Programme Physique Chimique 1ère C D

PROGRAMME DE LA CLASSE DE PREMIERE C, D
Forces – Travail – Energie
Dans cette partie, les notions introduites en seconde, concernant les effets des forces sur le
mouvement des solides seront plus approfondies.
Nous montrons notamment que la force est liée au changement de vitesse.
A partir de la notion de travail d’une force, nous introduisons une grandeur fondamentale :
l’énergie. Celle-ci peut prendre différentes formes et selon les situations, ces différentes
formes sont susceptibles de se transformer les unes dans les autres. L’objectif est ainsi de
progresser vers l’idée de conservation
Sa conservation constitue une des lois les plus générales de la physique.
OBJECTIF
Définir le vecteur
vitesse d’un point
mobile
Connaître les
propriétés du
centre d’inertie
d’un solide
Définir un
mouvement de
translation d’un
solide
Définir et
caractériser un
mouvement de
chute libre
Enoncer les lois
de chute libre
CONTENUS
Mouvement de
translation d’un
solide
Mouvement d’un
solide
indéformable
Vitesse d’un point
du solide
Centre d’inertie
d’un solide
Mouvement de
translation d’un
solide
Chute libre d’un
solide sans vitesse
initiale
Vitesse d’un solide
tombant en chute
libre
Forces s’exerçant
sur un solide
Forces extérieures
Résultante de
forces
Les lois de
Newton :
Première loi :
principe de
l’inertie
Deuxième loi
Troisième loi :
principe
d’interaction
SAVOIR-SAVOIR FAIRE
Déterminer et représenter le vecteur
vitesse d’un point mobile
Savoir que, pour un solide en
translation,
le vecteur vitesse est le même pour
tous les points
Savoir que le centre d’inertie d’un
solide a généralement un
mouvement plus simple que les
autres points
Utiliser les lois de chute libre
OBSERVATION
On affinera la définition du
vecteur vitesse, qui a été vue
en classe de seconde
On soulignera la propriété
suivante : dans un
mouvement de translation,
chaque point du solide a à
chaque instant, un même
vecteur vitesse Vg que le
centre d’inertie G du solide
Il est souhaitable d’établir
expérimentalement les lois de
chute v=gt et h=1/2 .gt2
Connaître la variation de la vitesse
en fonction de la hauteur de chute
Identifier les actions mécaniques qui
s’exercent sur un solide
Représenter ces forces
Analyser les effets produits
Enoncer et appliquer les lois de
Newton
Connaître la définition d’un
référentiel galiléen
- Dans un référentiel galiléen, si le
vecteur vitesse Vg du centre
d’inertie ne varie pas, la somme des
forces qui s’exercent sur le solide est
nulle et réciproquement
- Dans un référentiel galiléen, si le
vecteur Vg du centre d’inertie varie,
la somme des forces qui s’exercent
sur le solide n’est pas nulle ; Sa
direction et son sens sont ceux de la
variation de Vg entre deux instants
proches
A et B étant deux corps, soient la
force exercée par B sur A et
la
force exercée par A sur B ; quelque
(renforcer ce qui a été vu en
classe de seconde)
Le calcul du travail d’une
force variable, pour un
déplacement quelconque de
Etablir
l’expression du
travail d’une
force :……….
Donner
l’expression du
travail de la
tension d’un
ressort :
W…………..
Comprendre que
le travail est un
transfert d’énergie
Définir et calculer
l’énergie cinétique
d’un solide en
translation
Enoncer et
appliquer le
théorème de
l’énergie cinétique
à un solide en
translation
Définir un
mouvement de
rotation d’un
solide autour d’un
axe fixe
Travail et
puissance d’une
force (constante)
agissant sur un
solide en
mouvement de
translation
Notion de travail
d’une force
Force
conservative :
exemple le poids
d’un corps
Travail de la
tension d’un
ressort
Puissance d’une
force ou plusieurs
forces
Le travail : un
mode de transfert
de l’énergie
Travail et énergie
cinétique d’un
solide en
translation
Généralisation :
solide en
translation soumis
à diverses forces
soit l’état de mouvement de A par
rapport à B, on a toujours l’égalité
vectorielle………………
Analyser un exemple de propulsion
(marche et frottement …)
Utiliser le principe de l’inertie pour
déterminer les caractéristiques des
forces qui agissent sur un solide, en
mouvement ou non.
