Statut: vigent · Texte en vigueur au 22/10/2026 · Données jusqu’au BOPA du 22/10/2026 · Publiée au BOPA núm. 29, any 2019 (27/03/2019) · Page complète (historique des versions)
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Le présent décret fixe le programme de la matière de chimie du baccalauréat général de l'École andorrane, établie à l'article 10 du Décret du 20-03-2019 d'organisation du niveau du baccalauréat général du Système éducatif andorran.
Le programme de la matière de chimie est mis en œuvre dans les conditions établies par le plan d'études et s'applique dans les termes déterminés par la réglementation régissant l'organisation du baccalauréat de l'École andorrane.
Le programme de la matière de chimie du baccalauréat de l'École andorrane figure en annexe.
Décret du 4-3-2015 du programme de la matière de physique et chimie I et II du baccalauréat de l'École andorrane est abrogé.
présent Décret entre en vigueur le lendemain de sa publication au Bulletin officiel de la Principauté d’Andorre .
Annexe.
INTRODUCTION Au baccalauréat, l'enseignement de la chimie doit continuer d'être conçu de manière contextualisée, en partant de problèmes ou d'événements ayant une pertinence sociale.
Cette approche éveillera l'intérêt de l'élève et fournira un contexte adéquat pour formuler des questions et entreprendre des processus d'investigation et de modélisation, qui constituent les objectifs fondamentaux de la compétence scientifique.
Ces processus d'investigation et de modélisation pourront désormais être menés avec un niveau d'approfondissement plus élevé que dans l'enseignement secondaire, sur la base des connaissances et des capacités acquises lors de l'étape précédente.
En particulier, le traitement quantitatif de nombreux processus pourra être beaucoup plus important ; il pourra être abordé au moyen de calculs de quantités de substances, de concentrations, de pH, etc. De même, la précision du langage chimique utilisé, tant dans la dénomination des grandeurs physico-chimiques que dans celle des substances et des espèces chimiques qui interviennent dans les réactions chimiques.
La chimie est une science présente dans de nombreux domaines de la société, raison pour laquelle il faudra tenir compte des interactions constantes qui se produisent entre la chimie, la technologie, la société et l'environnement.
Il convient de promouvoir les attitudes et les valeurs qui permettent aux élèves d'agir en tant que citoyens soucieux d'obtenir l'amélioration de la qualité de vie et un développement économique durable et respectueux de l'environnement.
Il est important que l'élève comprenne la nature de la chimie en tant que science, c'est-à-dire les procédures et les manières de raisonner et d'argumenter que les chimistes utilisent pour mettre à l'épreuve les hypothèses et évaluer les preuves et, de cette manière, obtenir les modèles et les théories qui permettent d'expliquer les phénomènes chimiques, d'analyser la composition et la structure des matériaux et de guider l'obtention de nouvelles substances.
Pour comprendre le caractère dynamique des théories et des modèles chimiques, il faudra prêter attention à l'évolution au cours de l'histoire de certains concepts ou modèles chimiques fondamentaux, comme par exemple l'évolution de la théorie atomico-moléculaire, des modèles atomiques, du tableau périodique, des modèles acide-base, du concept d'oxydation, etc. Enfin, il faudra toujours garder à l'esprit l'opportunité de bâtir le plus grand nombre possible de ponts (de montrer la relation qui existe) entre la chimie et d'autres sciences, comme la physique, la biologie et les sciences de la Terre, entre la chimie et l'art, entre la chimie et la technologie et, en général, entre la chimie et la société.
COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES La compétence scientifique se réfère au développement des capacités indispensables permettant aux élèves d'utiliser la connaissance scientifique pour décrire, expliquer et prédire des phénomènes naturels et technologiques, étudier des problèmes, formuler et vérifier des hypothèses, comprendre les traits caractéristiques de la science, ainsi que se documenter, argumenter et prendre des décisions personnelles et sociales sur le monde naturel et les changements que l'activité humaine y génère.
Afin d'atteindre la compétence scientifique en chimie, trois compétences spécifiques ont été retenues : C1 Élaborer des modèles chimiques interprétatifs des phénomènes et des processus chimiques pertinents.
C2 Étudier des phénomènes chimiques en résolvant des problèmes chimiques pertinents à partir de données expérimentales ou bibliographiques.
C3 Argumenter les causes et les solutions possibles de problèmes pertinents sur le plan environnemental, sanitaire et socio-économique en se fondant sur des preuves et des modèles.
Ces trois compétences permettent d'acquérir la compétence scientifique en chimie car elles impliquent de développer les capacités indispensables en matière de modélisation, d'investigation et d'argumentation.
C1 ÉLABORER DES MODÈLES CHIMIQUES INTERPRÉTATIFS DES PHÉNOMÈNES ET DES PROCESSUS CHIMIQUES LES PLUS PERTINENTS L'élève apprend à construire ou à réélaborer progressivement des modèles chimiques scolaires pour décrire, expliquer et prédire des phénomènes chimiques pertinents dans la vie quotidienne et dans le milieu physique et naturel qui nous entoure, et pour comprendre la structure, les propriétés et la synthèse de nouvelles substances et de nouveaux matériaux.
Élaborer des modèles (modéliser) consiste à représenter les phénomènes chimiques au moyen de divers types de représentations (mentales, visuelles, graphiques, mathématiques, etc.) afin de les expliquer au moyen de ces modèles.
Les modèles permettent de penser et de raisonner autour d'idées, de données, d'arguments et de nouvelles questions.
L'élaboration de modèles favorise le développement progressif par les élèves de diverses habiletés, telles que formuler des hypothèses, rechercher des preuves ou des preuves expérimentales et argumenter pour justifier les hypothèses ou les postulats du modèle à partir des données trouvées.
Une fois le modèle élaboré, il convient de l'appliquer à de nouvelles situations et de l'utiliser pour faire des prédictions.
Tant l'explication que la prédiction à partir de modèles impliquent la capacité d'argumenter, c'est-à-dire d'expliquer ou de prédire les faits au moyen d'un raisonnement ou d'une argumentation fondée sur les éléments du modèle.
La capacité prédictive que doivent avoir les modèles doit nous permettre d'expliquer ce qui se produira lorsque les conditions ou le contexte des systèmes chimiques étudiés sont modifiés.
En chimie, la capacité prédictive repose sur l'utilisation de modèles, mais également d'une série de règles heuristiques, qui sont utiles pour faire des prédictions rapides, même si elles n'ont parfois pas le même fondement théorique que les modèles.
C1 Élaborer des modèles chimiques interprétatifs des phénomènes et des processus chimiques les plus pertinents Formuler les hypothèses constitutives du modèle Exprimer le modèle verbalement, graphiquement et symboliquement Réfléchir sur le processus d'élaboration des modèles ainsi que sur leur nature et leur fonction Vérifier expérimentalement le modèle en se fondant sur les preuves expérimentales obtenues Appliquer le modèle Orientations didactiques de la compétence Le curriculum de chimie du baccalauréat est structuré en une série de blocs présentés au moyen d'une ou de plusieurs questions clés et d'une suite de questions plus concrètes qui permettent de disposer d'une vue d'ensemble des aspects de la structure de la matière et de ses réactions chimiques que nous voulons étudier et modéliser.
Ces questions constituent un bon point de départ pour engager les processus de modélisation.
