1. Contenus de formation
Cest lensemble des lments devant faire effectivement objets
dapprentissage.
Les contenus de formations sont donc constitus des comptences,
des capacits, des
habilets, des attitudes, des connaissances, des techniques et
des stratgies que lapprenant
devra construire au cours de la mise en uvre de la situation
dapprentissage considre.
1.1.1.1. Les comptences
On distingue trois types de comptences, savoir :
- les comptences disciplinaires
- les comptences transdisciplinaires
- les comptences transversales
Comptence disciplinaire N .
Capacits Habilets
..
-
Comptences transversales Capacits Habilets
..
Comptences transdisciplinaires
Capacits Habilets
..
1.1.1.2. Stratgies, objets dapprentissage
Ce sont les stratgies que les apprenants sont appels mettre en
uvre au cours du
dveloppement de la situation dapprentissage et sur lesquelles
lenseignant(e) apporte tous les
lments ncessaires pour leur matrise et leur acquisition par ses
apprenants.
1.1.1.3. Connaissances et techniques
Cette rubrique regroupe toutes les connaissances et techniques
que lapprenant doit dvelopper
au cours du droulement de la situation dapprentissage. Elles
seront mises en uvre travers les
diffrentes activits prvues.
1.1.2. Stratgies denseignement/apprentissage
Toutes les stratgies mises en uvre dans la construction des
comptences : travail
individuel, travail en groupe, travail collectif, enqute
1.1.3. Dure
Elle concerne le temps pendant lequel seront abordes les
activits dveloppes et les
comptences travers les connaissances et techniques.
1.1.4. Matriel
Cette rubrique identifie les objets, les produits ou autres
supports utiles susceptibles doffrir
lapprenant loccasion de vivre et de dvelopper les comptences
lies la situation
dapprentissage.
1.1.5. Documents de rfrence suggrs
Cest les documents que lenseignant (e) et lapprenant (e) sont
invits consulter pour
mieux apprhender la situation dapprentissage.
2. Les diffrentes tapes dune situation dapprentissage
Les diffrentes tapes planifies dune situation dapprentissage
sont les suivantes :
lintroduction, la ralisation et le retour et projection.
-
2.1. Introduction
Au cours de cette phase, lapprenant(e)
est invit par lenseignant(e) :
- exprimer sa perception initiale de la situation-
problme quvoque la situation de dpart,
- confronter les diverses reprsentations
exprimes.
Pendant cette phase, INTRODUCTION
lenseignant(e) engage un entretien avec les
apprenants, entretien au cours duquel chaque
apprenant(e) est invit exprimer LIBREMENT
ses ides, ses reprsentations initiales, ses
motions sur le fait , le phnomne, lobjet sous
des formes varies ( gestes, dessins, parole ).
Rappelons quau cours de cette tape,
lenseignant prend en compte les ides
premires des apprenants sur la situation de
dpart sans chercher les apprcier.
2.2. Ralisation
Cette seconde phase de lacte
dapprentissage est celle au cours de laquelle
lapprenant construit de nouveaux savoirs grce
aux activits qui lui sont proposes. Au cours de
cette phase, lapprenant(e) doit :
- aborder dans lordre les activits prvues,
- construire de nouveaux savoirs,
- faire part de ses difficults lenseignant(e)
- discuter de ses productions avec ses
camarades,
- corriger au besoin ses productions.
2.3. Retour et projection
Cette phase comprend deux moments
essentiels, savoir :
- le retour qui est lobjectivation, la consolidation
ou lenrichissement,
- la projection constitue dun rinvestissement
des acquis court, moyen ou long terme dans
une situation de vie courante.
Indications pdagogiques
Recommandations
Introduction :
Activit N1 Ralisation :
Activit N2 Activit N3 Activit Nn-2 Retour et projection :
Activit Nn-1
Objectivation : Activit Nn
Rinvestissement :
. .
3. Informations et commentaires 4. prparation ANNEXES
5. Droulement
-
PLANIFICATION GENERALE DES SITUATIONS DAPPRENTISSAGE EN
CLASSE DE TERMINALE D DE LENSEIGNEMENT SECONDAIRE GENERAL
SA N
TITRE DE LA SITUATION DAPPRENTISSAGE
Semaines dactivits
Dure
Mois dactivits
SA.1
CHAMPS DE FORCES ET INTERACTIONS 1. Cinmatique 2. Champ
lectrostatique 3. Champ magntique
4
4h x 4
Octobre
SA.2
CHIMIE DES SOLUTIONS AQUEUSES 1. Acides et bases en solution
aqueuse
1.1. Leau 1.2. Les solutions aqueuses dacide
chlorhydrique et dhydroxyde de sodium..
1.3. Couples acide base
4
3h x 4
SA.1 CHAMPS DE FORCES ET INTERACTIONS 4. Lois de Newton, 5.
Mouvement dans le champ de pesanteur
terrestre 6. Mouvement dune particule charge dans
un champ lectrique uniforme 7. Particule charge en mouvement
dans un
champ magntique uniforme
4
4h x 4
Novembre
SA.2 CHIMIE DES SOLUTIONS AQUEUSES 1.4. Ractions acide-base
4
3 h x 4
PERIODE DINTEGRATION
Dcembre
SA.1
CHAMPS DE FORCES ET INTERACTIONS 9. Induction lectromagntique et
auto-
induction
3
4h x 3
Janvier
SA.2
CHIMIE DES SOLUTIONS AQUEUSES 2. Cintique chimique
2.1. Dfinition de la vitesse de formation dun corps
2.2. tude qualitative de linfluence des concentrations et de la
temprature.
2.3. Catalyse
3
3h x 3
SA.3
LES OSCILLATIONS MECANIQUES ET ELECTRIQUES
1. Les oscillations mcaniques 1.1. Mouvement dun oscillateur
harmonique non amorti : cas du pendule lastique ; 1.2. Mouvement
dun oscillateur amorti : cas du pendule lastique ;
3
4h x 3
Fvrier
SA.4 CHIMIE ORGANIQUE 1- Notions lmentaires de strochimie 2- Les
alcools 3- Les amines
3
3h x 3
-
PERIODE DINTEGRATION
Dbut mars
SA.3
OSCILLATIONS MECANIQUES ET ELECTRIQUES
2. Les oscillations lectriques 2.1- Circuits oscillants :
circuit LC
2.2-Circuits en rgime sinusodal forc : circuit RLC srie.
3
4h x 3
Fin mars
SA.4 CHIMIE ORGANIQUE 4- Les acides carboxyliques.
5- Les acides - amins
3
3h x 3
SA.5
OPTIQUE
3
7h x 3
Avril
SA.6
PHYSIQUE ATOMIQUE ET NUCLEAIRE
3
7h x 3
Mai
PERIODE DINTEGRATION
Juin
N.B. La phase dintgration est normalement une priode dactivits
formatives pluridisciplinaires. Mais, en attendant que cette priode
se meuble convenablement, il pourra sagir dune intgration
disciplinaire incluant toutes les activits formatives et sommatives
en SPCT : recherche sur des thmes spcifiques en relation avec les
comptences transdisciplinaires, remdiation, renforcement et rvision
(activits documentaires et exprimentales) et devoirs. Le principe
rgissant ce choix de priode dintgration est de permettre lapprenant
:
- de restructurer ses nouveaux acquis ; - dtre suffisamment
prpar pour lvaluation sommative ; - dtre capable de mobiliser ses
nouveaux savoirs pour des situations de vie courante.
-
Thmes Contenus notionnels SA CD
Mcanique et Electricit
1. Cinmatique 1.1. Vecteur position et vecteur vitesse
dun point dans un repre donn
1.2. Vecteur acclration ; acclration tangentielle et
acclration normale. 1.3. Quelques mouvements particuliers
1.1.1. Mouvements rectilignes (uniforme ; uniformment vari
sinusodal).
1.1.2. Mouvement circulaire uniforme. 2. Champ lectrostatique
2.1. Relation entre force lectrique, charge ponctuelle et
champ lectrique 2.2. Champ lectrique cr par un condensateur
plan
3. Champ magntique 3.1. Mise en vidence exprimentale ; 3.2. Ples
dun aimant, faces dune bobine 3.3. Vecteur champ magntique 3.4.