Savoir dans quelles conditions une
force fournit du travail
Exprimer et calculer le travail d’une
force constante
Savoir que le travail d’une force
constante effectué entre deux points
A et B est indépendant du chemin
parcouru
Connaître quelques effets sur un
solide de forces dont le ou les points
d’application se déplacent
Définir une force conservative
Définir la puissance d’une force
(puissance moyenne/puissance
instantanée) ; connaître son
expression et savoir la calculer
Etablir l’expression du travail d’une
force extérieure appliquée à
l’extrémité d’un ressort par méthode
graphique
Utiliser l’expression de l’énergie
cinétique d’un solide en translation
Savoir appliquer le théorème de
l’énergie cinétique à un solide en
translation
Définir la vitesse
angulaire
Mouvement de
rotation d’un
solide autour d’un
axe fixe
Vitesse angulaire
Enoncer et
appliquer le
théorème de
l’énergie cinétique
à un solide en
rotation
Définir et calculer
l’énergie cinétique
de rotation d’un
solide autour d’un
axe fixe
Etablir le moment
d’inertie par
Moment d’une
force par rapport à
un axe
Moment d’un
couple
Travail et
puissance des
forces agissant sur
un solide en
mouvement de
rotation
Energie cinétique
Savoir que chaque point d’un solide
en rotation autour d’un axe fixe, a
une trajectoire circulaire
Savoir relier la vitesse d’un point à
la vitesse angulaire
Prévoir dans des cas simples la
possibilité de mise en rotation d’un
solide autour d’un axe fixe
Analyser les effets de rotation
produits par une force
Utiliser l’expression de l’énergie
cinétique d’un solide en rotation
son point d’application est
aussi au programme. On
devrait traiter alors, la notion
de travail élémentaire, qu’on
doit noter …. et non dW
On montrera que le travail
des forces de pesanteur
s’exprime par
Wp=mg(z1-z2) lorsque le
centre d’inertie passe de la
côte z1 à z2 est indépendant
du chemin suivi : force
conservative
On établira avec les élèves
l’expression du travail de la
tension du ressort à réponse
linéaire W=………….avec la
méthode graphique. On
familiarisera les élèves à
cette méthode par des
exercices
On pourra parler d’autres
modes de transfert d’énergie
tels le transfert thermique
(par conduction, par
convection, notion vue en
5ème) avec ou sans
changement d’état (vue en
3ème); le rayonnement par les
ondes électromagnétiques
Reprendre l’exemple d’une
chute libre d’un mobile
Procéder à une généralisation
rapport à leur axe
de quelques
solides
Définir l’énergie
potentielle de
pesanteur et
connaître son
expression
de rotation d’un
solide autour d’un
axe fixe
Moment d’inertie
(cas simple : masse
répartie sur la
circonférence)
Energie potentielle
Définir l’énergie
potentielle
élastique d’un
ressort et
connaître son
expression
Définir l’énergie
potentielle
élastique d’un fil
de torsion à
réponse linéaire
Définir l’énergie
mécanique d’un
solide
Enoncer et
appliquer la
conservation de
l’énergie
mécanique en
l’absence de
frottement
Travail et énergie
potentielle de
pesanteur
Energie potentielle
d’un solide en
interaction avec la
Terre
Cas particulier des
situations
localisées au
voisinage de la
terre
Transformation de
l’énergie
potentielle en
énergie cinétique
(exemple cas de la
chute libre)
Energie
mécanique : sa
conservation dans
quelques exemples
simples :
-Chute libre d’une
bille
-Projectile dans le
champ de
pesanteur
-Solide accroché à
une extrémité d’un
ressort horizontal
- Pendule pesant
Exemples de non
conservation de
l’énergie
mécanique
(présence de
frottement)
Utiliser l’expression de l’énergie
potentielle de pesanteur d’un solide
au voisinage de la terre
Expliciter la transformation de
l’énergie potentielle (énergie
potentielle de pesanteur, énergie
potentielle élastique) en énergie
cinétique dans des cas simples :
échanges énergétiques
Exprimer l’énergie mécanique d’un
système masse-ressort horizontal
Exprimer l’énergie mécanique d’un
solide dans un champ de pesanteur
uniforme
Exploiter la relation traduisant la
conservation de l’énergie mécanique
d’un système
Calculer la variation de l’énergie
cinétique du système à partir de la
variation de l’énergie potentielle et
réciproquement
Savoir qu’en présence de frottement,
l’énergie mécanique n’est pas
constante, elle diminue ;
Savoir que la variation de l’énergie
mécanique entre deux positions A et
B, pendant une certaine durée, est
égale au travail des forces de
frottement au cours de cette même
durée
Electricité
Dans cette partie, on étudie des transformations de l’énergie dans un circuit électrique en
soulignant l’importance de l’effet Joule, autant dans ses applications que dans ses
inconvénients.
OBJECTIF
CONTENUS
Définir un champ
électrique et donner sa
formule
Champ électrique
Interaction électrique
entre deux corps
chargés : loi de Coulomb
Champ électrique
Définition
Donner les
caractéristiques d’un
champ uniforme
Champ électrique
uniforme
Définir la différence de
potentiel électrique et
établir son expression :
…..
Donner le sens du champ
électrique
Etablir l’expression du
travail d’une force
électrique : ……
Différence de potentiel
entre deux points
Rappeler la définition
d’une force conservative
Définir l’énergie
potentielle électrique et
donner son expression :
…….