Une grande partie des modèles utilisés pour représenter et expliquer les phénomènes chimiques étudiés en chimie du baccalauréat ont déjà été élaborés, bien qu'à un niveau plus qualitatif ou simplifié, au cours des années de l'enseignement secondaire.
L'approche didactique des processus de modélisation doit être abordée en tenant compte du fait que, dans de nombreux cas, il s'agit en réalité d'un processus de réélaboration plutôt que d'un processus d'élaboration nouvelle.
Comme dans l'enseignement secondaire, il convient de partir des idées préalables des élèves, mais il faut désormais tenir compte du fait que la connaissance que les élèves ont des phénomènes chimiques et de leurs modèles est déjà en grande partie configurée par des apprentissages scolaires antérieurs.
Toutefois, en d'autres occasions, les modèles à construire supposent une rupture avec les modèles antérieurs, comme par exemple lorsque sont abordés le modèle quantique de l'atome et le principe d'incertitude dans la détermination de la position des particules subatomiques, comme l'électron.
La plus grande complexité des modèles qu'il est nécessaire de construire en chimie du baccalauréat exigera une intervention plus importante du corps enseignant dans la formulation des questions clés et dans le dialogue interactif avec les élèves, tant dans la recherche de preuves expérimentales que dans l'argumentation, c'est-à-dire dans la justification du modèle proposé à partir des preuves disponibles.
Il est important de garder à l'esprit l'importance de ce dialogue interactif et de la réalisation constante d'activités d'interprétation et d'investigation dans la reformulation et l'élargissement des modèles, en évitant les explications du corps enseignant qui ne répondent pas à une question préalable posée pour être résolue conjointement avec les élèves.
Les élèves doivent être conscients de la variété des modèles que la chimie utilise pour représenter la réalité atomico-moléculaire de la matière et ses transformations, de manière à se faire une idée du caractère approximatif et instrumental des modèles, qui permettent de représenter des aspects significatifs de la réalité, mais qui ne doivent pas être confondus avec une représentation exacte de cette réalité.
La modélisation mathématique des lois ou des relations entre variables doit jouer un rôle beaucoup plus important en chimie du baccalauréat qu'en chimie de l'enseignement secondaire.
C2 ÉTUDIER DES PHÉNOMÈNES CHIMIQUES PERTINENTS À PARTIR DE LA RÉSOLUTION DE PROBLÈMES CHIMIQUES, DE DONNÉES EXPÉRIMENTALES OU BIBLIOGRAPHIQUES L'élève apprend à formuler des hypothèses validables et à planifier et exécuter l'investigation nécessaire pour les valider.
Tout processus d'investigation commence par la formulation d'une question que nous nous proposons de résoudre.
Pour trouver la solution à cette question, il faut que l'élève planifie une méthode de résolution, identifie les variables pertinentes dans le phénomène étudié et, généralement, qu'il élabore des hypothèses sur la relation entre elles en tant que réponse possible à la question posée.
Valider les hypothèses est l'étape fondamentale de toute investigation scientifique scolaire.
La validation d'hypothèses implique une suite d'actions qu'il convient de mener en classe afin de développer la compétence d'investigation.
La validation des hypothèses implique de planifier l'obtention des données, que ce soit au moyen de la planification et de la réalisation d'expériences ou au moyen de recherches bibliographiques.
Dans les exemples d'investigation proposés, on peut voir que de nombreuses investigations n'impliquent pas la manipulation de variables mais la détermination d'une propriété déterminée d'une substance ou d'une réaction (la masse atomique ou moléculaire relative, la conductivité électrique, l'enthalpie de réaction, la vitesse de réaction, etc. ).
Dans ce cas, le caractère investigatif tient au fait que la méthode ou la procédure à suivre n'est pas fournie, mais que l'on attend des élèves qu'ils l'obtiennent, d'abord au moyen d'une discussion en petits groupes, puis au moyen d'un dialogue interactif avec le corps enseignant.
C2 Étudier des phénomènes chimiques pertinents à partir de la résolution de problèmes chimiques, de données expérimentales ou bibliographiques Identifier des questions chimiques susceptibles d'être étudiées Communiquer le processus d'investigation ou de résolution du problème et les conclusions Réfléchir sur les procédures au moyen desquelles l'investigation ou la résolution du problème a été menée Mener des investigations expérimentales, des résolutions de problèmes et des recherches bibliographiques Tirer des conclusions des résultats Orientations didactiques de la compétence Dans les investigations visant à déterminer des propriétés physico-chimiques, il s'agit de rechercher la méthode qui conduira à une détermination correcte de la propriété.
Cela implique de réfléchir, en premier lieu, au fondement de la méthode pouvant être utilisée et, en second lieu, à la procédure concrète qui sera employée, c'est-à-dire aux étapes ou actions concrètes à effectuer pour parvenir au résultat souhaité.
Dans cette seconde étape, il convient de préciser les instruments qui seront utilisés, les dispositifs ou montages qu'il faudra réaliser, les substances ou les concentrations des solutions qui seront utilisées, etc. Dans les investigations portant sur l'effet d'une variable sur une autre, le processus de planification requiert de décider quelle est la variable dépendante, quelle est la variable indépendante, comment cette variable sera modifiée, comment les deux sont mesurées et quelles sont les autres variables à contrôler.
Une fois les données recueillies, il convient d'argumenter si elles valident ou non l'hypothèse qui avait été proposée, d'en tirer les conclusions pertinentes et de communiquer les résultats de l'investigation.
Il existe des phénomènes dans lesquels les hypothèses ne peuvent pas être validées par l'expérimentation.
Dans ce cas, il faut recourir à l'obtention des données à partir des sources où nous pouvons les trouver (encyclopédies, monographies, revues de vulgarisation scientifique de qualité, Internet, etc.).
Tant la réalisation d'investigations que la résolution de problèmes sont des activités qui permettent de mener, en même temps, une réflexion sur les procédures employées pour les mener à bien.
De la même manière, la résolution de problèmes doit comporter une réflexion sur les simplifications qui y sont introduites, les limites des équations et des représentations symboliques utilisées, la précision avec laquelle les résultats peuvent être exprimés, etc. C3 ARGUMENTER LES CAUSES ET LES SOLUTIONS POSSIBLES DE PROBLÈMES PERTINENTS SUR LE PLAN ENVIRONNEMENTAL, SANITAIRE ET SOCIO-ÉCONOMIQUE EN SE FONDANT SUR DES PREUVES ET DES MODÈLES L'élève apprend à s'exprimer de manière critique sur des questions socioscientifiques en faisant usage d'arguments scientifiques.
Cette compétence a pour finalité de comprendre que la chimie doit servir à résoudre des problèmes réels pertinents pour les personnes, la société et l'environnement.
Les élèves donnent leur opinion et prennent des décisions autour de questions socioscientifiques actuelles en faisant usage des concepts, des procédures et des théories de la chimie qu'ils ont appris, ainsi que des habiletés de recherche d'information, d'argumentation, de débat et de communication.
L'argumentation doit être fondée sur des preuves, c'est-à-dire sur des éléments probants.
Cela implique d'apporter un grand soin à la sélection des sources d'information.
Les élèves doivent évaluer de manière critique les impacts des applications de la chimie sur la société et sur la planète, et doivent prendre conscience tant des grands bénéfices que la recherche chimique a apportés à l'humanité que des impacts environnementaux négatifs que les déchets chimiques de l'industrie chimique, l'extraction de matières premières ou l'utilisation de certains produits ont pu occasionner.