Spectres magntiques 3.5. Mesure du champ magntique 3.6. Champ
magntique terrestre 3.7. Ralisation dun champ magntique
uniforme
4. Lois de Newton, 4.1. Thorme de lnergie cintique 4.2. Principe
de linertie (1re loi de Newton) 4.3. Thorme du centre dinertie (2me
loi de Newton) 4.4. Principe dinteraction (3me loi de Newton)
4.5. Thorme de lnergie cintique appliqu un solide en
translation
5. Mouvement dans le champ de pesanteur terrestre 6. Mouvement
dune particule charge dans un champ
lectrique uniforme 6.1. Etude dynamique du mouvement 6.2. Etude
nergtique 6.3. Dflexion lectrique dune particule charge
7. Particule charge en mouvement dans un champ magntique
uniforme
7.1. Caractristiques de la force magntique 7.2. Puissance de la
force magntique 7.3. Etude thorique du mouvement 7.4. Quelques
applications :
Dflexion magntique dans le fonctionnement dun poste tlviseur ;
Spectrographe de masse et cyclotron
8. Phnomne dinduction et dauto-induction 8.1. Induction
lectromagntique :
8.1.1. Mise en vidence exprimentale ; loi de Lenz ; 8.1.2.
Formule de Laplace (force lectromotrice
dinduction) : dt
de
8.1.3. fm. e et ddp u = ri e 8.2. Auto induction :
SA1
CD 1
et CD 3
-
8.2.1. Mise en vidence exprimentale ; 8.2.2. Force lectromotrice
dauto- induction :
dt
diLe
8.2.3. Les applications
Chimie des solutions aqueuses
A - Acides et bases en solution aqueuse I - Leau 1. Leau,
solvant ionisant
2. Produit ionique ; pH dune solution aqueuse II - Les solutions
aqueuses dacide chlorhydrique et dhydroxyde de sodium. 1. Solution
aqueuse dacide chlorhydrique 2. Solution aqueuse dhydroxyde de
sodium. 3. pH des solutions aqueuses. III - Couples acide/base 1.
Dfinition des couples acide base ; exemples. 2. Dfinition de la
constante dacidit Ka ; applications : classification des couples
acide/base, domaines de prdominance de la forme acide et de la
forme basique 3. Cas particulier des acides forts et des bases
fortes IV - Ractions acide-base 1. Acide fort, base forte 2. Acide
fort, base faible 3. Acide faible, base forte B - Cintique chimique
I - Dfinition de la vitesse de formation et de disparition dun
corps II - tude qualitative de linfluence des concentrations et de
la temprature. 1 - Influence des concentrations 2- Influence de la
temprature. III Catalyse 1 - Dfinition 2 - Exemples
SA 2 CD1
et CD 3
Les oscillations
mcaniques et lectriques
1. Les oscillations mcaniques 1.1. Mouvement dun oscillateur
harmonique non amorti : cas du pendule lastique ; quation
diffrentielle; frquence propre ; conservation de lnergie 1.2.
Mouvement dun oscillateur amorti : cas du pendule lastique ;
quation diffrentielle ; rgime pseudo priodique ; rgime apriodique ;
rgime critique. 2. Les oscillations lectriques 2.1- Circuits
oscillants : circuit LC. 2.1.1. quation diffrentielle ; frquence
propre ; conservation de lnergie totale du circuit. 2.1.2.
Entretien des oscillations laide dun circuit intgr linaire. 2.2. -
Circuits en rgime sinusodal forc : circuit RLC srie. 2.2.1.
Oscillations forces en rgime sinusodal dun circuit RLC srie ;
impdance ; 2.2.2. Phnomne de rsonance dintensit : bande passante ;
facteur de qualit ; intensit et tension lectriques efficaces.
2.2.3. Puissance en alternatif, facteur de puissance.
SA3 CD1
Chimie 1. Notions lmentaires de strochimie SA 4 CD1
-
organique Possibilit de rotation autour dune liaison C-C et
notion de conformation : cas de lthane et du cyclohexane.
Configuration :diastroisomrie Z-E et nantiomrie
2. Les alcools. Existence des trois classes dalcools;
nomenclature.
Prparation par hydratation dun alcne ; obtention de lthanol
par
fermentation
Quelques proprits des alcools:
- Raction avec le sodium.
- Dshydratation des alcools ; cas de lthanol
- Oxydation des alcools primaires et secondaires; groupe
carbonyle C = O des aldhydes et des ctones ; caractre rducteur des
aldhydes ; passage aux acides.
- Passage aux phosphates dalkyle.
- Polyalcools ; exemples :
Glycol : formule, principe de sa prparation. Glycrol :
formule.
3. Les amines
Existence des trois classes damines ; nomenclature.
Quelques proprits des amines :
- caractre basique - caractre nuclophile
4. Les acides carboxyliques.
Formule des acides carboxyliques, exemples.
Ractions destrification et dhydrolyse. Saponification des
esters.
Passage aux fonctions drives : anhydride dacide et chlorure
dacyle.
Intrt en ce qui concerne la synthse des esters.
Passage aux amides
5. Les acides - amins
Formule gnrale et exemples ; reprsentation de Fischer et
nomenclature des configuration D et L; chiralit et activit
optique.
Existence de plusieurs formes : non ionique et ioniques ;
amphion.
Liaison peptidique : passage aux protines ;
Importance des protines en biochimie : cas des enzymes.
et CD 2
Optique
I. Les lentilles minces: 1. Gnralits sur les lentilles minces
convergentes et divergentes 1.1. Dfinition de foyers et de
distances focales 1.2. Marche des rayons lumineux 2. Formation des
images dobjets 2.1. Conditions de Gauss et stigmatisme 2.2. Formule
de conjugaison de Descartes
SA 5 CD1
et CD 2
-
2.3. Formule de conjugaison de Newton 2.4. Construction dimage
dun objet par une lentille 2.5. Caractristiques dune image 2.6.
Systme de deux lentilles minces 3. Dtermination exprimentale de la
distance focale dune lentille 3.1. Mthode de lobjet linfini 3.2.
Mthodes de Bessel et de Silbermann 4. Applications des lentilles
minces : lil et ses dfauts, lappareil photographique, le
microscope. II. Dcomposition de la lumire.
1. Le prisme et le rseau 1.1. Lumire monochromatique 1.2. Lumire
polychromatique 1.3. Les formules du prisme 1.4. Dispersion de la
lumire par un prisme 2. Diffraction de la lumire par un rseau 4.1.
Lumire en incidence normale 4.2. Lumire en incidence quelconque
III. Polarisation rectiligne de la lumire 1. Nature
lectromagntique de la lumire 2. Obtention dune lumire polarise 3.
Loi de Malus
Physique atomique et
nuclaire
1. Niveaux dnergie atomiques
Spectres dmission et dabsorption
Existence de niveaux dnergie dans un atome
Transition lectronique: relation E2 -E1 = h
Cas de latome dhydrogne
2. Noyau atomique
Composition du noyau : nuclons
Energie de liaison dun noyau
3. Ractions nuclaires spontanes
Radioactivits , - , +, mission , lois de conservation
Loi de dcroissance dun nuclide radioactif
Absorption de rayonnements.
4. Ractions nuclaires provoques : Fission, fusion et
applications.
SA 6 CD1
et CD 3
-
Situation dapprentissage n1
Titre : CHAMPS ET INTERACTIONS 1- Elments de planification
1.1- Contenus de formation
1.2- Dure
1.2.1-Les comptences disciplinaires vises
1.2.1.1- Comptence disciplinaire n1
1.2.1.2- Comptence disciplinaire n3
1.2.3- Connaissances et techniques
DOMAINE : MECANIQUE ET MAGNETISME
Connaissances et
techniques
Indications pdagogiques et
commentaires
Connaissances et techniques
exigibles (valuation)
Cinmatique
- Vecteur position et
vecteur vitesse dun
point dans un repre
donn
Le professeur sappuiera sur les acquis
des apprenants en classe de 2nde et de
1re pour les amener approfondir les
notions de vecteur position et de
vecteur vitesse.
Le professeur prcisera les notions et
techniques de drivation.
Il insistera sur le fait que si une
grandeur est reprsente par le
vecteur W
, sa valeur, note w, est une
grandeur strictement positive qui sera
affecte dune unit quil convient
systmatiquement de prciser ; le
passage de la valeur w de cette
grandeur la norme de son
vecteur reprsentatif et vice versa se
fait par l'intermdiaire d'une chelle de
reprsentation. De plus, dans un
repre ( O i j k, , ,
) dtermin par les
axes , , les
coordonnes du vecteur sont
notes , , et . qui sont les
valeurs algbriques des projections
de sur chaque axe.
- Dtermination des
composantes du vecteur
position et du vecteur vitesse
dun point dans un repre
donn.
- Vecteur acclration
; acclration
tangentielle et
acclration normale.
Le professeur sabstiendra d'tablir les
expressions des acclrations
tangentielle et normale qui seront
donnes mais il devra prciser que ces
formules ne sont valables que dans le
cas des mouvements plans ; il
amnera les apprenants sapproprier
la dfinition du rayon de courbure.
- Dfinition du vecteur
acclration et dtermination
de ses coordonnes dans un
repre cartsien.