Enoncer et appliquer la
conservation de l’énergie
mécanique
Définir la puissance et
l’énergie reçue par un
dipôle récepteur en
courant continu
Etablir et énoncer la loi
de Joule :
W= RI2t
Expliquer quelques
conséquences de l’effet
Joules (effets utiles et
effets nuisibles)
SAVOIR – SAVOIR
FAIRE
Travail d’une force
électrique
Energie potentielle d’une
charge électrique
Mouvement d’une
particule chargée dans
un champ électrique
Les récepteurs
Bilan énergétique
Transferts d’énergie dans
un circuit électrique :
l’énergie fournie par le
générateur est convertie
en d’autres formes
d’énergie : énergie
thermique, énergie
chimique, énergie
mécanique ou énergie de
rayonnement
Calculer la puissance et
l’énergie reçue par un
récepteur
L’effet Joule (effet
calorifique) dans un
conducteur ohmique
Etablir la caractéristique
intensité-tension d’un
électrolyseur
Utilisation et
inconvénients de l’effet
Joule
Déterminer la force
contre électromotrice e’
Algébrisation de la
tension
Savoir que l’effet joule
est un effet thermique
associé au passage du
courant dans un
conducteur
OBSERVATION
Durée : 9 heures
On pourra introduire la
notion de champ
électrostatique, en exploitant
l’analogie entre le poids d’un
corps dans le champ de
pesanteur et la force
électrique dans le champ
électrique
Le champ électrique en un
point sera caractérisé par le
vecteur champ électrique en
ce point
On ne considèrera que le
champ uniforme existant
entre les armatures d’un
condensateur plan
On dira qu’entre deux points
A et B, se trouvant dans un
champ électrique uniforme
existe une différence de
potentiel (qui peut être
éventuellement nulle). Cette
ddp dépend du champ et des
positions A et B dans ce
champ
On établira l’expression du
travail d’une force
électrique, puis on fera
remarquer que ce travail est
l’opposé de la variation
d’une fonction Ep= qV
appelée énergie potentielle
électrique
On indiquera que le travail
de la force électrique est
indépendant du chemin
suivi : la force électrique est
aussi une force conservative
On se limitera au seul cas du
champ uniforme
On définira rapidement
l’unité d’énergie : eV
On fera remarquer l’analogie
formelle entre le champ de
pesanteur et le champ
électrique sur les points
suivants : vecteur champ,
travail, énergie potentielle,
énergie mécanique et sa
conservation
Durée : 6 heures
On montrera que l’énergie
potentielle des électrons
sortant d’un dipôle récepteur
et inférieure à celle des
électrons entrant : …………
et la résistance interne r’
d’un électrolyseur
Présenter la conversion
d’énergie dans un
électrolyseur
Définir le rendement en
puissance d’un récepteur
Définir la puissance
électrique engendrée par
le générateur
(P= eI)
Etablir la caractéristique
intensité-tension d’une
pile
Présenter le bilan
énergétique d’un
générateur : P= Pj+Pg
soit
eI= rI2 + Upn.I
Etude d’un récepteur
électrochimique : loi
d’Ohm pour un récepteur
Energie et puissance
électrique reçues par un
récepteur
Bilan d’un transfert
d’énergie (bilan
énergétique) pour un
récepteur
Puissance utile d’un
récepteur
Rendement d’un
récepteur
Les générateurs
Bilan énergétique dans
un circuit
Puissance et énergie
électrique fournies par
un générateur au reste du
circuit
Loi de fonctionnement
d’un générateur
Ee= UIt
La puissance électrique
reçue sera : Pe= UI
Représenter sur un
schéma une tension par
une flèche
Utiliser la
caractéristique d’un
électrolyseur (loi de
fonctionnement)
Utiliser le principe de
conservation de
l’énergie pour faire un
bilan énergétique au
niveau d’un récepteur
Savoir que l’énergie
pouvant être convertie
se répartie entre le
travail utile et en
énergie de perte
Identifier les transferts
d’énergie dans un
circuit électrique
Bilan d’énergie pour un
générateur (circuit en
série)
Enoncer et appliquer la
loi de Pouillet
Appliquer le transfert
d’énergie entre les
générateurs et les dipôles
passifs
Calculer la puissance et
l’énergie fournie par un
générateur
Loi de Pouillet
Définir et reconnaître un
condensateur
Donner sa représentation
symbolique
Définir la capacité et la
charge d’un condensateur
Donner son unité dans le
S.I et ses multiples
Exprimer la relation qui
existe entre la charge, la
capacité et la tension aux
bornes d’un
condensateur : qA=
C(Va- Vb)
Calculer le condensateur
équivalent, à une
association en série et en
parallèle
Définir l’énergie d’un
condensateur et son
expression :
E= 1 /2 CV2
A partir de la relation qui
traduit la loi d’ohm, on
établira on établira la
relation traduisant la loi de
Joule : P= RI2 et W=RI2t
On expliquera l’utilisation de
l’effet Joule pour : le
chauffage, l’éclairage,
protéger l’installation
électrique
On signalera aussi les effets
néfastes (perte d’énergie,
perte en ligne, échauffement
nuisibles des circuits)
En exploitant la courbe
donnant la caractéristique de
l’électrolyseur, on établira la
loi d’ohm pour un récepteur :
U=e’+r’I
On déterminera e’ et r’
Bilan d’énergie pour un
générateur (circuit avec
dérivation)
Le condensateur
Présentation du
condensateur
Mécanisme de charge et
de décharge d’un
condensateur
Association de
condensateurs en série et
en parrallèle
Energie emmagasinée
par un condensateur
Représenter sur un
schéma une tension par
une flèche
Effectuer un bilan
énergétique d’un
générateur
Durée : 7 heures
On montrera que l’énergie
potentielle des électrons
sortant d’un générateur est
supérieure à celle des
électrons entrant …………
L’énergie gagné par n
électrons traversant le
générateur est :
Eg=ne(Vp- Vn)
Eg= q(Vp- Vn)= It.Upn et
Pg= Upn.I = eI- rI2
La puissance engendrée par
le générateur est eI
eI= Upn .I+rI2
La puissance engendrée par
le générateur se partage en
deux :
Pj= la puissance Joule (rI2)
Pg= la puissance disponible
utilisée par le reste du circuit
(Upn.I)
On établira la loi de Pouillet
généralisée………………….
A partir d’exemple précis, on
démontrera que la puissance
Expliquer le résultat
obtenu avec un montage,
qui exploite l’énergie
emmagasinée dans un
condensateur
Définir un mouvement
vibratoire
Définir la période et la
fréquence d’un
mouvement périodique
Calculer la fréquence
d’immobilité apparente
du disque avec k
secteurs : N= k Ne
Calculer la fréquence du
mouvement
apparent………….