C3 Argumenter les causes et les solutions possibles de problèmes pertinents sur le plan environnemental, sanitaire et socio-économique en se fondant sur des preuves et des modèles Identifier des questions socioscientifiques pertinentes liées à la chimie Proposer des actions durables ou saines en relation avec des problèmes socioscientifiques ayant un fondement chimique Élaborer des argumentations scientifiques fondées sur l'analyse de données ou des preuves disponibles Évaluer de manière critique les apports de la chimie au bien-être de la vie des personnes et à la durabilité de la planète Orientations didactiques de la compétence Pour travailler cette compétence, il est important de poser des situations (réelles ou fictives, actuelles ou historiques) dans lesquelles il faille prendre une décision selon des critères bien fondés, c'est-à-dire qu'il convient d'envisager un enseignement contextualisé.
Pour étayer et argumenter certaines opinions ou proposer certaines actions, il convient de consulter et d'analyser de la bibliographie, des documents des institutions politiques et scientifiques, des articles de presse, des articles de vulgarisation scientifique, des informations télévisées ou des documentaires d'actualité.
Pour pouvoir argumenter sur les questions posées, les élèves doivent se prononcer et doivent justifier leurs propositions, abandonner les idées préconçues et évaluer de manière critique les solutions apportées.
Adopter des décisions responsables implique d'argumenter pour justifier les actions les plus appropriées à chaque situation.
Pour pouvoir argumenter sur des questions socioscientifiques, les élèves doivent se prononcer et doivent justifier leurs propositions au moyen de raisonnements, en abandonnant les idées préconçues et en remettant en question leurs propres actions et celles des autres, avec esprit critique.
Le processus d'argumentation exige de communiquer ses propres positions fondées sur des données, d'écouter les opinions des autres et d'intégrer leurs arguments dans sa propre argumentation, lorsque cela est jugé approprié.
Les activités de débat et d'argumentation constituent une bonne occasion d'exercer les habiletés de communication, l'usage d'un langage scientifique précis et la construction d'arguments cohérents.
RESSOURCES D'APPRENTISSAGE Les huit blocs retenus dans le programme de chimie comprennent les modèles de la chimie et les problématiques les plus pertinentes en relation avec la chimie.
Les ressources sont organisées autour de questions qui ont été essentielles dans le développement des concepts, modèles, théories, procédures et applications de la chimie dans le monde ; et elles sont classées en concepts, procédures et attitudes.
À partir de questions telles que quelle est la structure atomico-moléculaire de la matière, comment les atomes et les molécules interagissent avec le rayonnement électromagnétique, quelle est la relation entre les propriétés et la structure des polymères, pourquoi certaines réactions sont des réactions d'équilibre et d'autres des réactions complètes, comment la vitesse des réactions peut être modifiée, pourquoi les réactions des chlorofluorocarbones avec l'ozone sont si efficaces pour faire disparaître l'ozone, ou quelles applications ont les piles à combustible, il est possible d'engager des processus de modélisation, d'investigation et d'argumentation qui permettent de développer l'acquisition des trois compétences spécifiques de la chimie du baccalauréat.
Il est important de souligner que les huit blocs correspondent à l'ensemble des deux années de chimie du baccalauréat.
Dans la planification des unités d'apprentissage de première et de deuxième année de baccalauréat, il est possible de faire usage des ressources de n'importe lequel d'entre eux.
Toutefois, il existe certaines ressources qu'il est plus recommandé de voir en première année et d'autres en deuxième année, car les ressources les plus élémentaires sont des prérequis pour aborder les plus complexes.
BLOCS TITRE DU BLOC DE RESSOURCES BLOC 1 MODÈLE ATOMICO-MOLÉCULAIRE DE LA MATIÈRE BLOC 2 MODÈLES ATOMIQUES ET DE LA LIAISON CHIMIQUE BLOC 3 RÉACTIONS CHIMIQUES.
RÉACTIONS ACIDE-BASE.
RÉACTIONS REDOX BLOC 4 COMPOSÉS DU CARBONE BLOC 5 ÉNERGIE DE RÉACTION ET SPONTANÉITÉ BLOC 6 ÉQUILIBRE CHIMIQUE et ÉQUILIBRE ACIDE-BASE BLOC 7 VITESSE DE RÉACTION BLOC 8 ÉLECTROCHIMIE BLOC 1 MODÈLE ATOMICO-MOLÉCULAIRE DE LA MATIÈRE Ce premier bloc est centré sur le concept de substance ou d'espèce chimique et sur la modélisation de la structure atomico-moléculaire des substances.
Le processus d'investigation part de questions telles que ce qui caractérise les substances chimiques et quelle est la composition et la structure interne des substances.
Une attention particulière est accordée à la représentation de la composition et de la structure des substances au moyen de diagrammes, de modèles et de formules, ainsi qu'à la définition de deux grandeurs, la quantité de substance et la masse molaire, qui permettent de calculer des quantités de substance.
Les propriétés des gaz, des liquides et des solides, et la modélisation de leur structure, complètent les aspects de la matière abordés dans ce bloc, conjointement avec les concepts de concentration, de solubilité et de propriétés colligatives des solutions.
BLOC 1 MODÈLE ATOMICO-MOLÉCULAIRE DE LA MATIÈRE Que sont les substances chimiques et comment les obtient-on ? Comment pouvons-nous identifier une substance inconnue ? Comment se produisent les changements d'état d'une substance ? Pourquoi ses propriétés varient-elles ? Quelles preuves existe-t-il de la nature atomico-moléculaire de la matière ? Comment pouvons-nous mesurer la quantité de matière dans les solides, les liquides et les gaz ? Comment s'expliquent les propriétés des gaz ? Que se passe-t-il lorsqu'on dissout du sel dans un verre d'eau ? Pourquoi ajoutons-nous du sel sur les routes quand il neige ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Substances chimiques Concept de substance ou d'espèce chimique. Substances naturelles et synthétiques. Extraction, séparation et identification d'espèces chimiques. Substances élémentaires et composés.
2. Théorie atomico-moléculaire de la matière Théorie atomico-moléculaire de la matière. Atomes, molécules et ions. Structures moléculaires et structures géantes. Masse atomique relative, masse moléculaire relative et masse formulaire relative. Signification des formules. Nomenclature de base selon les règles de l'IUPAC. Premières tentatives de classification périodique des éléments. Quantité de substance. La mole. La masse molaire.
3. Modèle cinético-moléculaire des gaz Modèle cinético-moléculaire des gaz. Équation des gaz parfaits. Liquides et solides Liquides : pression de vapeur et température d'ébullition. Tension superficielle. Solides. Température de fusion. Diagramme de phases.
4. Solutions Types de solutions.
Manières d'exprimer la composition d'une solution : pourcentage en masse et en volume, ppm, concentration en masse et concentration en quantité de substance.
Mesure de la concentration par colorimétrie.
Concept de solubilité.
Propriétés colligatives des solutions.
II.
PROCÉDURES C1 Élaboration du concept de substance chimique.
Différenciation entre substances naturelles et synthétiques.
Élaboration des modèles de substance élémentaire et de substance composée conformément à la théorie atomico-moléculaire de la matière.
Élaboration d'argumentations en relation avec les preuves disponibles sur le caractère atomico-moléculaire de la matière.