- Utilisation des expressions
des acclrations
tangentielle
dt
vda
-
et normale
2v
a
- Exploitation des expressions
v = R
, a = o et
an = R
v 2 = R
2 , dans le cas
du mouvement circulaire
uniforme ; - Dtermination des
caractristiques des vecteurs
vitesse et acclration partir
de lenregistrement du
mouvement dun solide
ponctuel.
- Quelques
mouvements
particuliers :
Mouvement
rectiligne
uniforme ;
Mouvement
rectiligne
uniformment
vari ;
Mouvement
rectiligne
sinusodal ;
Mouvement
circulaire
uniforme.
- Identification des mouvements
rectilignes
uniforme ;
uniformment vari ;
sinusodal.
et circulaire uniforme.
- Etablissement des quations
horaires correspondantes :
mouvement rectiligne
uniforme
= + 0
mouvement rectiligne
uniformment vari
= 1
2
2 + 0 + 0
= + 0 ;
2 0
2 = 2( 0)
mouvement rectiligne
sinusodal
= sin( + );
= cos( + )
= 2
mouvement circulaire
uniforme
= + 0;
= + 0
-
Champ
lectrostatique
- Interaction lectrique
entre deux corps
chargs et loi de
Coulomb
- Champ lectrique
cr par une charge
ponctuelle
- Champ lectrique
cr lintrieur dun
condensateur plan
Le professeur amnera les apprenants
consolider leurs acquis de la classe
de 1re .
- Dfinition du champ
lectrique ;
- dtermination des
caractristiques du vecteur
champ lectrique en un point
de lespace ;
- Dfinition du champ lectrique
uniforme et ligne de champ ;
- Description du dispositif
(condensateur plan) permettant
dobtenir un champ lectrique
uniforme ;
- Dtermination des
caractristiques du champ
lectrique dans un
condensateur plan.
Champ magntique
- Mise en vidence
exprimentale ;
- Ples dun aimant,
faces dune bobine
- Vecteur champ
magntique
- Spectres
magntiques
Le professeur privilgiera ici laspect
exprimental dans la mise en place
des notions de champ magntique, de
spectres magntiques et de champ
magntique cr par un solnode.
La mise en vidence des diffrents
champs magntiques (champ
magntique terrestre, champ
magntique uniforme, champ cr par
un aimant en U, champ cr par un
barreau aimant, champ cr par un fil
parcouru par un courant etc.) se fera
grce des aiguilles aimantes, ce qui
facilitera, chez les apprenants,
lappropriation de la dfinition de
lespace champ magntique.
Lutilisation de la limaille de fer pour
mettre exprimentalement en vidence
les spectres magntiques est un
procd trs fructueux. Le sens du
vecteur champ et donc celui des lignes
de champ sera repr grce une
aiguille aimante. Dans tous les cas, le
professeur veillera ce que les
apprenants sapproprient de faon
prcise les dfinitions des termes
comme espace champ magntique,
lignes de champ, spectres
- Dfinition dun espace champ
magntique.
- Identification des ples dun
aimant
- Dtermination des
caractristiques du vecteur
champ magntique en un
point M de lespace.
- Orientation dune aiguille
aimante dans un champ
magntique .
- Dtermination des
caractristiques du champ
magntique uniforme :
entre les branches dun
aimant en U ;
lintrieur dun
solnode parcouru par
un courant constant ;
entre deux bobines de
Helmholtz parcourues
par un courant constant)
-
- Mesure du champ
magntique
- Champ magntique
terrestre
- Ralisation dun
champ magntique
uniforme
magntiques, champ magntique
uniforme. Il sera intressant dinsister
sur la composante horizontale du
vecteur champ magntique terrestre.
Enfin, le professeur amnera les
apprenants faire exprimentalement
lanalogie entre un aimant droit et un
solnode parcouru par un courant
(faces et ples); puis entre le champ
magntique cr par un solnode et
celui dun aimant en U, du point de vue
de leur caractre uniforme. A laide
dun teslamtre, on mettra en vidence
la proportionnalit de lintensit du
vecteur champ lintensit du
courant parcourant le solnode. La
mesure du champ magntique se
limitera celui du solnode.
La rgle dorientation approprie
(bonhomme dAmpre, tire bouchon,
etc.) sera donne pour dterminer le
sens du vecteur champ cr par un
courant dans une bobine.
- Utilisation de lexpression de
la valeur du champ magntique
uniforme dans la rgion
centrale dun solnode
- 7
o
avec 4 .10
oB nI
SI
- Utilisation correcte de la rgle
de la main droite.
- Dtermination des
caractristiques du champ
rsultant de deux champs
magntiques superposs.
-
Lois de Newton,
Thorme de
lnergie cintique
- Principe de linertie
(1re loi de Newton)
-Thorme du centre
dinertie ( 2me loi de
Newton)
- Principe dinteraction
(3me loi de Newton)
-Thorme de
lnergie cintique
appliqu un solide
en translation
Le professeur conduira les apprenants
sapproprier de faon prcise la
dfinition de rfrentiel (galilen ou
non). Il a t question en classe de
seconde du centre dinertie ; aprs
avoir rappel sa dfinition en montrant
sa proprit barycentrique, on
reviendra sur le principe dinertie et on
dbouchera sur la quantit de
mouvement
vmp . On sait que la
relation dt
pdF
prcise comment
varie, quantitativement, la quantit de
mouvement
p du solide sous laction
de forces auxquelles il est soumis.
Lillustration exprimentale de la dite
relation se fera avec quelques
exemples comme la chute libre, le plan
inclin, le pendule conique.
Le cas particulier de la conservation de
la quantit de mouvement au cours
dun choc sera examin. Le professeur
amnera les apprenants mettre en
vidence le lien entre le thorme de
lnergie cintique (que lon
dmontrera dans le cas de la
translation rectiligne) et la relation
dt
pdF
Le professeur veillera ce que les
apprenants matrisent la mthode
dapplication du thorme de lnergie
cintique.(systme tudi ; rfrentiel
dtude ; bilan des forces appliques
au systme ;application du thorme)
-Dfinition et exemples dun
rfrentiel galilen et dun
rfrentiel non galilen.
- Dfinition du centre dinertie G
dun systme de masse m :
=
=1
=
- Utilisation de lexpression du
vecteur quantit de mouvement
vmp et de sa drive
par rapport au temps : dt
pd
- Application des relations
dt
pdF
et
amF pour
un solide dans un rfrentiel
galilen ;
- Application de la relation
0iFF pour un solide en
quilibre relatif dans un
rfrentiel non galilen. - Application du thorme du
centre dinertie :
GamF
- Application du thorme de
lnergie cintique WEc
- Dmonstration du thorme
de lnergie cintique
WEc dans le cas dun
mouvement de translation.
-
Mouvement dans le
champ de pesanteur
terrestre
Il donne loccasion de mettre laccent
sur les valeurs algbriques des
grandeurs cinmatiques et de revoir le
savoir-faire des lves en matire de
projection de certaines grandeurs
vectorielles (vitesse, acclration) sur
des axes. Dans le cas du champ de
pesanteur terrestre, Le professeur
amnera les apprenants sapproprier
de faon prcise les dfinitions claires
de la porte et de la flche :
- la porte est la distance d(P, N)
entre le point de lancement P et le
point de chute N dans le plan
horizontal passant par P. Le point N
dabscisse a la mme ordonne que
le point de lancement P : = .
- la flche est laltitude maximale h
atteinte, par le projectile en S, sommet
de la parabole. Cette altitude est
mesure par rapport celle du point de
lancement.
y
x
P
N
h
O
S V0
- tablissement des quations
horaires du mouvement dun
projectile ; -
Etablissement de lquation
cartsienne de la trajectoire du
projectile et dduction de la
nature du mouvement.
- Dfinition et dtermination la
porte et de la flche dun
projectile ;
Identification de la nature de la
trajectoire dans les cas
suivants :
- la force de pesanteur et la
vitesse initiale sont colinaires :
trajectoire rectiligne ;
- la force et la vitesse initiale
sont non colinaires : trajectoire
parabolique ;
-Dmonstration du fait que le
projectile en mouvement dans
le champ de pesanteur
uniforme est un systme
conservatif ;
-Exploitation des expressions
des nergies
cintique,
potentielle de pesanteur,
mcanique.
Mouvement dune
particule charge
dans un champ
lectrique uniforme
- Etude dynamique du
mouvement
- Etude nergtique
Dans le cas du champ lectrique,
laccent sera mis sur le signe de la
charge de la particule lectrique. Un
petit arrt sur le principe de
loscilloscope sera utile.
Ici encore, le professeur amnera les
apprenants consolider leurs acquis
en cinmatique.
Il amnera les apprenants matriser
davantage les tapes de ltude du
mouvement de la particule charge
- tablissement des quations
horaires du mouvement.