Définir les termes
suivants et donner leurs
expressions :
- célérité d’une
onde
- longueur d’onde
Définir la double
périodicité de l’onde :
temporelle (T), spatiale
(..)
Positionner les points
vibrants :
- en phase…..
- en opposition de
phase…
Utilisation des
condensateurs : réservoir
d’énergie (flash d’un
appareil photographique)
Réalisation d’un
montage qui simule le
fonctionnement d’un
flash électronique
Propagation d’un
phénomène vibratoire
entretenu
Phénomènes vibratoires
entretenus
Etude expérimentale
Période- fréquence
électrique engendrée par le
générateur est égale à la
somme des puissances
perdues par effet Joule dans
les différents appareils et les
puissances utiles des
récepteurs
P= Pch+Pcal+Pm
Durée : 8 heures
On donnera les principaux
constituants d’un
condensateur
On présentera divers types
de condensateurs (à défaut
d’appareils réels, présenter
des photos)
On fera admettre les
relations
I=dqA /dt
qA= C(Va- Vb)= C.Uab
On signalera que qA= C.Uab
est une relation algébrique
où qA et Uab sont toujours
de même signe
On établira l’expression de
la capacité du condensateur
équivalent à un groupement
en série et en parallèle
La méthode graphique sera
encore utilisée pour établir
l’expression de l’énergie
emmagasinée dans un
condensateur E=1/2 C.V2
Réflexion
Réfraction
Diffraction
Mise en évidence
expérimentale
Il s’agit ici de réaliser un
montage qui simule le
fonctionnement d’un flash
électronique (sinon présenter
le montage du schéma et
justifier le résultat attendu)
Décrire des expériences
de réflexion, de réfraction
et de diffraction
Défini les phénomènes
suivants :
- réflexion
- transmission
- diffraction
Enoncer et appliquer les
lois de Descartes sur la
réflexion et la réfraction
Tracer correctement la
Lois de Descartes sur la
réflexion et la réfraction
Cas des ondes
lumineuses
Durée : 10 heures
On signalera que les
mouvements périodiques ne
sont pas exclusivement des
mouvements vibratoires
entretenus
Pour l’étude stroboscopique,
on se limitera au cas où
l’intervalle entre deux éclairs
successifs est égal, soit
presque égal à la période du
phénomène étudié
(immobilité apparente ou
mouvement apparent ralenti)
Dans le cas d’un milieu
marche d’un rayon
lumineux
unidimensionnel, on
soulignera la double
périodicité d’une onde
progressive
On pourra réaliser quelques
propagations :
- le long d’une corde
- à la surface de l’eau
- le long d’un ressort
- d’une onde sonore
On définira l’onde
transversale et l’onde
longitudinale à partir de ces
expériences
On ne fera pas une étude
analytique, mais on se
limitera seulement à
expliquer que :
- des points vibrant
en phase séparés
par une distance
……
- des points vibrant
en opposition de
phase séparés par
une distance ……
Durée : 12 heures
On montrera la réflexion
d’un ébranlement sur
l’extrémité d’une corde ou
d’un ressort, ainsi que, grâce
à la cuve à onde, la réflexion
d’ondes planes ou circulaires
sur un obstacle fixe
On signalera qu’il y a
diffraction d’une onde
incidente lorsqu’elle traverse
une ouverture dont la largeur
est du même ordre de
grandeur ou inférieure.
Le phénomène de diffraction
explique que les ondes
(mécaniques, acoustiques,
lumineuses, radioélectrique)
peuvent contourner les
obstacles
Les résultats énoncés ici
seront utilisés lors de l’étude
de la réflexion et de la
réfraction de la lumière ; Il
conviendra de signaler que
l’écho sonore est une forme
du phénomène de réflexion
L’étude expérimentale de la
propagation d’un faisceau
lumineux et la présentation
de deux ou trois expériences
de diffraction de fentes,
voilages, permettront, par
analogie avec les
Décrire des expériences
d’interférence
Enoncer le principe de
superposition
Interférences
Mise en évidence
expérimentale
Interpréter des
phénomènes
d’interférences
mécaniques ou
acoustiques
Positionner des points
situés sur une frange
d’amplitude
maximale :……..