Différenciation entre faits, hypothèses, expériences, lois, modèles et théories, en prenant comme exemple la théorie atomico-moléculaire de la matière et la théorie cinético-moléculaire des gaz.
Différenciation entre structures multimoléculaires et structures géantes.
Interprétation des formules selon la structure des substances.
Formulation et nomenclature de certaines substances inorganiques importantes : oxydes, hydrures, hydroxydes, acides, sels, etc. Élaboration des modèles structuraux des solides, des liquides et des gaz conformément au modèle cinético-corpusculaire.
Élaboration du modèle d'un gaz parfait et interprétation des lois expérimentales des gaz.
Élaboration du modèle de divers types de solution.
C2 Obtention d'une substance au laboratoire au moyen d'une synthèse.
Recherche de la pureté d'une substance.
Conception de méthodes de séparation de mélanges de substances et réalisation de séparations.
Différenciation expérimentale entre substances élémentaires et composées.
Recherche de la masse atomique relative d'un élément.
Recherche de la masse moléculaire relative d'une substance volatile.
Recherche du volume d'une molécule et estimation de la constante d'Avogadro.
Détermination de grandeurs atomiques et moléculaires au moyen de calculs.
Détermination de formules empiriques et de la composition centésimale d'un composé.
Prédiction de la pression, du volume, de la masse et de la quantité d'un gaz au moyen de l'équation d'état d'un gaz parfait.
Résolution de problèmes portant sur des quantités de substance et des nombres de particules.
Résolution de problèmes de préparation de solutions, en utilisant diverses manières d'exprimer la composition.
Préparation au laboratoire d'une solution liquide d'une concentration déterminée.
C3 Argumentation sur l'égalité des propriétés physiques et chimiques des substances naturelles et des substances synthétiques naturelles.
Identification des composants d'un produit, tel qu'un médicament, en mettant en évidence le composant principal ou composant actif.
Identification des additifs d'un produit alimentaire.
Débat sur les risques que peut comporter pour la santé la consommation de certains additifs alimentaires.
Identification de questions pertinentes liées au traitement des eaux.
Proposition d'actions visant à réduire l'impact environnemental de l'industrie chimique.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Prise de conscience de l'évolution historique de la théorie atomico-moléculaire de la matière.
Appréciation de l'importance du langage chimique dans le développement des théories chimiques.
Appréciation de l'impact de la chimie dans le monde actuel.
Appréciation de l'importance de la synthèse chimique dans de nombreux domaines de la vie quotidienne.
Orientations didactiques du bloc Les termes substance chimique, espèce chimique ou substance pure sont pratiquement équivalents ; en revanche, il convient de différencier les significations de substance naturelle, substance synthétique et substance artificielle.
Il convient également de tenir compte des acceptions du terme produit chimique.
En ce qui concerne le traitement de la théorie atomico-moléculaire de la matière, il est recommandé d'utiliser un processus de modélisation qui parte de la recherche d'une explication des propriétés des états physiques de la matière : gazeux, liquide et solide.
Cela nous conduira à l'établissement du modèle cinético-corpusculaire des substances, qu'il faudra ensuite appliquer aux solutions.
Toutefois, pour approfondir cette théorie, il convient de s'interroger sur le comportement différent des substances élémentaires et des composés chimiques lorsque nous tentons de les décomposer.
Il est très important d'établir dès le début la différenciation entre substances moléculaires et substances formées de structures géantes.
Il s'agit d'une première classification structurale des substances, qui peut continuer d'être développée en comparant les propriétés de substances formées de structures géantes covalentes (de type diamant ou dioxyde de silicium), ioniques (de type chlorure de sodium) et métalliques (n'importe lequel des métaux).
Il est recommandé d'introduire ces trois types de structures géantes avant d'approfondir les types de liaison existant entre les particules qui les constituent.
En ce qui concerne les aspects de chimie appliquée et la chimie et la société, ce bloc nous permet d'aborder des aspects tels que l'extraction de substances naturelles et la synthèse de nouvelles substances.
En ce qui concerne la nature de la chimie, il nous permet de nous poser des questions relatives à l'origine et à l'évolution des théories et modèles chimiques, ainsi qu'à l'importance du langage chimique symbolique et des modèles moléculaires en chimie.
BLOC 2 MODÈLES ATOMIQUES ET DE LA LIAISON CHIMIQUE Le bloc 2 vise à trouver une réponse aux questions suivantes : comment est la structure interne des atomes, comment ils restent unis dans les molécules, comment les atomes, les ions ou les molécules restent unis dans les solides et les liquides, et comment nous pouvons expliquer les propriétés des types de solides en fonction de leur structure et de leur liaison.
Pour répondre à ces questions, il nous faut élaborer et utiliser des modèles atomiques et des modèles de liaison chimique (covalente, ionique, métallique, liaison hydrogène) et de forces intermoléculaires.
Il convient de souligner que l'importance et les usages des nouveaux matériaux, tels que les nanomatériaux, ne peuvent être compris sans les modélisations réalisées dans ce bloc de ressources.
BLOC 2 MODÈLES ATOMIQUES ET DE LA LIAISON CHIMIQUE Comment sont les atomes à l'intérieur ? Quelles applications ont les isotopes radioactifs ? Comment la radioactivité affecte-t-elle les êtres vivants ? Pourquoi les atomes s'unissent-ils pour former des molécules ou des structures géantes ? Comment peut-on prédire la géométrie des molécules ? Comment pouvons-nous expliquer les propriétés des types de solides en fonction de leur structure et de leur liaison ? Peut-on réorganiser la structure des matériaux pour créer de nouveaux matériaux ? Que sont les nanomatériaux et quelles applications ont-ils ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Modèles atomiques Premiers modèles atomiques : de Thomson à Bohr. Énergie d'ionisation et spectres atomiques d'absorption et d'émission. Particules subatomiques : électrons, protons et neutrons. Isotopes. Fondement de la spectrométrie de masse. Isotopes radioactifs. Modèle ondulatoire de l'atome. Distribution des électrons par couches ou niveaux d'énergie dans les atomes polyélectroniques. Sous-niveaux et orbitales. Tableau périodique moderne : groupes et périodes.
2. La liaison dans les molécules Modèle de Lewis de la liaison covalente. Modèle physique d'interaction électrostatique. Prédiction de la valence au moyen de la règle de l'octet. Liaisons simples, doubles et triples. Énergie de liaison et longueur de liaison. Liaison covalente polaire. Molécules polaires. Prédiction de la géométrie moléculaire de molécules simples : modèle de répulsion des paires d'électrons de valence (MRPRV). Énergie de vibration des molécules et rayonnement infrarouge.
3. La liaison dans les solides Structure et propriétés des solides moléculaires.
Forces intermoléculaires.
Liaison hydrogène.
Structure et propriétés des solides covalents réticulaires.
Structures et propriétés des structures géantes ioniques.
Modèle de liaison ionique.
Structure et propriétés des structures géantes métalliques.
Modèle de liaison métallique.
II.
PROCÉDURES C1 Interprétation des expériences qui ont conduit à l'élaboration des premiers modèles atomiques et à la découverte des particules subatomiques.
Analyse des origines historiques du tableau périodique actuel.
Identification de questions pertinentes liées à la modélisation de l'atome et de la liaison chimique.
Preuve expérimentale de l'existence de sous-niveaux d'énergie dans les atomes à partir de la variation des énergies d'ionisation successives.