- Etablissement de lquation
de la trajectoire du mobile et
dduction de sa nature.
-Dmonstration du fait quune
particule charge en
mouvement dans un champ
lectrostatique uniforme est un
systme conservatif ;
- Calcul dune vitesse partir
de la conservation de lnergie ;
- Etablissement de lexpression
-
- Dflexion lectrique
de la particule
charge
dans le champ uniforme.
Il est souhaitable que ltude de la
dviation lectrique dun faisceau
dlectrons se fasse
exprimentalement.
entre vitesse acquise et tension
acclratrice, pour une particule
charge ;
- Dfinition de llectron-volt.
- Dfinition de la dflexion
lectrostatique angulaire et
linaire,
- Etablissement et exploitation
de lexpression de la dflexion
lectrostatique angulaire et
linaire.
Particule charge en
mouvement dans un
champ magntique
uniforme
- Force magntique et
ses caractristiques
- Puissance de la
force magntique
- Etude thorique du
mouvement
- Quelques
applications :
Dflexion
magntique dans
le fonctionnement
dun poste
tlviseur
Spectrographe de
masse et
cyclotron,
pigeage des
particules
cosmiques en
physique des
particules
Il est fort souhaitable que ce chapitre
commence par une introduction au
produit vectoriel (symbole ). Les
notions de tridre et de tridre direct
seront donnes. Ces notions sont
importantes car, une fois quelles sont
matrises, ltude de la force
magntique sen trouve aise. Le
professeur amnera les apprenants
mettre qualitativement en vidence,
lexistence de la force magntique en
utilisant le dispositif des bobines de
Helmholtz. A dfaut de ce dispositif
peu courant chez nous, on pourra
utiliser la dviation du spot dun
oscilloscope ou la dformation de
limage dun poste tlviseur. Une fois
la mise en vidence faite, le professeur
donnera lexpression de la force de
Lorentz
BvqF
Le professeur entrainera les
apprenants lutilisation dune des
rgles dorientation vectorielle (main
droite, trois doigts de la main droite,
bonhomme dAmpre, tire-bouchon,
etc.) pour prciser le sens de
BouvF , en fonction du signe de la
charge q et des sens des deux autres
vecteurs. Une prcision sera apporte
sur les symboles et .
: perpendiculaire au plan de la
feuille et fuyant lobservateur.
: perpendiculaire au plan de la
feuille et venant vers lobservateur.
Remarque : moyen mnmotechnique
pour retenir ce
-Utilisation de lexpression
vectorielle de la force
lectromagntique
BvqF
- Dtermination des
caractristiques de chacun des
vecteurs
BouvF , suivant le signe de q.
- Dmonstration : le
mouvement dune particule
charge entrant avec une
vitesse
0v dans un champ
magntique
B uniforme est
plan, circulaire et uniforme si et
seulement si
0v est
perpendiculaire
B .
tablissement de la relation p
= ||.B. R.
- Calcul de la dviation
angulaire et de la dflexion
magntique dune particule
charge
-
symbolisme
Ce que voit lobservateur
si la flche sloigne de lui
Ce que voit lobservateur si la
flche se dirige vers lui
On ngligera le poids de la particule
devant la force magntique . On
pourra loccasion dun exercice,
montrer que est effectivement
ngligeable devant
Ltude du mouvement de la particule
lectrique dans le champ magntique
ne prendra en compte que le cas o la
vitesse de la particule est
perpendiculaire au vecteur induction
magntique
B . Le professeur mettra
un soin particulier dans la conduite des
apprenants lappropriation de la
dmarche permettant de montrer que
le mouvement de la particule seffectue
dans un plan et est circulaire et
uniforme ; il veillera ce que les lves
la matrisent bien. Les applications de
la force magntique seront donnes :
spectrographe de masse, cyclotron
(acclrateur de particules), la
dflexion magntique dans un
tlviseur. Le problme des filtres de
vitesses (superposition de et de )
sera rgl par des exercices.
Induction
lectromagntique
et auto-induction
-Induction
lectromagntique :
mise en vidence
exprimentale ; loi de
Lenz ; force
lectromotrice
dinduction :
Le phnomne se manifeste chaque
fois quil a variation du flux dun champ
magntique travers un circuit.
- Ralisation dune exprience
de mise en vidence du
phnomne dinduction
lectromagntique.
- nonc de la loi de Lenz et
son application pour dterminer
le sens du courant induit.
- Utilisation de lexpression de
la f. . m dinduction :
dt
de
- Calcul de la f. . m.
-
dt
de
-Auto- induction : mise
en vidence
exprimentale ; force
lectromotrice dauto-
induction ; auto-
inductance.
dinduction dans le cas dun
barreau se dplaant sur deux
rails parallles dans un champ
magntique uniforme.
- Exemples dapplications du
phnomne dinduction
alternateur,
transformateur
freinage par induction...
- Dfinition du phnomne
dauto-induction avec une
bobine
- Dfinition de lauto-
inductance
- Exploitation des expressions
du flux dauto-induction
= Li et de la f. . m
dauto-induction dt
Ldie
-
criture de la d.d.p. aux bornes
dune bobine de rsistance R
et dinductance L.
- Ralisation dun circuit
lectrique daprs son schma
et inversement.
- Lecture et exploitation des
courbes de grandeurs
physiques visualises ou
enregistres simultanment sur
un oscilloscope.
- Expression de lnergie
magntique emmagasine par
une bobine
2
2
1iLE .
- Expression de la puissance
lectrique change par une
bobine : dt
diLiRiP 2
1.2.3-Stratgies objet-dapprentissage
1.3- Stratgie denseignement/apprentissage
1.4-Documents de rfrence suggrs :
-
Physique terminale C et E. 1989. A. TOMASINO et al.
Sciences physiques. Rappels de Cours et exercices corrigs.
Collection Union Bac
Terminales D, C et E.
Physique Terminale S Collection DURANDEAU 1995. Edition
Hachette
Sciences physiques. Rappels de cours et. exercices corrigs.
Collection GADO Terminales D,
C et E
Tous autres documents traitant de Champs et interactions
-
LES ANNEXES DE LA SA1
LES LOIS DE NEWTON
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 69
-
SOURCE : J. BOURDAIS, PHYSIQUE TCE, Ed BORDAS 1989, p 32
-
SOURCE : J. BOURDAIS, PHYSIQUE TCE, Ed BORDAS 1989, p 33
UNE DEMARCHE DE RESOLUTION DES
PROBLEMES DE MECANIQUE
-
SOURCE : J. BOURDAIS, PHYSIQUE TCE, Ed BORDAS 1989, p 54
-
SOURCE : EURIN, PHYSIQUE TD, Ed HACHETTE 1989, p 56
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 131
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 132
-
CHAMP MAGNETIQUE
SOURCES : TOMASINO, PHYSIQUE TCE, Ed NATHAN 1989, p 112 J.
BOURDAIS, PHYSIQUE TCE, Ed BORDAS 1989, p 106
SOURCE : J. BOURDAIS, PHYSIQUE TCE, Ed BORDAS 1989, p 106
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS,
Ed HACHETTE 1995, p 48 ET 48
SOURCE : J. BOURDAIS, PHYSIQUE TCE, Ed BORDAS 1989, p 106
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS,
Ed HACHETTE 1995, p 48 ET 48 SOURCE : J. BOURDAIS, PHYSIQUE TCE,
Ed BORDAS 1989, p 106
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 53
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 50
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 51
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 52 132
-
SOURCE : DURANDEAU, PHYSIQUE TS, Ed HACHETTE 1995, p 147
-
SOURCE : J. C. DUMIELLE, PHYSIQUE TCE, Ed BELIN 1989, p 126
-
SITUATION DAPPRENTISSAGE N2
TITRE : CHIMIE DES SOLUTIONS AQUEUSES
1. Elment de planification
1.1. Dure
1.2. Contenus de formation
1.2.1. Les comptences disciplinaires vises
1.2.1.1. La comptence disciplinaire n1
1.2.1.2. La comptence disciplinaire n3
1.2.2. Connaissances et techniques
DOMAINE : CHIMIE GENERALE
Connaissances et techniques
Indications pdagogiques et commentaires
Connaissances et techniques exigibles
(Evaluation)
A - Acides et bases en solu-tion aqueuse I - Leau 1. Leau,
solvant ionisant
2.Produit ionique ; pH dune solution .
Leau
Le professeur partira des situations de vie courante pour amener
les apprenants sapproprier les notions :
- de leau utilise comme solvant (solvant ionisant, dissociant,
hydratant et dispersant) ;
- de son importance dans la nature et dans les ractions
chimiques ;
- de la structure polaire de leau dont dcoule son important rle
;
- de son ionisation partielle traduite par lquation de la
raction dautoprotolyse de leau dont on dduira lexpression : Ke =
[H3O+] x [OH-].Ce produit Ke, appel produit ionique de leau, reste
constant une temprature donne. Dans le cas thorique de leau pure,
et 25C, llectroneutralit impose [H3O+] = [OH-]=10-7
mol L-1 ; donc Ke = [H3O+]x[OH-]=10-14 25 C.