Cas des ondes
lumineuses
Montrer le caractère
ondulatoire de la lumière
Etablir l’expression de
phénomènes observés sur la
cuve à ondes, la lumière par
des trous, de conclure
intuitivement au caractère
ondulatoire du phénomène
lumineux
On mettra en évidence la
diffraction de la lumière
On indiquera que dans ces
conditions, le rayon
lumineux n’est qu’une
approximation strictement
parlant et qu’il n’est pas
possible d’isoler un rayon
lumineux
On introduira la notion de
lumière monochromatique
en réalisant une expérience
de décomposition de lumière
blanche
Il est souhaitable de vérifier
expérimentalement les lois
de la réflexion et de la
réfraction
On indiquera mais sans
insister la formation d’une
image à l’aide d’un miroir
plan
Durée : 8 heures
Avant d’aborder l’étude du
phénomène d’interférences,
on fera observer la
superposition en un point de
deux ébranlements allant à la
rencontre l’un de l’autre et
continuant leur propagation
de part et d’autre du point de
croisement
Ceci conduit au « principe de
superposition »qui traduit
une propriété de linéarité
Ce principe étant admis, on
réalisera alors une
expérience d’interférence
entre deux ondes entretenues
à la surface de l’eau et on
interprétera le phénomène
observé à partir du principe
de superposition
On n’entreprendra aucune
étude analytique. On se
limitera à expliquer
qualitativement pourquoi un
décalage spatial égal à
n…..conduit à des
interférences constructives
alors qu’un décalage
supplémentaire de .. /2
conduit à des interférences
destructives
l’interfrange i :
………………………
Décrire l’analogie
formelle frappante entre
les interférences
mécaniques, acoustiques
et lumineuses
Expliquer
microscopiquement la
compressibilité isotherme
d’un gaz
Température et chaleur
Compressibilité
isotherme d’un gaz
Description d’un gaz à
l’échelle microscopique
(d’où ses propriétés
expansible/compressible)
Mise en évidence et
origine de la pression
d’un gaz ; interprétation
microscopique
Description de l’état
gazeux par des grandeurs
physiques
macroscopiques
Enoncer et appliquer la
loi de Boyle- Mariotte :
PV=cte
Notion de pression
Instrument de mesure de
la pression ; unité de
pression
Loi de Boyle- Mariotte
Donner l’unité de
température absolue
Comparer l’échelle
absolue et l’échelle
Celsius
Décrire une expérience,
montrant la dilatation
d’un gaz
Dilatation des gaz
Savoir qu’un gaz est
constitué de molécules
dispersées et
désordonnées en
agitation permanente
Interpréter la force
pressante sur une paroi
par un modèle
microscopique de la
matière
Savoir que l’état d’un
gaz peut être décrit par
des grandeurs
macroscopiques comme
la température, la
pression, le volume, la
quantité de matière
Connaître l’unité légale
de pression
Utiliser la relation
p=F/S
Equation d’état des gaz
parfaits
Enoncer les principes de
On définira
microscopiquement, que la
pression d’un gaz est le
résultat du bombardement
moléculaire sur une surface
Définir la température
absolue
Utiliser la relation …=
T(K)-273.15
Enoncer et appliquer
l’équation d’état d’état
des gaz parfaits
(PV= nRT)
Dans le cas de la lumière, on
présentera une expérience
classique en lumière
monochromatique (Fentes
d’Young ou miroirs de
Fresnel).
On mettra l’accent sur la
nécessité d’un interprétation
ondulatoire du phénomène
lumineux, déjà évoquée avec
la diffraction, por
comprendre que la lumière
ajoutée à de la lumière
puisse donner l’obscurité.
On indiquera que la mesure
de l’interfrange permet
d’évaluer la longueur d’onde
On fera remarquer que dans
certains cas, on a l’analogie
formelle surprenante :
Mvt + mvt= immobilité
Son + Son = silence
Lumière + lumière =
obscurité
Volumes molaires d’un
gaz (dans les CNTP
Vm= 22.4L/mol
Dans les conditions
usuelles ...= 20°C et p=
1.013.10 Pa, Vm=
24L/mol)
Exemple de mesures
calorimétriques
Chaleurs massiques et
chaleurs de changement
Savoir que, à une
pression et à une
température donnée, un
nombre donné de
molécules occupe un
volume indépendant de
la nature du gaz
Savoir que, l’équation
d’état
PV= nRT définit le
modèle de
comportement du gaz
« parfait »
Savoir que dans les
conditions habituelles
de température et de
On pourra suggérer
qualitativement d’abord, la
loi de Boyle- Mariotte, en
utilisant une seringue ou une
pompe à vélo
Ainsi, on conclura qu’à
température constante, le
volume et la pression d’un
gaz varie en sens inverse
On signalera que le gaz
parfait, n’est qu’un état idéal
théorique ;il est défini
comme un gaz réel à l’état
limite de pression
évanescente
On définira les conditions
normales de température et
la calorimétrie
Définir les termes
suivants :
Chaleurs massiques et
chaleurs de changement
d’état pour un corps pur ;
Chaleurs de réaction
d’état pour un corps pur ;
Chaleurs de réaction
pression, l’air de la
salle de classe peut être
assimilé à un gaz parfait
de pression (CNTP)
L’atmosphère qui nous
entoure peut être assimilé à
un gaz parfait
Utiliser la loi des gaz
parfaits
Distinguer les effets
thermiques d’un
transfert de chaleur :
Transfert de chaleur
sans changement
d’état ;
Transfert de chaleur
avec
changement d’état
Exprimer la variation
d’énergie d’un système
pour chacun des cas
Tous les gaz ont, sous faible
pression (inférieure à
quelques bars), un
comportement identique à
celui d’un gaz idéal, appelé
gaz « parfait »
La production de chaleur
peut aussi avoir une autre
origine, que la dissipation
d’énergie macroscopique qui
résulte du travail des forces
de frottement. On pourra en
citer d’autres : effet Joule,
les réactions chimiques
notamment les combustions
Chimie organique
OBJECTIF
CONTENU
Découvrir la chimie
organique
La chimie organique
Origine des molécules
organiques sur Terre :
Du dioxyde de carbone
au glucose
Du glucose aux
molécules d’origine
naturelle
Des molécules naturelles
à celles d’origine
synthétique
SAVOIR – SAVOIR
FAIRE
Cerner le champ de la
chimie organique ; la
multitude et de la
diversité des molécules
en chimie organique
(nombre de molécules,
nombre d’espèces
organiques synthétisées
chaque année…)
Importance économique
de la chimie organique
Mettre en évidence
l’élément commun aux
produits organiques
naturels
Appliquer les valences
des éléments : C,H,O,N
Importance de
l’élément carbone
Le squelette carboné :
Les alcanes
Tétravalence du carbone
Le rôle de l’élément
carbone
Savoir que le carbone est
l’élément de base de la
chimie organique
A l’aide des règles de
OBSERVATION
Durée : 1 heure
On signalera quelques
exemples de produits
organiques naturels tels
que : les glucides (glucose,
saccharose), les lipides, les
protides, le charbon de la
(Sakoa), le grès bitumineux
de Bemolanga…..