Interprétation qualitative des spectres atomiques d'absorption et d'émission de l'atome d'hydrogène au moyen de l'utilisation du modèle ondulatoire et corpusculaire de la lumière.
Caractérisation du modèle ondulatoire de l'atome et de la quantification de l'énergie et du concept d'orbitale.
Représentation de la délocalisation des électrons au moyen du modèle du nuage électronique.
Interprétation du tableau périodique des éléments en fonction de leur configuration électronique.
Explication de la périodicité de certaines propriétés des atomes (volume atomique, énergie d'ionisation, électronégativité) en fonction de la structure électronique.
Élaboration des modèles de liaison chimique en se fondant sur les interactions électrostatiques entre électrons, noyaux, atomes, ions et molécules.
Argumentation des faits expérimentaux sur lesquels reposent les modèles atomiques et de la liaison chimique.
Interprétation de l'énergie de liaison dans les molécules et dans les types de solides.
Interprétation de la polarité des molécules diatomiques à partir du concept d'électronégativité.
Modélisation des forces intermoléculaires en tant qu'interaction électrique entre molécules.
Interprétation des propriétés des types de solides en fonction de leur structure et de leur liaison.
Relation entre structure, propriétés et applications de certains matériaux : métaux, céramiques, verres, nanotubes, cristaux liquides.
C2 Détermination du nombre d'électrons, de protons et de neutrons d'un atome à partir de la connaissance du numéro atomique et du nombre de masse.
Mise en évidence des isotopes au moyen de la spectrométrie de masse.
Observation de spectres atomiques d'émission.
Identification de l'information qui nous parvient du rayonnement de l'univers.
Détermination de la configuration électronique d'un atome à partir des « règles de construction » ou de distribution des électrons.
Prédiction des structures de Lewis de molécules simples.
Prédiction de la géométrie moléculaire à partir du modèle de répulsion des paires d'électrons de valence.
Mise en évidence expérimentale des molécules polaires.
Orientations didactiques du bloc Dans la reconstruction didactique des modèles atomiques de Thomson, de Rutherford et de Bohr, il convient de justifier les hypothèses au regard des observations ou des expériences qui ont donné naissance à ces modèles.
Il est également important de faire ressortir le profond changement de modèle qu'implique le passage des modèles fondés sur la physique classique au modèle ondulatoire, fondé sur la physique quantique.
Il faut faire ressortir que ce modèle ne permet pas de représenter avec précision la position de l'électron.
C'est pourquoi il est important de consacrer du temps à la compréhension de la signification des modèles de représentation (modèles du nuage électronique, des couches et des orbitales) et des concepts de niveau, de sous-niveau, d'orbitale et de spin des électrons.
Les configurations électroniques des atomes doivent être mises en relation avec la position des éléments dans le tableau périodique.
Dans la modélisation des types de liaison chimique, il est important de toujours partir d'un modèle interactif électrostatique et de montrer que toute union chimique entraîne une diminution de l'énergie potentielle du système, qu'il se forme une molécule, une structure géante ou une structure Prédiction du caractère polaire de molécules.
Étude expérimentale des propriétés de divers types de solides (moléculaires, covalents, ioniques et métalliques) et prédiction de leur structure.
Identification des groupes fonctionnels des molécules à partir de spectres infrarouges ou ultraviolets.
C3 Identification des informations qui nous parviennent du rayonnement de l'univers.
Identification du fondement physique et chimique de nombreuses techniques actuelles de diagnostic médical.
Évaluation des avantages et des risques que peuvent comporter les techniques actuelles de diagnostic médical.
Analyse de l'importance de la géométrie dans les propriétés chimiques des molécules présentes dans les aliments et les médicaments.
Analyse de certaines des techniques analytiques de la chimie forensique.
Évaluation des techniques analytiques de la chimie forensique dans les enquêtes actuelles.
Argumentation sur les bénéfices et les risques des matériaux radioactifs.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Appréciation de l'importance des modèles atomiques et moléculaires pour interpréter les informations provenant des rayonnements qui nous parviennent de l'univers.
Appréciation des méthodes spectroscopiques en tant que sources d'informations sur la structure interne de la matière.
Appréciation de l'importance de la connaissance de la structure atomico-moléculaire dans la conception de nouveaux matériaux.
Appréciation de l'importance des nouveaux matériaux dans divers domaines sociaux et technologiques du monde actuel.
Prise de conscience des bénéfices et des risques des matériaux radioactifs. multimoléculaire.
Il est recommandé de commencer par la modélisation de la liaison dans les molécules, pour passer ensuite à l'examen de la liaison dans les solides moléculaires, covalents, ioniques et métalliques.
Pour la prédiction de la géométrie des molécules, le modèle de répulsion des paires d'électrons de valence est extraordinairement utile.
Ces géométries peuvent être visualisées grâce à des visualiseurs en ligne, tels que la Chemical Education Digital Library, Models 360, qui permettent d'observer la forme des molécules en trois dimensions et d'en apprécier de nombreux paramètres.
Les propriétés des solides peuvent nous suggérer des hypothèses sur la nature des particules qui les constituent et sur le type d'interaction qui s'y établit.
Il est important de tenir compte du fait que les forces de dispersion s'exercent dans tous les types de molécules, apolaires comme polaires, et que leur intensité dépend du nombre d'électrons de la molécule.
Les anomalies des points d'ébullition du fluorure d'hydrogène, de l'eau et de l'ammoniac peuvent servir de point de départ pour proposer l'existence de liaisons hydrogène entre ces molécules.
Du point de vue des applications de la chimie, ce bloc permet d'aborder les informations qui nous parviennent de l'univers grâce à l'analyse spectroscopique de la lumière des étoiles ainsi que les relations entre la structure et les propriétés de certains matériaux (métaux, semi-conducteurs, matériaux céramiques, verre, etc.) et de nouveaux matériaux tels que les nanotubes et le graphène.
Du point de vue de la nature de la chimie, il nous offre la possibilité de réfléchir à l'origine et à l'évolution des modèles chimiques atomiques et moléculaires.
BLOC 3 RÉACTIONS CHIMIQUES Le troisième bloc aborde la modélisation de la réaction chimique en général et de deux types de réactions de grande importance : les réactions acide-base et les réactions redox.
Les ressources qui font partie de ce bloc permettent de représenter l'état initial et final des réactions chimiques et de prédire les quantités des substances qui réagissent ou qui se forment ; d'aborder l'étude de nombreuses substances acides ou basiques utilisées dans la vie quotidienne et qui ont la propriété de réagir en se neutralisant, en formant des sels ; et d'identifier et d'interpréter les réactions d'oxydo-réduction, qui comprennent des processus aussi importants que la combustion, l'oxydation des métaux et la respiration.
BLOC 3 RÉACTIONS CHIMIQUES.
RÉACTIONS ACIDE-BASE.
RÉACTIONS REDOX Comment pouvons-nous obtenir de nouvelles substances ? Pourquoi la matière change-t-elle et se transforme-t-elle continuellement ? Que se passe-t-il lorsque nous mélangeons deux substances chimiques ? Pouvons-nous prédire la quantité de produit que nous pouvons obtenir dans une réaction ? Qu'est-ce qu'un acide ? Peut-on neutraliser un acide ? Pourquoi certains métaux rouillent-ils et d'autres non ? Pourquoi dit-on que les vitamines sont antioxydantes ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Réaction chimique : interprétation moléculaire Interprétation moléculaire d'une réaction chimique. Équation chimique. Coefficients stœchiométriques.