Le professeur nvoquera pas la notion de lactivit dune espce en
classe
Le professeur fera constater aux apprenants, partir de quelques
mesures de pH, que tout rsultat numrique obtenu partir de la
relation [H3O+] = 10-pH sera exprim avec un nombre de chiffres
significatifs nexcdant pas trois.
- criture de lquation de la raction dauto- protolyse de leau -
Mmorisation et utilisation de la valeur du produit ionique de leau
25 C
-Traduction par une quation de llectroneutralit dune solution
aqueuse. - Calcul du pH connaissant les concentrations en ions H3O+
ou en ions OH- et inversement - Ralisation dune dilution. - Mesure
du pH dune solution aqueuse.
-
.
II - Les solutions aqueuses dacide chlorhydrique et dhydroxyde
de sodium. 1. Solution aqueuse dacide chlorhydrique 2. Solution
aqueuse dhydroxyde de sodium. 3. pH des solutions aqueuses.
Les solutions aqueuses dacide chlorhydrique et dhydroxyde de
sodium.
Le professeur noubliera pas que le but de cette tude est de
rappeler essentiellement les proprits de ces solutions rencontres
en classe de seconde.
Les manipulations seront ralises avec des solutions de
concentrations comprises entre 10-3 et
10-1 mol.L.-1 (10-3 mol.L-1 C 10-1 mol.L-1). En effet pour des
solutions plus concentres, les interactions lectroniques entre les
ions ne peuvent plus tre ngliges.
Le professeur fera remarquer aux apprenants que, pour toutes ces
solutions aqueuses dacide chlorhydrique ou dhydroxyde de sodium, la
relation
pH = -logH3O+ nest valable que pour des concentrations C telles
que 10-6mol.L-1 < C
-
1. Dfinition des couples acide base ; exemples. 2. Dfinition de
la constante dacidit Ka ; applications : classification des couples
acide-base, domaines de prdominance de la forme acide et de la
forme basique 3. Cas particulier des acides forts et des bases
fortes
aux apprenants lanalogie formelle avec la dfinition du couple
oxydant - rducteur dj vu en classe de premire. En effet : - un
rducteur engendre son oxydant conjugu sil perd un ou plusieurs
lectrons selon le schma
rversible : Rd Ox+ne- - de mme le professeur amnera les
apprenants constater quun acide AH se transforme en sa base
conjugue A- sil perd au moins un proton H+ selon le schma rversible
:
AH A- +H+
En saidant de la notation du couple redox Ox/Rd, les apprenants
sapproprieront celle du couple acide-base AH/A-
Le concept de couple acide-base sera introduit partir dune tude
exprimentale sur lexemple acide thanoque /ion thanoate, tude qui
sera ralise, de prfrence, en travaux pratiques.
Le professeur amnera les apprenants montrer dabord que la
raction de lacide thanoque avec leau est une raction dionisation
limite et rversible et que lacide thanoque est un acide faible.
Les apprenants pourront montrer laspect limit de la raction
entre cet acide et leau: - dune part, partir dexpriences
qualitatives sur la
conductivit compare des solutions dacide thanoque et dacide
chlorhydrique de mme concentration,
- dautre part, de manire quantitative partir de la mesure du pH
de diffrentes solutions dacide thanoque. Pour quelques
concentrations usuelles, ils pourront dterminer le rapport entre la
quantit dacide thanoque qui a ragi avec leau, en donnant lion
thanoate, et la
quantit dacide introduit :
CH COO
CH COOH CH COO
3
3 3
.
Ils constateront que ce rapport est faible, de lordre de
quelques pour-cent.
Mais on ne parlera ni de coefficient dionisation ni de
coefficient de dissociation ; tout dveloppement sur ce coefficient
est rigoureusement hors du programme.
Pour mettre en vidence laspect rversible de la raction CH3COOH +
H2O CH3COO
- +H3O
+ 1
2 le professeur amnera les apprenants sapproprier la raction
inverse : raction entre lion thanoate (thanoate de sodium) et lion
hydronium (acide chlorhydrique). Ltude quantitative, qui peut tre
effectue partir de la mesure du pH, montre que cette raction est
quasi totale.
Les apprenants constateront que cette raction fait intervenir
deux couples acide-base.
rversible de la raction dune base faible ou dun acide faible
avec leau ; - Reconnaissance des acides et bases conjugus. -
Dfinition de la constante dacidit Ka. - Reconnaissance et criture
des formules : a) des couples acide-base de leau (H3O+ /H2O et
H2O/OH-). b) des couples acide-base suivants : acide thanoque / ion
thanoate ; acide mthanoque / ion mthanoate ; acide monochloro
thanoque / ion monochlorothanoate ; ion ammonium / ammoniac ; ion
mthyl (mono, di, tri) ammonium / mthyl (mono, di, tri) amine ; ion
thyl (mono, di, tri) ammonium / thyl (mono di, tri) amine. c)des
acides et bases forts usuels tudis - Interprtation quantitative de
la raction dun acide ou dune base faible avec leau : quation-bilan,
recensement des espces chimiques prsentes dans la solution, calcul
des concentrations des espces chimiques dune solution donne (acide
faible, base faible, mlange acide-base conjugus) connaissant le
pH,
-
Tout comme les demi-quations lectroniques utilises en
oxydorduction les demi-quations protoniques ne doivent pas tre
confondues avec des quations de ractions chimiques : en solution la
vritable raction chimique rsulte de la comptition entre les deux
couples antagonistes ; elle conduit un tat dquilibre reprsent par
:
CH3COOH + H2O CH3COO- +H3O
+1
2 Les lves constateront quil sagit effectivement dun transfert
de protons.
Sans reprendre intgralement une tude comparable la prcdente, les
apprenants sapproprieront le couple ion ammonium / ammoniac, puis
la formule des couples acide thanoque/ion thanoate et ion
ammonium/ammoniac, celle des deux couples acide-base de leau et des
couples suivants : acide mthanoque/ion mthanoate, acide
monochlorothanoque/ion monochlorothanoate ; ion mthylammonium /
mthylamine, ion thlylammonium / thylamine.
Lorsque lon met un acide faible ou une base faible ou les deux
espces conjugues dun couple acide-base en solution aqueuse, les
apprenants sapproprieront : - ltat dquilibre reprsent par : Acide +
H2O Base + H3O
+
- lexpression de la constante dacidit Ka du couple
KaAcide
OHBase
3
Ka est une constante caractristique du couple considr et
dpendant de la temprature ; il est aussi commode dutiliser la
constante pKa dfinie par la relation pKa = -logKa.
La loi
Cte
Acide
OHBase
3 peut tre vrifie
exprimentalement. Pour cela on mesurera le pH de diffrents
mlanges dacide thanoque et de sa base conjugue et on en calculera
les concentrations
Le professeur amnera les apprenants constater quun acide est
dautant plus fort que la constante Ka du couple auquel il
appartient est plus grande, donc que le pKa est plus faible. (en
mme temps, sa base conjugue sera dautant plus faible).
Les indicateurs colors pourront tre signals comme des exemples
dacides ou de bases faibles.
-Concernant les couples de leau H3O+/H2O et H2O/OH
- on ne donnera aucune indication sur les valeurs de leurs
constantes Ka ou pKa. - On ne parlera pas de la constante Kb et on
se gardera donc de la dfinir, fortiori, de donner la relation entre
Ka, Kb et Ke.
calcul de la constante dacidit partir des concentrations des
espces chimiques. - Dtermination de la forme prpondrante dun couple
acide- base connaissant son pKa et le pH de la solution -
Comparaison des forces des acides (ou des bases) de plusieurs
couples connaissant les constantes dacidit Ka et inversement
-
- En tout cas il est hors de question dvoquer la valeur de cette
constante Ka pour les acides forts et les bases fortes car lune des
formes conjugues nexiste pas dans la solution.
En adoptant la valeur de la constante Ka ou de la constante pKa
comme critre, et en se limitant aux monoacides, le professeur
amnera les apprenants : - classer quelques couples acide-base
emprunts aux autres parties du programme : acides carboxyliques
et leurs anions, ions alkylammonium et amines correspondantes ; -
dfinir les domaines de prdominance ; - lier la couleur dun
indicateur color la
forme prdominante du couple relatif cet indicateur. :
. IV - Ractions acide-base 1. Acide faible, base forte 2. Acide
fort, base faible 3. Acide fort, base forte
Ractions acide - base
Pour cette tude il ne sagira que des monoacides et des
monobases.