De la fabrication des
produits de la vie
quotidienne : savons,
nettoyants ménagers,
aliments, textiles, papier,
médicaments,
encres…..jusqu’à celle des
matériaux et des carburants,
la chimie organique
intervient dans tous les
domaines de la vie
quotidienne et de l’industrie
On pourra faire faire des
recherches documentaires à
propos des grandes dates
dans l’histoire de la chimie
organique
On montrera des
expériences de pyrolyse et
et chaîne carbonée des
alcanes ; la liaison C-C
Notion de libre rotation
Identifier une isomérie
de chaîne carbonée
Donner les noms des
alcanes
Définir les alcanes et
appliquer leur formule
générale CnH2n+2
Isomérie de chaîne
carbonée
Nomenclature des
alcanes
Quelques propriétés des
alcanes
Ecrire les réactions de
combustion des alcanes
« l’octet », décrire les
liaisons que peut établir
un atome de carbone
avec ses atomes voisins
(tétravalence)
de combustion d’un
composé pour mettre en
évidence le carbone
Reconnaître un
hydrocarbure saturé
Distinguer des
hydrocarbures linéaires,
ramifiés, cycliques
Donner les formules
brutes et semi
développée d’une
molécule simple
Souligner l’importance du
squelette carboné, du
groupement fonctionnel et
leur rôle respectif sur les
propriétés physiques et
chimiques
Prévoir les isomères de
constitution d’une
molécule à partir de sa
formule brute
Reconnaître, à partir des
formules semi
développées des
isomères
Combustion des alcanes
Définir une réaction de
substitution
Définir les hydrocarbures
insaturés
Représenter les
molécules d’éthylène
(C2H4) et d’acétylène
(C2H2)
Définir les alcènes et
appliquer leur formule
générale (CnH2n)
Définir les alcynes et
appliquer leur formule
générale (CnH2n-2)
Donner le nom des
alcènes et alcynes
Identifier les isomères Z
et E
Définir une réaction
d’addition
Ecrire les réactions
d’addition sur l’éthylène
et sur un autre alcène,
Halogénation par
substitution
Donner les noms des
alcanes à chaîne droite et
à chaîne ramifiée
Influence de la chaîne
carbonée sur les
propriétés physiques
(température
d’ébullition, densité,
solubilité….)
Les dérivés insaturés
Isomérie de position
Isomérie Z et E
Quelques propriétés des
dérivés insaturés
Reconnaître une chaîne
carbonée insaturée
(présence d’une liaison
double ; présence de
liaison triple sur une
chaîne carbonée)
Illustrer la réactivité des
dérivés insaturés
On prendra l’exemple
simple du butane pour
introduire la notion
d’isomérie de chaîne
On indiquera que la
présence de la terminaison –
ane dans le nom d’un
composé caractérise un
alcane
On n’oubliera pas de citer,
l’intérêt pratique et
économique considérable de
la combustion des alcanes,
en effet les alcanes sont
utilisés comme
combustibles de chauffage
et comme carburants
Des réactions de
substitution peuvent être
réalisées avec le brome et le
chlore, produits qui
nécessitent d’être manipulés
avec précaution
Durée : 3.5 heures
L’isomérie de position de la
double liaison sera
expliquée à partir des cas
simples, notamment le but1-ène et le but-2-ène
On n’appliquera l’isomérie
de position qu’au composé
HAC=CAH
On ne traitera pas encore les
notions de liaison …pi et
…sigma…
utiliser éventuellement la
règle de Markovnikov
Ecrire les réactions
d’addition sur l’acétylène
Justifier la grande
réactivité des dérivés
insaturés
Polyaddition des alcènes
Ecrire les réactions de
polymérisation avec des
monomères suivants :
éthylène, propène,
tétrafluoroéthylène)
Les composés
aromatiques
Caractéristiques du
noyau benzénique
Réaction d’addition sur
le benzène de dichlore et
de dihydrogène
A partir d’un monomère,
écrire le motif du
polymère obtenu par
polyaddition
Réaction de substitution :
halogénation et nitration
du benzène
On ne fera pas une étude
détaillée ; il suffit de traiter
des exemples de polymères
On montrera la relation
entre la structure du haut
polymère à celle du
monomère par répétition
d’un motif élémentaire sans
chercher la justification
Ces polymères ont des
propriétés mécaniques,
thermiques et électriques
intéressantes, ce qui
explique leur importance
économique très grande
Pétrole et gaz naturels
Matières premières des
produits de base de la
chimie organique
Durée : 3 heures
Composés organiques
oxygénés
Définir les buts des
opérations de base de
l’industrie du pétrole
Présentation des
composés oxygénés les
plus simples
Distillation fractionnée
du pétrole
Le craquage et le
reformage modifient
profondément les
squelettes carbonés
Définir les alcools et
donner leur formule
générale (R-OH)
Reconnaître les
principales familles de
composés organiques
Identifier les isomères de
chaîne et de position du
groupe fonctionnel pour
les alcools
Identifier certains
groupes fonctionnels (ou
groupes caractéristiques)
à partir des tests
chimiques
Donner les noms des
Obtention de l’éthanol et
de l’éthanal à partir de
Durée : 0.5 heure
On parlera succinctement