2. Calculs de quantités Calculs stœchiométriques.
3. Réactions acide-base Propriétés des acides et des bases. Théorie d'Arrhenius. Théorie de Brönsted-Lowry. Couples acide-base conjugués. Acides forts et faibles, bases fortes et faibles. Titrages acide-base.
4. Réactions redox Les réactions redox en tant qu'échange d'électrons.
Oxydants et réducteurs.
Nombre d'oxydation.
Concept de couple oxydant-réducteur.
Titrages redox.
II.
PROCÉDURES C1 Élaboration d'un modèle moléculaire de réaction chimique.
Représentation d'une réaction chimique au moyen d'une équation chimique et de diagrammes multimoléculaires.
Modélisation des acides et des bases selon la théorie d'Arrhenius.
Identification de réactions acide-base.
Prédiction des produits de réactions acide-base.
Modélisation des réactions acide-base selon la théorie de Brönsted-Lowry.
Identification des limites et des différences entre les modèles d'Arrhenius et de Brönsted-Lowry.
Caractérisation de l'évolution du concept d'oxydation, de la combinaison avec l'oxygène à la perte ou à la séparation partielle d'électrons.
Élaboration du concept de nombre d'oxydation.
C2 Résolution de problèmes stœchiométriques dans des réactions faisant intervenir des solides, des liquides, des gaz et des solutions.
Identification du réactif limitant dans une réaction.
Différenciation entre acides et bases forts et faibles.
Identification d'acides et de bases conjugués.
Prédiction du caractère complet ou d'équilibre d'une réaction acide-base.
Détermination des nombres d'oxydation des éléments qui forment une espèce chimique.
Identification de réactions redox et des agents oxydants et réducteurs par la détermination de la variation des nombres d'oxydation.
Prédiction des produits de réactions redox.
C3 Identification de questions pertinentes en rapport avec les réactions chimiques en tant que source d'obtention de nouveaux matériaux.
Proposition d'actions pour diminuer la pollution produite par l'extraction de matières premières et par l'obtention et l'utilisation de substances et de matériaux dans l'industrie chimique et dans d'autres activités humaines.
Analyse des causes et des conséquences des pluies acides.
Débat sur les solutions possibles pour éviter les pluies acides.
Évaluation de l'impact des radicaux libres et du rayonnement ultraviolet en tant que cause de dommages cellulaires.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Appréciation de l'importance des réactions chimiques dans le monde naturel et dans la vie quotidienne.
Prise de conscience de la pollution qu'entraînent certains processus chimiques industriels.
Prise de conscience de l'origine des pluies acides.
Appréciation de l'utilité des acides et des bases dans la vie quotidienne et de certaines réactions redox.
Appréciation des réactions chimiques en tant que fondement de nombreuses méthodes analytiques.
Orientations didactiques du bloc Il est recommandé de commencer la modélisation des réactions chimiques en prenant comme exemple une réaction entre molécules, telle que la formation de l'eau, et d'interpréter la réaction au moyen de diagrammes moléculaires et multimoléculaires avant de le faire au moyen d'équations chimiques.
Il est également très opportun d'établir le concept de réactif limitant avant d'aborder la réalisation de calculs stœchiométriques, au moyen de diagrammes multimoléculaires du système réactionnel au début et à la fin de la réaction.
Il est recommandé d'effectuer les calculs stœchiométriques au moyen des quotients de réaction.
Il convient de justifier l'importance dans la vie quotidienne des deux types de réaction abordés dans ce bloc : les réactions acide-base et les réactions redox.
L'interprétation des réactions acide-base requiert de modéliser au préalable les substances que nous classons comme acides et comme bases.
Les concepts d'acide et de base peuvent être établis à partir de l'observation de leurs propriétés caractéristiques et de la connaissance des propriétés et des usages de nombreux produits de la vie quotidienne qui sont des acides et des bases (produits de nettoyage, additifs alimentaires, levures chimiques, etc.).
Une fois établie la conceptualisation empirique des acides et des bases, il faut s'interroger sur leur nature, ce qui requiert l'élaboration d'un modèle théorique.
Revoir les modèles historiques qui ont été proposés pour rendre compte des propriétés des acides et des bases – la théorie de Lavoisier, la théorie de Leibig – peut constituer un bon point de départ.
Par la suite, il faut réélaborer le modèle d'Arrhenius et celui de Brönsted-Lowry.
Le caractère réversible du transfert d'un proton dans les acides et les bases faibles conduit au concept d'acide et de base conjugués.
C'est une conception alternative courante de croire que la base conjuguée d'un acide faible est une base forte, ou inversement.
Il faut indiquer clairement que si un acide est faible, sa base conjuguée sera également une base faible.
Il est également important de souligner que le caractère de réaction complète, ou d'équilibre, des réactions acide-base dépend de la force relative de l'acide et de la base qui réagissent.
L'interprétation des réactions redox requiert de partir d'une première conceptualisation de ces réactions en tant que processus d'échange d'oxygène.
L'analyse du transfert ou du déplacement partiel d'électrons qui ont lieu dans ces réactions nous permet de les reconceptualiser comme des réactions dans lesquelles il existe un échange d'électrons.
En premier lieu, on peut centrer l'attention sur les réactions dans lesquelles une espèce perd des électrons (s'oxyde) et une autre gagne des électrons (se réduit) et, par la suite, on peut élargir le concept d'oxydo-réduction.
C'est le moment adéquat pour introduire le concept de nombre d'oxydation, qui permet d'identifier très facilement quelle est l'espèce qui s'oxyde (agent réducteur) et quelle est l'espèce qui se réduit (agent oxydant) dans une réaction redox.
En ce qui concerne les applications de la chimie, les produits ménagers qui sont des acides ou des bases, les pluies acides, la corrosion des métaux et les processus métallurgiques sont des exemples de processus qui permettent de souligner l'importance de ces réactions dans notre environnement.
En ce qui concerne la nature de la chimie, la comparaison entre les théories d'Arrhenius et de Brönsted-Lowry est une occasion parfaite de réfléchir aux domaines d'application des modèles chimiques.
BLOC 4 COMPOSÉS DU CARBONE Le bloc 4 aborde la diversité, la structure et les propriétés des composés du carbone.
En particulier, des questions sont posées telles que : qu'est-ce qui caractérise les composés du carbone ?, pourquoi les biomolécules sont-elles des composés du carbone ?, quels hydrocarbures obtient-on par la distillation du pétrole ?, comment peut-on classer la diversité des composés organiques ?, etc. On part des hydrocarbures obtenus à partir du gaz naturel et de la distillation du pétrole, et l'on étudie les fonctions organiques, les types d'isomérie et l'obtention d'un médicament comme exemple de synthèse organique.
En ce qui concerne les polymères, on étudie la relation qui existe entre les propriétés, la structure et les applications des polymères synthétiques, et, pour finir, une attention particulière est accordée aux macromolécules biologiques.