Le professeur amnera les apprenants crire lquation bilan de la
raction entre un acide faible et une base forte (ou entre une base
faible et un acide fort) en ne faisant intervenir que les seules
espces chimiques majoritaires des ractifs. On crira donc par
exemple
CH3COOH + OH- CH3COO
- + H2O
NH3 + H3O+
NH4+ + H2O
Lors du dosage dun acide fort par une base forte et vice versa,
les apprenants traceront la courbe de variation du pH et
constateront que cette courbe prsente trois parties avec un seul
point dinflexion correspondant au point dquivalence acido-basique
de pH = 7 25 C.
Ils traceront aussi la courbe de variation de pH lors de la
raction de la solution dacide thanoque de concentration proche de
10-1 mol. L-1 avec la solution dhydroxyde de sodium de
concentration voisine (et de la raction de la solution dammoniac
avec une solution dacide chlorhydrique de concentration voisine).et
noteront ici lallure de cette courbe au voisinage de son point de
dpart, son point dinflexion la demi-qui-valence et la valeur
correspondante du pH (pH = pKa), la variation du pH au voisinage du
point dquivalence o le pH nest plus gal 7, enfin son allure aprs le
point dquivalence Lorsque le pH la demi-quivalence est gal au pKa,
ils sapproprieront :
- Mmorisation et exploitation *du processus de transfert du
proton dans une raction acide base ; *du caractre pratiquement
totale dun acide faible avec une base forte, dun acide fort avec
une base faible et dune base forte avec un acide fort. -
Interprtation de lallure des courbes de variation de pH dans les
cas de dosages suivants : acide fort -base forte, base forte- acide
fort acide- faible - base forte, base faible - acide fort. -
Dfinition, dtermination et exploitation du point dquivalence dans
une raction acide - base donne et situation de sa position par
rapport au pH = 7. - Dfinition et exploitation de la
demi-quivalence lors des dosages acide faible - base
-
- une proprit remarquable dune telle solution : son pH est trs
peu sensible voire insensible la dilution ; - la dfinition dune
solution tampon, ses proprits caractristiques puis les trois
mthodes pratiques de sa prparation.
forte et base faible- acide fort: pH = pKa (dans la plupart des
cas). - Dfinition dune solution tampon et prcision de ses
caractristiques. - Prcision de limportance de leffet tampon dans
les milieux biologiques. -Mmorisation de : un indicateur color est
caractris par une zone de virage. - Dfinition et dlimitation de la
zone de virage dun indicateur color
- Ralisation dun dosage volumtrique : exploitation graphique
dune srie
C - Cintique chimique I - Dfinition de la vitesse de formation
et de disparition dun corps
Cintique chimique
La cintique chimique est ltude du droulement des ractions
chimiques dans le temps. Son but premier est de mesurer la vitesse
instantane des ractions mais son intrt majeur est de fournir des
renseignements irremplaables sur leur mcanisme, lchelle
microscopique.
Dfinition de la vitesse de formation dun corps
Lexprience montre quil existe des ractions rapides (ractions
acide-base, prcipitation du chlorure dargent, prcipitation du
sulfate de baryum, explosion...) et des ractions suffisamment
lentes pour que lon puisse suivre aisment leur volution. Dans ce
dernier cas, par exemple, pour toute
raction chimique lente note :A + B C + D, on peut facilement
suivre la formation de lun des produits, par exemple C, de la
raction ou la disparition de lun des ractifs, par exemple A, et
chercher dterminer comment la quantit de ce corps varie au cours du
temps.
En Terminale ltude quantitative des vitesses de formation dun
produit ou de disparition dun ractif ne sera aborde que pour les
ractions en solution aqueuse dont le volume reste constant.
Le professeur amnera les apprenants dfinir alors la vitesse de
formation du corps C comme tant la drive par rapport au temps de
la
-
concentration ou de la quantit de matire de C:
dt
dnouV
dt
CdV CCC
(nc = nombre de mole du corps C.) et aussi la vitesse de
disparition du ractif A par la
relation symtrique :
Vd A
dtouV
dn
dtA A
A ;
compte tenu de cette dfinition, la vitesse de disparition dun
ractif est galement positive comme celle de formation dun produit.
Il existe dailleurs entre toutes ces vitesses la relation :
V V V VA B C D
II - tude qualitative de linfluence des concentrations et de la
temprature. 1 - Influence des concentrations
2- Influence de la temprature.
Etude qualitative de linfluence des concentrations et de la
temprature
Ltude sera essentiellement exprimentale. Les exemples ci-dessous
mentionns ne seront pas limitatifs mais ce sont les seuls dont la
connaissance sera exige. Les lves devront donc savoir crire les
quations - bilans de ces ractions partir des demi-quations
lectroniques des couples oxydo-rducteurs en prsence.
1- Influence des concentrations
En gnral, la vitesse de formation dun corps augmente si lon fait
crotre la concentration des corps ragissants. On le montrera lors
dtudes exprimentales ralises en travaux pratiques ou en T.P.-cours.
En aucun cas on ne cherchera faire une tude quantitative de
linfluence des concentrations sur la vitesse des ractions. Exemple
1 : Dismutation de lion thiosulfate S2O32- en milieu acide, en
soufre et dioxyde de soufre. Exemple 2 : Action dune solution de
peroxodisulfate de potassium sur une solution diodure de potassium.
2 - Influence de la temprature Dans la majorit des cas, la vitesse
de formation dun corps augmente avec la temprature. Toute
considration quantitative ce sujet est hors programme. Exemple 1
Action dune solution de peroxodisulfate de potassium sur une
solution diodure de potassium
Exemple 2 Dcoloration dune solution de permanganate de potassium
en milieu acide, par lacide oxalique.
- Dfinition de la vitesse de formation ou de disparition dun
corps dans le cas o le milieu ractionnel a un volume constant -
Dfinition de la vitesse moyenne de formation ou e disparition dun
corps dans le cas o le milieu ractionnel a un volume constant -
Exploitation graphique des rsultats issus dune srie dexpriences de
cintique. - Dtermination dune vitesse de formation et prcision de
son unit. - Reconnaissance et nom des couples redox suivants:
S2O82- / SO42- ; I2/ I- ; MnO4- / Mn2+ ; CO2/C2O42- ; S4O62- /
S2O32- ; -Ecriture de leurs demi-quations redox et exploitation
quantitative de leurs quations-bilan
-
Le professeur amnera les apprenants sapproprier limportance
pratique de cet accroissement de vitesse par lvation de temprature
: au laboratoire, dans lindustrie, et mme dans la vie courante.
(autocuiseur ; conservation des aliments par le froid ).
Il est indiqu lattention des professeurs quils pourront, dfaut
des produits utiliss dans les exemples prcits, pour illustrer leurs
cours, faire les expriences avec les produits courants de chez nous
comme : - le formol ou tout aldhyde oxyd par le nitrate dargent
ammoniacal. - le sucre -lalcool oxyd par le permanganate de
potassium ou par le bichromate de potassium en milieu acide.
III Catalyse 1 - Dfinition 2 - Exemples
- Catalyse.
On choisira pour cette tude, des exemples aussi bien en chimie
minrale quen chimie organique.
. En se basant sur les exemples de catalyse vus en classe de
seconde et de premire, le professeur amnera les apprenants
sapproprier les dfinitions relatives au catalyseur, la catalyse, la
catalyse homogne, htrogne et lautocatalyse. Exemples de catalyse
homognes -Estrification de lthanol par lacide thanoque. -Oxydation
des ions iodure I- par les ions peroxodisulfate - Raction entre les
ions permanganate MnO4- et lacide oxalique H2C2O4 Dans ce dernier
exemple, on constate que lun des produits forms (ici Mn2+) catalyse
la raction qui lengendre : on parle dautocatalyse. Exemples de
catalyse htrogne. - Raction entre les gaz dihydrogne et dioxygne
avec le platine Pt comme catalyseur :
OHOH Pt 222 22
- Addition deau sur lactylne ; catalyseur : Hg2+ en milieu acide
sulfurique :
C2H2 + H2O C2H5OHHg
2+
- Hydrognation de lactylne ; catalyseur : Pt ou Ni :
6222624222 ; HCHCHCHCHCNiPtPt
- Raction du dihydrogne sur le monoxyde de
-mmorisation et exploitation de : * laction dune solution dacide
chlorhydrique sur une solution de thiosulfate de sodium donne du
soufre, * la vitesse de formation dun corps augmente en gnral avec
laugmentation des concentrations des corps ragissants -
Exploitation graphique des rsultats dune srie dexpriences portant
sur la variation des concentrations des corps ragissants ou sur
celle de la temprature. - Citation des applications pratiques de
linfluence de la temprature sur une vitesse de raction. - dfinition
dun catalyseur et prcision de ses proprits - Citation de
-
1.2.3. Stratgies objets- dapprentissage
1.3. Stratgies denseignement/apprentissage
1.4. Documents de rfrence suggrs
- Chimie terminale D. 1989. A. TOMASINO et al.