du fractionnement du
pétrole brut (séparation des
constituants)
On donnera quelques
indications sur la
production mondiale et
nationale
On prendra l’exemple des
cas simples, tels que le
alcools
l’éthylène
Mêmes objectifs pour :
les aldéhydes,cétones,
acide carboxyliques,
ester
Ecrire les réactions de
préparation de l’éthanol
et de l’éthanal à partir de
l’éthylène
Donner les noms des
produits d’oxydation
selon les conditions
opératoires
Ecrire la réaction
d’estérification
Identifier les trois classes
d’alcool
méthanol, l’éthanol, puis
établir la formule générales
des alcools (R-OH)
On expliquera les deux
types d’isomérie (chaîne et
position du groupe
fonctionnel), qu’on illustre
par quelques exemples
On soulignera que la
terminaison « ol » est
caractéristique d’un alcool
Oxydation des alcools :
Oxydation de l’éthanol
en éthanal et en acide
éthanoique
Le même plan sera adopté
pour les autres fonctions
Formation d’un ester à
partir d’un acide et d’un
alcool
Hydrolyse d’un ester
Notion d’équilibre
chimique
Ecrire la réaction
d’hydrolyse d’un ester
Définir une réaction
limitée, une réaction
lente et une réaction
réversible
On ne manquera pas de
souligner l’importance
industrielle de ces réactions
Nommer les esters
Savoir que les réactions
d’estérification et
d’hydrolyse sont inverses
l’une de l’autre et que les
transformations
associées à ces réactions
sont lentes
Savoir que, lorsque l’état
d’équilibre d’un système
est atteint, les quantités
de matière n’évoluent
plus, et que cet état
d’équilibre est
dynamique
Définir la notion
d’équilibre chimique
Ce paragraphe montrera que
le ou les produits
d’oxydation dépendent des
conditions opératoires
On montrera la préparation
des esters
En traçant les courbes
d’estérification et
d’hydrolyse sur le même
graphique, on mettra en
évidence que l’estérification
et l’hydrolyse ont la même
limite
Chimie minérale
OBJECTIF
CONTENU
SAVOIR – SAVOIR
FAIRE
OBSERVATION
Identifier les produits des
réactions :
- Le gaz dégagé
(dihydrogène)
- Les ions en
solution
(Fe2+,Zn2+,
Al3+)
Ecrire les réactions
chimiques entre les
solutions acides et les
métaux
Définir les termes
suivants : oxydation,
réduction, oxydant,
réducteur
Interpréter les réactions
précédentes du point de
vue de l’oxydoréduction
Expliquer le
comportement des
solutions acides avec
l’argent, le cuivre er l’or
Classer qualitativement
les cations métalliques
(Zn2+, Cu2+, Ag+) selon
leur pouvoir oxydant et
les métaux
correspondants (Zn, Cu,
Ag) selon leur pouvoir
réducteur
Réaction
d’oxydoréduction en
solution aqueuse
Action des solutions
acides sur les métaux (Zn,
Fe, Al, Cu)
Réaction
d’oxydoréduction entre
un métal M et un ion
métallique Mn+
Notion de couple
oxydant/réducteur
Définir la notion de
couple
Prévoir la possibilité ou
non d’une réaction
Décrire les produits de la
réaction (utilisation de la
règle du gamma)
Décrire une pile Daniell,
fonctionnement, équation
bilan)
Classifier
quantitativement des
Notion de potentiel
d’oxydoréduction,
potentiel standard
On fera seulement les
expériences avec une
solution d’acide
chlorhydrique et on
signalera que les résultats
seront transposables avec
une solution diluée et
froide d’acide sulfurique
Les réactions précédentes
seront interprétées,
comme une réaction
d’oxydoréduction, entre
les ions H3O+ et un métal
5Zn, Fe, Al) au cours de
laquelle simultanément :
le métal est oxydé (en ion
Zn2+, Fe2+, Al3+) ,l’ion
H3O+ est réduit avec
dégagement de
dihydrogène
On réalisera d’abord les
expériences suivantes :
a. Réaction entre le
zinc et les ions
Cu2+
b. Réaction entre le
cuivre et les ions
Ag+, puis on
établira avec les
élèves l’échelle
de classification
La notion de couple
oxydant/réducteur sera
introduite à partir des
couples déjà vus tels que :
Fe2+/Fe ; Cu2+/Cu ;
H3O+/H2 ; Ag+/Ag ;puis
on continuera de
compléter l’échelle de
classification suivant des
données des expériences
On famoliarisera les
élèves à la règles du
gamma
Le potentiel
d’oxydoréduction sera
introduit à partir de la
mesure de la f.e.m des
piles formées par
association de deux
couples :
Mn+/M et M’n+/M’
couples
oxydant/réducteur
Mn+/M et H3O+/H2
Décrire l’électrode
normale à hydrogène
(E .N.H)
Définir le potentiel
normal d’oxydoréduction
Utiliser le tableau des
potentiels normaux pour :
a. Calculer la f.e.m
d’une pile
b. Prévoir la
possibilité d’une
réaction
d’oxydoréductio
n et donner le
caractère de
cette réaction
(totale ou
partielle)
Généralisation de la
notion de couple oxydantréducteur (les espèces
associées sont toutes deux
en solution)
On donnera le principe de
la construction d’une
classification
électrochimique
quantitative
On précisera les
conditions standard : pH=
0, le dihydrogène étant
sous la pression P= 1
bar= 10 ……Pa pour
l’E ;N.H
On définira que le
potentiel
d’oxydoréduction du
couple Mn+/Mn, est le
potentiel de l’électrode M