BLOC 4 COMPOSÉS DU CARBONE Quelles différences y a-t-il entre la matière organique et la matière inorganique ? Pourquoi la vie est-elle fondée sur la chimie du carbone ? Quels produits pouvons-nous obtenir du pétrole ? Que sont les polymères ? Que sont les plastiques ? Quelles sont les applications de la chimie organique ? Pourquoi parlons-nous de familles de composés en chimie organique ? Que signifie qu'une graisse est saturée ou insaturée ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Composés du carbone Évolution historique et importance de la chimie organique. Hydrocarbures. Alcanes, alcènes et alcynes. Hydrocarbures aromatiques. Formules moléculaires, développées et semi-développées planes. Formulation et nomenclature de base des hydrocarbures. Modification de la chaîne carbonée. Groupes fonctionnels. Formulation et nomenclature des composés halogénés, oxygénés et azotés les plus simples. Relation entre structure et propriétés. Isomérie structurale de chaîne, de position et de groupe fonctionnel. Stéréoisomérie. Synthèse d'une substance chimique organique.
2. Polymères Polymères.
Propriétés, structure et applications.
Polymères d'addition et de condensation.
Macromolécules naturelles d'intérêt biologique.
II.
PROCÉDURES C1 Identification des fonctions organiques.
Relation entre les propriétés et la structure des composés du carbone.
Identification des types d'isomérie.
Formulation et nomenclature de base des composés organiques.
Utilisation de divers types de formules et de modèles moléculaires pour la représentation des molécules organiques.
Utilisation de visualiseurs en ligne pour l'observation de la structure des molécules organiques.
Prédiction des molécules isomères d'un composé organique.
Caractérisation des macromolécules naturelles d'intérêt biologique.
Différenciation entre les réactions de polymérisation par addition et par condensation.
C2 Caractérisation des propriétés d'un bon carburant pour moteurs à combustion : pouvoir calorifique et indice d'octane.
Étude des procédés d'amélioration des essences : craquage, isomérisation et reformage.
Obtention et identification expérimentale de certains polymères.
Étude des processus de recherche dans l'industrie pharmaceutique qui conduisent à la découverte de nouveaux médicaments essentiels dans la lutte contre les maladies.
C3 Débat sur l'importance dans la vie quotidienne des produits et des matériaux obtenus à partir des dérivés du pétrole.
Évaluation argumentée des alternatives à l'essence : les biocarburants et les voitures électriques.
Analyse des avantages et des inconvénients de l'utilisation des engrais et des pesticides.
Argumentation sur la nécessité de réduire les déchets plastiques et de rechercher des polymères écologiques.
Analyse de la toxicité éventuelle des additifs chimiques au regard de la santé des consommateurs.
Débat sur les contraintes économiques de l'industrie pharmacologique dans la recherche de nouveaux médicaments.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Appréciation de l'importance du pétrole et des produits qui en sont obtenus pour l'économie mondiale.
Appréciation de la pollution générée par les moteurs à combustion et des méthodes pour la réduire.
Appréciation de l'importance de la synthèse organique dans la production de nouveaux médicaments.
Appréciation de l'agriculture biologique en tant que source d'aliments plus sains.
Orientations didactiques du bloc Le pétrole et le gaz naturel sont la matière première d'un grand nombre d'hydrocarbures.
Il est important de faire ressortir que la distillation fractionnée du pétrole est un processus physique, tandis que le craquage, le reformage et l'isomérisation utilisés pour obtenir des essences ayant l'indice d'octane adéquat sont des processus chimiques.
Un bon exemple de problème STS (science, technologie et société) en rapport avec l'essence est le problème de la pollution provoquée par les gaz qui s'échappent des pots d'échappement des automobiles.
Il faut insister sur le fait que l'effet de serre est un phénomène naturel sans lequel la température de la Terre serait trop basse pour la vie ; le problème est l'excès de CO2 d'origine anthropique, qui produit une surchauffe de la Terre.
Pour l'apprentissage des principaux groupes fonctionnels (alcools, éthers, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, halogénures d'alkyle, amines et amides), il convient de partir d'exemples de substances concrètes ainsi que de leurs propriétés et applications.
Il est important que les élèves apprennent la nomenclature systématique de l'IUPAC pour nommer les composés les plus simples, mais aussi les noms les plus courants de certains composés que l'on rencontre fréquemment dans la vie quotidienne (éthylène, acétylène, toluène, etc.).
Il convient d'introduire la nomenclature parallèlement à l'étude de chaque famille de composés, au lieu de tout présenter d'un coup.
En ce qui concerne les manières de représenter les formules moléculaires développées, il faut avertir les élèves qu'il est fréquent de trouver dans la bibliographie des formules structurales simplifiées qui omettent les atomes de carbone et les atomes d'hydrogène qui y sont liés.
Il convient d'insister sur le fait que les formules développées des molécules organiques ne reflètent pas, en général, la géométrie des molécules, raison pour laquelle il est recommandé d'utiliser des formules en trois dimensions et des modèles moléculaires compacts, ainsi que des modèles boules et bâtonnets, pour les représenter.
Il est également très opportun de travailler avec des visualiseurs en ligne de structures moléculaires (par exemple, Jmol), accessibles par Internet.
BLOC 5 ÉNERGIE DE RÉACTION ET SPONTANÉITÉ Le bloc 5 aborde deux aspects importants de la réaction chimique : l'énergie de réaction et la spontanéité.
Il suffit de penser, par exemple, à l'énergie thermique libérée lors des réactions de combustion ou à l'énergie libre utilisée pour obtenir de l'énergie électrique dans une pile électrochimique.
D'où provient l'énergie des réactions ? L'interprétation de l'énergie absorbée ou libérée lors des réactions chimiques implique de poursuivre la modélisation des réactions chimiques entamée dans le bloc 3, cette fois du point de vue de la variation d'énergie qui se produit lors d'une réaction chimique du fait de la rupture et de la formation de liaisons dans les molécules ou les structures géantes qui constituent respectivement les réactifs et les produits de la réaction.
L'autre question importante abordée dans ce bloc consiste à trouver un critère permettant de prédire la spontanéité des réactions chimiques.
Établir si une réaction est spontanée ou non revêt une grande importance car, dans le cas où elle ne l'est pas, nous pouvons nous épargner la recherche de catalyseurs pour obtenir les produits.
BLOC 5 ÉNERGIE DE RÉACTION ET SPONTANÉITÉ Pouvons-nous obtenir de l'énergie d'une réaction chimique ? Pouvons-nous obtenir instantanément du chaud ou du froid au moyen de réactions chimiques ? Pourquoi certaines réactions chimiques sont-elles spontanées et d'autres ne peuvent-elles jamais se produire ? Comment peut-on mesurer l'énergie des réactions ? Est-il vrai que l'univers tend vers le désordre ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Énergie de réaction • Énergie interne et enthalpie d'une substance. • Enthalpie de réaction. Détermination expérimentale des enthalpies de réaction. • Diagrammes d'enthalpie. Enthalpie standard de formation d'un composé. Loi de Hess. • Énergie de liaison. Facteurs dont dépend l'énergie d'une liaison : longueur, polarité et caractère simple, double ou triple de la liaison. • Interprétation moléculaire de l'enthalpie de réaction : rupture et formation de liaisons.
2. Spontanéité • Vision qualitative des facteurs qui régissent la spontanéité des réactions. • Entropie de réaction et variation d'entropie de l'univers. • Énergie libre de Gibbs et travail utile.
II.
PROCÉDURES C1 Modélisation du concept d'énergie interne d'une substance à l'échelle microscopique.
Élaboration du concept d'enthalpie d'une substance.
Élaboration du concept d'enthalpie de réaction.
Visualisation de l'enthalpie d'une réaction au moyen d'un diagramme d'enthalpies.