- Sciences physiques. Rappels de Cours et exercices corrigs.
Collection Union Bac
Terminales D, C et E.
- Sciences physiques. Rappels de cours et. exercices corrigs.
Collection GADO Terminales D,
C et E
- Tous autres documents traitant du sujet
carbone ; catalyseur : Ni ou ZnO.
OHCHHCOOHHCHCO ZnONi 322222 2;232
N.B. Pour ces diffrents exemples voqus ou tudis il nest pas
question dexiger des lves la connaissance des tapes
intermdiaires.
Le professeur aidera les apprenants remarquer limportance de la
grande surface de contact entre les ractifs et le catalyseur do la
ncessit dutiliser celui-ci sous forme de poudre, de mousseetc. et.
lintrt de la catalyse enzymatique dans la vie courante.
quelques exemples de catalyseurs et de leur importance
pratique
-
LES ANNEXES DE LA S.A.2
2- Par dilution dune solution de concentration connue
Annexe 1 : Prparation des solutions aqueuses
Source : Chimie Terminale S 2006 Collection DURUPTHY HACHETTE.
Page 348
1. Par dissolution dun compos solide
1.1. Objectif
Prparer un volume v de solution de concentration C par
dissolution
dun compos de masse molaire M.
La masse m dissoudre vaut m=M.C.V
(m en g ; M en g.mol-1 ; V en L et C en mol.L-1).
1.2- Ralisation pratique
Soit prparer, par exemple, 100,0mL de solution de sulfate de
cuivre (II) de concentration 0,100mol.L-1 partir de CuSO4,
5H2O
de masse molaire M = 249,7 g.mol-1 ; m = 249,7 x 0,100 x 0,100
=
2,50g.
Les tapes de cette prparation sont les suivantes :
Doc. 4 : Une fois la dissolution termine, ajouter
de leau distille, la pissette au dbut (a), puis
la pipette simple pour terminer au niveau du trait
de jauge (b).
Doc. 5 : Reboucher la fiole jauge
et la retourner plusieurs fois pour
bien homogniser la solution
Doc 3 : Remplir la fiole jauge aux trois
quarts avec de leau distille (a), et, aprs
lavoir bouche, lagiter pour dissoudre le
solide (b).
Doc. 1: peser prcisment m en prlevant le solide
avec une spatule propre et sche (b), et en le plaant
dans une capsule ou un verre de montre
pralablement pes (a).
Doc. 2 : Introduire le solide dans une fiole jauge de
100mL avec un entonnoir solide, rincer la capsule ou
le verre de montre et lentonnoir avec de leau distille.
-
2.1- Objectif : Prparer un volume V de solution de concentration
C par dilution dune solution de
concentration C0 connue prcisment. Le volume V0 prlever vaut :
F
V
Co
C.VVo
(C et C0 en mol.L-1, V et V0 en mL) ; F est le facteur de
dilution : C
CoF
2.1- Ralisation pratique : Soit prparer, par exemple, 50,0mL de
solution de permanganate de potassium de concentration 2,00 x 10-2
mol.L-1 par dilution dune solution mre 0,100mol.L-1.
mL10,00,100
10x2,00x50,0
Co
C.VVo
2
3 Par dilution dune solution commerciale
3.1- Objectif : Prparer un volume V de solution de concentration
C par dilution dune solution de densit d, contenant en masse p% de
produit de masse molaire M. Le volume V0 prlever est tel
que V.C = V0.C0 avec : eau.d.P
C.V.M100.soitVo
100.M
P.d.Co eau (Vo et V en mL, M en g.mol-1, C en
mol.L-1 et en g.L-1) 3.2- Ralisation pratique : Soit prparer,
par exemple, 200,0mL de solution dacide chlorhydrique
0,50mol.L-1par dilution dune solution commerciale de densit d =
1,16 contenant 37 % dacide
pur. .mL8,51000x1,16x37
0,50x200,0x36,5x100Vo
Doc 7 : Introduire la solution prleve dans une
fiole jauge de 50mL (a) et (b).
La fin de la prparation seffectue comme pour
la dissolution dun compos solide (voir1 ; doc
3, 4 et 5).
Doc 6 : Verser la solution diluer dans un
bcher (a). Prlever 10,0mL de solution laide
dune pipette jauge un trait ou deux traits,
munie dune pipette ou dun pipeter (b) et (c).
Source : Chimie Terminale S 2006 Collection DURUPTHY HACHETTE
Page 349
Doc.9 : La solution prleve est introduite
dans une fiole jauge de 200,0 mL contenant
dj environ 100mL deau distille, afin de
modrer llvation de temprature
accompagnant la dilution et de limiter les
ventuelles projections. La fin de la
prparation est analogue celle de la
dissolution dun compos solide (voir 1, Doc
3,4 et 5).
Doc 8 : La solution tant corrosive et trs
concentre, mettre des lunettes et des gants de
protection. Verser la solution diluer dans un
bcher, laide dune pipette gradue de 10mL munie dun pipeter,
prlever 8,5mL de solution
-
Annexe 3 : Les courbes de dosage
Dosage acide fort- base forte
Source : Chimie Terminale D 1989. A. TOMASINO et al. Collection
NATHAN Page 84 et 87
B.B.T E E pHE
pHE
VBE
Dosage acide faible- base forte Dosage base faible- acide
fort
Source : Chimie Terminale D 1989. A. TOMASINO et al. Collection
NATHAN Pages 97 et 103
E
E1/2
pkA
VaE Va1/2
E1/2
pHE
pkA
pHE
VBE VB1/2
-
2- Quelques exemples de ractions
Exemple 1 : Dismutation de lion thiosulfate S2O32- en milieu
acide, en soufre et dioxyde de
soufre.
Elle sobtient en faisant ragir une solution de thiosulfate de
sodium sur la solution dacide
chlorhydrique. En milieu acide, lion thiosulfate S2O32-se
dismute selon lquation-bilan: S2O32- +
2H3O+ SO2+S + 3H2O.
Le soufre solide qui se forme reste en suspension : il rend peu
peu la solution opaque do
lutilisation de ce phnomne pour valuer la vitesse de formation
du soufre (confer lexprience
affrente).
En fait lion S2O32- apparat dans deux couples rdox S2O32-/S ;
SO2/S2O32- comme loxydant
dans lun et le rducteur dans lautre.
Les demi-quations lectroniques sont :
S2O32- 6H+ 4e-2S + 3H2O
S2O32- + H2O2SO2 + 2H+ + 4e-
do: S2O32- + 2H+ 2S + SO2 + H2O
ou en milieu aqueux S2O32- + 2H3O+S + SO2 + 3H2O.
Cette raction est essentiellement plus complexe quon ne le pense
car les produits ont des
proprits acido-basiques, donc susceptibles de ragir avec le
ractif H3O+ ;
N.B : Le professeur vitera dvoquer cet aspect avec les lves.
Exemple 2 : Action dune solution de peroxodisulfate de potassium
sur une solution diodure de
potassium.
Ici lion iodure I- appartient au couple I2/I- et lion
peroxodisulfate S2 O82-- appartient au
couple, S2O82 -/SO42 -do lquation-bilan :
Annexe 4: Vitesses de raction 1. Les courbes
Courbe de formation dun produit
Courbe de disparition dun ractif
Source : Chimie Tle D 1989 ; A. TOMASINO et al.Collection
NATHAN. p. 264 et 267
-
S2O82 - 2I - 2SO42 - I2
Ainsi en mlangeant ces deux solutions, il apparat une couleur
jaune, jaune brun, et brune selon
les concentrations initiales, traduisant la formation de plus en
plus grande du diiode I2. Dans cet
exemple 2, la complexation des ions iodure avec les molcules I2
(I2 + I-I3-) est une raction
concurrente de loxydation des ions iodure. L encore les
interprtations sont plus complexes quil
ny parat.
Influence de la temprature
Dans la majorit des cas, la vitesse de formation dun corps
augmente avec la
temprature. Toute considration quantitative ce sujet est hors
programme.
Exemple 1 Action dune solution de peroxodisulfate de potassium
sur une solution diodure de
potassium.
Pour cet exemple, on fait trois parts dun mlange en volume gaux
de solutions de mme
concentration diodure de potassium et de peroxodisulfate de
potassium : une part est place dans
la glace fondante, la deuxime est laisse la temprature ordinaire
et la troisime est mise au
bain marie 70C environ. On observe alors que lapparition de la
couleur brune de I2 est dautant
plus rapide que la temprature du milieu ractionnel est leve.