mesuré par rapport à
l’E.N.H dans la pile
obtenue en associant la
demi-pile Mn+/Mn et
l’E.N.H. On le note :
EMn+/M
Interpréter et écrire les
équations bilans des
réaction
d’oxydoréduction
Dosage par réaction
d’oxydoréduction
Utiliser la règle du
gamma, pour placer des
couples dans la
classification
électrochimique
On étudiera d’abord des
couples mettant en jeu
des espèces oxydantes et
réductrices constituées
d’un seul élément
(Fe3+/Fe2+, Cu2+/Cu,
Cl2/Cl-, I2/I-, puis des
couples où au moins,
l’une des deux espèces est
un ion polyatomique
MnO4-/Mn2+, Cr2O7-/Cr3+,
NO3-/NO, S4O6--/S2O3
On donnera la méthode
pour équilibrer les demiéquations
Définir le principe du
dosage
Réaliser
Après avoir signalé la
nécessité d’une électrode
conductrice et
inattaquable, notamment
le fil de platine ou le
graphite, on énoncera la
règle qui définit le
potentiel normal d’un
expérimentalement un
dosage
Repérer et définir le point
d’équivalence au cours
d’un dosage
Ecrire l’équation rédox
correspondant au dosage
Généralisation de
l’oxydoréduction
Exemples de réaction par
voie sèche
Nombre d’oxydation d’un
élément
Calculer une
concentration d’après le
résultat d’un dosage, en
utilisant l’équation :
noCoVo= nrCrVr
Ecrire les équationsbilans d’oxydoréduction
par voie sèche
couple oxydant /réducteur
On fera remarquer la
couleur des solutions
contenant les ions
suivants : MnO4- (violet),
Mn2+ (incolore), I2
(brune), I- (incolore) …
On fera réaliser en
travaux pratiques les
dosages des ions Fe2+ par
manganimétrie et de
l’iode par l’ion
thiosulfate. Cela
permettra l’acquisition de
savoir faire à la fois
expérimentaux et
théoriques.
La notion de normalité
oxydoréductrice, comme
celle de normalité
acidobasique, ne doit plus
être utilisée.
L’équivalence sera
déterminée par un
changement de couleur
Application de
l’oxydoréduction
Electrolyse en solution
aqueuse
Donner le nombre
d’oxydation (n.o)d’un
élément :
- à l’état atomique
- dans un ion
monoatomique
- dans une
molécule
- dans un ion
polyatomique
Utiliser le n.o pour :
- identifier une
réaction
d’oxydoréductio
n
- équilibrer une
réaction
d’oxydoréductio
n par voie sèche
Interpréter des
expériences d’électrolyse
Ecrire les bilans des
oxydations anodiques et
des réductions
cathodiques
Durée : 2 heures
Ce sera l’occasion de
justifier l’utilisation de
ces nombres dans la
nomenclature des ions et
on les utilisera pour
repérer l’oxydation ou la
réduction d’un élément
On soulignera qu’au
cours d’une réaction
d’oxydoréduction, la
somme de tous les
nombres d’oxydation
gagnés est égale à la
somme de tous les
nombres d’oxydation
perdus
Durée : 7.5 heures
Piles électrochimiques
On présentera
l’électrolyse de l’eau, du
chlorure d’étain (II), du
chlorure de sodium
On écrira les bilans des
oxydations anodiques et
des réductions
cathodiques
Toute autre étude
théorique est
rigoureusement hors
programme
Donner la caractéristique
I= f(U) d’un électrolyseur
Décrire l’importance
industrielle de
l’électrolyse
Corrosion des métaux :
cas particulier du fer
Protection
Expliquer le principe de
fonctionnement d’une
pile
Réaliser une pile
Les engrais
On ne manquera pas de
signaler l’importance de
l’électrolyse pour la
préparation des produits
industriels, la
purification, les dépôts
métalliques.
On insistera sur le fat que
l’électrolyse constitue un
moyen d’oxydation et de
réduction
particulièrement puissant.
Il faut cependant
remarquer qu’en solution
aqueuse, les réactions
observées peuvent être
l’oxydation et/ou la
réduction de l’eau ; ainsi
l’électrolyse de la
solution aqueuse de soude
ne permet pas l’obtention
du sodium, plus réducteur
que l’hydrogène
Expliquer l’origine de la
corrosion des métaux
Décrire des mécanismes
de protection
Décrire le rôle et l’origine
On ne montrera que la
constitution d’une pile
électrochimique
classique, d’une pile
combustible
Tout développement
excessif est hors
programme, on fera
comprendre seulement
que les réactions
chimiques font intervenir
des couples oxydantréducteur différents et
qu’il y a relation entre la
f.e.m d’une pile et les
des principaux éléments
(C, H, O, P, S, K, Ca,
Mg)
potentiels
d’oxydoréduction de ces
couples
Décrire les différents
types d’engrais et les
éléments qu’ils
contiennent
On fera comprendre que
le phénomène de
corrosion est dû à la
formation de micropiles
On fera remarquer que la
corrosion se produit
préférentiellement aux
endroits où la surface du
métal présente des
irrégularités, des rayures,
là où le métal subit des
contraintes
On citera quelques modes
de protection : (protection
de surface et protection
cathodique)
Durée : 2 heures
On traitera seulement
quelques notions sur la
composition des sols et
les besoins des plantes
On présentera très
rapidement les différents
types d’engrais
L’étude chimique des
engrais ne manquera pas
de prendre en compte les
aspects biologique et
économique