Exemple 2 Dcoloration dune solution de permanganate de potassium
en milieu acide, par lacide
oxalique.
Pour cette raction rdox on a les couples MnO4-/Mn2+ et
CO2/H2C2O4
Avec les demi-quations lectroniques :
MnO4- + 8H++5 e- Mn2++ 4H2O (x2)
H2C2O4 2CO2 + 2H+ + 2 e- (x5)
On a 2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Dans cette exprience, la dcoloration de la solution de
permanganate de potassium, trs lente
temprature ordinaire, est immdiate 70C.
Les diffrents types de catalyse
Le catalyseur est une substance qui augmente la vitesse de
formation dun corps sans
entrer dans le bilan de la raction. Mais en fait, le catalyseur
participe parfois aux processus
ractionnels intermdiaires.
Un catalyseur ne modifie pas un tat dquilibre ; il catalyse les
deux ractions inverses ; un
catalyseur peut slectionner une raction parmi plusieurs ractions
possibles.
La catalyse homogne correspond au cas o le catalyseur est dans
la mme
phase que les corps ragissants. Si on considre la catalyse de
lestrification par les ions H3O+;
les ractifs (lacide et lalcool) et les ions H3O+ sont miscibles
; il sagit bien dun milieu homogne
(une seule phase : liquide) : on parle de catalyse homogne.
Exemple 1 Estrification de lthanol par lacide thanoque. c
CH3COOH + C2H5OH CH3CO + H2O
OC2H5
H3O+
Exemple 2 : Oxydation des ions iodure I- par les ions
peroxodisulfate S2 O82-.
2I- + S2O8
2- I2 + 2SO42-Fe
3+
Exemple 3 : Raction entre les ions permanganate MnO4- et lacide
oxalique H2C2O4
2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H3O
+ 2Mn2+
+ 10CO2 + 14H2OMn
2+
N.B. : Dans ce dernier
exemple, on constate que lun des produits forms (ici Mn2+)
catalyse la raction qui lengendre :
on parle dautocatalyse.
-
Dans la plupart des exemples rencontrs en classe de seconde et
de premire, le milieu
ractionnel est homogne (le plus souvent gazeux), mais le
catalyseur est solide ; le catalyseur et
les ractifs ne sont pas constitus dune mme phase (gaz, solide) :
dans ce cas on parle de
catalyse htrogne.
Exemples :
Raction entre les gaz dihydrogne et dioxygne avec le platine Pt
comme catalyseur :
2H2 + O2 2H2OPt
Addition deau sur lactylne ; catalyseur : Hg2+ en milieu acide
sulfurique :
C2H2 + H2O C2H5OHHg
2+
Hydrognation de lactylne ; catalyseur : Pt ou Ni :
624222 HCHCHCPtPt : 6222 HCHC
Nit
Raction du dihydrogne sur le monoxyde de carbone ; catalyseur :
Ni ou ZnO.
OHHCHCO Ni 2222 232 ; OHCHHCOZnO 322
Ainsi limportance des catalyseurs apparat tout au long de cette
tude. On terminera en
soulignant que la catalyse permet, dune part de dclencher des
ractions infiniment lentes (Exp. :
synthse de leau) dautre part, de slectionner une raction parmi
plusieurs ractions possibles
suivant le catalyseur choisi.
De mme que les catalyseurs augmentent la vitesse des ractions
chimiques, il existe des
composs appels inhibiteurs qui la diminuent. Par exemple, le
tertiobutyl-4 pyrocatchol est
linhibiteur qui bloque la polymrisation du styrne et permet de
le conserver dans un flacon.
Par ailleurs au cours de certaines ractions catalyses par un
solide, des impurets
peuvent se dposer la surface du catalyseur et rendre celui-ci
moins efficace ; ces composs qui
diminuent lactivit du catalyseur sont appels poisons de
celui-ci.
3 Comment calculer le rendement dune raction chimique
1- Rappels
Soit la raction chimique dquation '''' BbAabBaA . Au cours de la
raction les
ractifs A et B disparaissent et les produits A et B se
forment.
En dbut de raction, supposons que lon ait introduit les quantits
de matires Ani et Bni des ractifs A et B respectivement.
- Lorsque
b
Bn
a
An ii le mlange de ractif est stchiomtrique.
- Lorsque
b
Bn
a
An ii le ractif A est en dfaut par rapport au ractif B et est
qualifi de ractif
limitant.
A tout instant t, au cours de la raction, le mlange ractionnel
renferme les quantits de
matires BnetAn rr de ractifs restants (nayant pas encore ragi)
et les quantits de matires '' BnetAn ff de produits forms. Les
quantits de matires de produits forms
sont en proportionnalit avec les quantits de matires de ractifs
disparus :
'
'
'
'
b
Bn
a
An
b
Bn
a
An ffdd (1).
De plus, en raison de la conservation de la matire on a pour les
ractifs :
AnAnAn rdi (2) et BnBnBn rdi (3).
-
2- Rendement dune raction chimique
2.1 Dfinition 1
Pour une raction chimique dquation '''' BbAabBaA , le rendement
r est le rapport,
exprim en %, entre la quantit de matire (ou la masse) de produit
(A par exemple)
rellement forme 'An f et sa quantit de matire (ou la masse)
thorique 'Anth qui se
formerait si la totalit du ractif limitant (A par exemple)
ragit.
100
'
'
An
Anr
th
f (4)
Or en raison de la proportionnalit voque au niveau de la
relation (1) on a
a
An
a
An dth '
'
(5)
Mais lorsque la totalit du ractif limitant initialement
introduit ragit la relation (2) devient
AnAn id (6) car 0Anr . La relation (5) devient alors
a
An
a
An ith '
' (7)
On tire 'Anth pour ensuite le remplacer dans la relation
(4).
On obtient alors :
100
'
'
An
An
a
ar
i
f (8)
2.2 Dfinition 2
Considrons la raction chimique dquation '''' BbAabBaA . Le
rendement r d'une
telle raction chimique est le rapport, exprim en %, entre la
quantit de matire (ou la masse)
de ractif limitant (A par exemple) rellement disparue And et la
quantit de matire (ou la
masse) du mme ractif initialement mise en raction Ani .
100An
Anr
i
d (9)
En raison de la proportionnalit voque au niveau de la relation
(1) on a
'
'
a
An
a
An fd On
tire alors And pour le remplacer dans la relation (9). On
obtient encore la mme relation (8) :
100
'
'
An
An
a
ar
i
f
3- Remarque
Dans la pratique lexploitation directe de lune ou lautre de ces
deux dfinitions (formules 4
et 9) dpend des moyens dont on dispose pour suivre lvolution de
la raction.
- Lorsquon a la possibilit de suivre lvolution de la raction en
mesurant directement la
quantit du produit form 'An f , la premire dfinition peut tre
adopte et on applique la
formule (4) :
100
'
'
An
Anr
th
f en combinaison avec la formule (7).
- Lorsquon a la possibilit de suivre lvolution la raction en
mesurant directement la
quantit du ractif limitant restant Anr , la deuxime dfinition
peut tre adopte et on
applique la formule (9) :
100An
Anr
i
d en combinaison avec la formule (2) do on tire
AnAnAn rid .
-
NB : Dans le cas particulier o les ractifs sont initialement
mlangs dans des proportions
stchiomtriques on calcule le rendement de la raction en se
basant sur lun quelconque des
ractifs.
4. LA VITESSE DE REACTION
Considrons une raction dont l'quation bilan s'crit : ; , et
et
sont les coefficients stchiomtriques qui sont gnralement des
entiers naturels.
Lorsque la raction progresse, les ractifs de dpart disparaissent
alors que les produits se
forment en respectant la stchiomtrie de la raction, c'est dire
les proportions indiques par les
coefficients de l'quation bilan.
Si la date t, la progression de la raction se traduit par une
variation des quantits ; ;
le respect de la stchiomtrie permet d'crire que tous les
rapports sont gaux au
signe prs.
Ce rapport dfini la variation de l'avancement de la raction (not
) entre son tat initial
(avancement nul) et son l'tat final (avancement maximal). 1
La vitesse de raction est dfinie par la drive de l'avancement de
la raction par rapport au
temps: .2 Elle s'exprime donc en mole par unit de temps. (Nota :
on utilise souvent
la place de ).
Dans le cas frquent de ractions s'effectuant dans un systme de
volume constant (c'est en
particulier les cas des ractions en solution), la vitesse est
dfinie par rapport la variation de la
concentration. On l'appelle alors vitesse volumique de raction3
:
est la concentration de l'espce ; est son coefficient
stchiomtrique. Dans cette
relation (tout comme dans la dfinition de l'avancement de
raction) est affect du signe
- pour les ractifs et du signe + pour les produits qui se