Construction de diagrammes de niveaux d'enthalpie pour une série de réactions.
Modélisation de l'énergie de réaction en fonction de l'énergie des liaisons.
Étude des facteurs dont dépend l'énergie d'une liaison : longueur, polarité et caractère simple, double ou triple.
Recherche du critère de spontanéité des réactions chimiques.
Élaboration des concepts d'entropie et d'énergie libre de Gibbs.
C2 Détermination expérimentale de l'énergie d'une réaction.
Comparaison expérimentale de l'enthalpie de combustion de divers alcools.
Détermination de l'enthalpie standard d'une réaction à partir des enthalpies de formation des composés.
Calcul de l'énergie d'une liaison à partir d'énergies d'atomisation.
Calcul de l'énergie libre de Gibbs standard d'une réaction chimique.
Calcul du travail utile qui peut être obtenu d'une réaction chimique.
C3 Prise de conscience de l'importance des réactions chimiques en tant que source d'énergie.
Évaluation des modes d'obtention d'énergie au regard de leur efficacité et de leur impact environnemental.
Argumentation sur les inconvénients environnementaux et énergétiques de la combustion de combustibles fossiles pour l'obtention d'énergie.
Évaluation du faible rendement énergétique des réactions chimiques de combustion pour obtenir de l'énergie électrique par rapport aux réactions électrochimiques.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Prise de conscience de l'importance des réactions chimiques en tant que source d'énergie.
Prise de conscience de l'importance de l'efficacité énergétique dans les processus d'obtention d'énergie.
Appréciation de l'influence de l'utilisation des combustibles fossiles sur le changement climatique.
Appréciation des piles à combustible en tant que sources d'énergie plus efficaces et moins polluantes.
Appréciation de l'importance de la connaissance des facteurs qui affectent l'équilibre chimique dans la synthèse de produits chimiques.
Orientations didactiques du bloc Une réaction implique la rupture et la formation de nouvelles liaisons et entraîne donc une variation de l'énergie interne du système réactionnel.
Les élèves doivent comprendre que le caractère endothermique ou exothermique d'une réaction chimique dépend du bilan énergétique des liaisons qui se rompent et se forment.
Les élèves doivent avoir clairement à l'esprit que plus une liaison est forte, plus l'énergie qu'il faut apporter pour la rompre est grande, ou plus l'énergie dégagée lors de sa formation est grande.
Toutefois, pour établir le bilan énergétique d'une réaction, il faut tenir compte non seulement de l'énergie des liaisons mais aussi du nombre de liaisons qui se rompent ou se forment.
Il est recommandé d'introduire le concept d'enthalpie d'une substance avant d'aborder la variation d'enthalpie d'une réaction et, ensuite, de définir l'enthalpie d'une réaction comme la différence entre l'enthalpie des produits et celle des réactifs.
Ce n'est qu'une fois cela fait qu'il convient de montrer que la variation d'enthalpie de la réaction est égale à l'énergie transférée au cours de la réaction lorsque celle-ci se déroule à pression constante.
L'utilisation de diagrammes de niveaux d'enthalpie est très recommandée pour visualiser la loi de Hess et son application à la détermination des enthalpies standard de réaction.
Cette méthode graphique est beaucoup plus conceptuelle que la méthode algébrique, qui, malgré sa facilité d'application, peut être utilisée de manière mécanique sans prêter attention à sa compréhension.
Le premier critère thermodynamique utilisé pour prédire la spontanéité des réactions chimiques a été leur caractère exothermique.
Toutefois, il existe des réactions qui sont endothermiques et qui sont également spontanées.
Il faut donc rechercher quelle est la propriété thermodynamique qui peut servir de critère général.
Cette propriété est l'entropie de l'univers.
Il est recommandé de traiter de manière qualitative les facteurs dont dépend l'entropie d'une substance : la température, le volume, l'état d'agrégation et sa structure interne (intensité des liaisons, masse des atomes ou des molécules qui la forment et complexité chimique).
Il faut montrer que le critère de spontanéité d'une réaction est la variation de l'entropie de l'univers, mais que, dans les processus qui se déroulent à pression et à température constantes, il est utile de la remplacer par la variation de l'énergie libre de Gibbs de la réaction, car nous nous épargnons ainsi le calcul de la variation de l'entropie du milieu extérieur.
Il convient de souligner que l'énergie libre de Gibbs mesure le travail utile qui peut être obtenu d'une réaction chimique.
BLOC 6 ÉQUILIBRE CHIMIQUE ET ÉQUILIBRE ACIDE-BASE Certaines réactions chimiques s'arrêtent avant d'être complètes, c'est-à-dire qu'elles progressent jusqu'à un point où les concentrations des réactifs et des produits restent constantes.
Le bloc 6 traite de ce type de réactions, les réactions d'équilibre, en cherchant à répondre à des questions telles que : pourquoi existe-t-il des réactions complètes et d'autres qui sont des réactions d'équilibre ?, comment pouvons-nous prédire dans quel sens évoluera une réaction d'équilibre ? et comment pouvons-nous déplacer l'état d'équilibre d'une réaction dans un sens déterminé ? Cette dernière question revêt une grande importance pratique car, si l'on veut obtenir un produit à partir d'une réaction d'équilibre avec un bon rendement, il faut faire en sorte que l'équilibre de la réaction se déplace au maximum vers les produits.
Outre les réactions entre gaz, on étudie les réactions acide-base d'équilibre en solution aqueuse.
Cela permet d'approfondir le modèle d'acide et de base de Brönsted et Lowry introduit dans le bloc 3 sur les réactions chimiques.
BLOC 6 ÉQUILIBRE CHIMIQUE ET ÉQUILIBRE ACIDE-BASE Les réactions chimiques ont-elles lieu dans un seul sens ? Pouvons-nous changer le sens des réactions chimiques ? Pourquoi certaines réactions chimiques consomment-elles tous les réactifs et d'autres non ? À quoi faisons-nous référence lorsque nous parlons d'équilibre chimique ? Pourquoi les boissons gazeuses dégagent-elles du gaz lorsque nous dévissons le bouchon pour la première fois ? Qu'est-ce que le pH et que signifie qu'une solution est neutre ? Qu'est-ce que les pluies acides et comment se forment-elles ? Comment se forment les stalactites ? Quelle est la cause du blanchissement progressif du corail ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Équilibre chimique Caractéristiques d'un système chimique en équilibre. Équilibres homogènes et hétérogènes. Constantes d'équilibre dans les systèmes homogènes, Kc et Kp. Relation entre Kp et Kc. Utilité de la constante d'équilibre et du quotient de réaction, Qc. Calcul des concentrations à l'équilibre. Facteurs qui influent sur l'équilibre : variations de concentration, de pression et de température.
2. Équilibre chimique acide-base Autoionisation de l'eau. Produit ionique de l'eau, Kw et pKw. Définition et échelle de pH. Constante d'acidité, Ka et pKa. Constante de basicité, Kb et pKb. Relation entre le Ka d'un acide et le Kb de sa base conjuguée. Calcul du pH dans les solutions d'acides, de bases et de sels. Concept qualitatif de solution tampon du pH.
3. Titrages acide-base Titrages acide-base.
Zone de virage d'un indicateur acide-base.
Courbe de titrage d'un acide fort par une base forte.
Différence avec la courbe de titrage entre un acide et une base faible, ou inversement.
Détermination du point final d'un titrage par conductimétrie.
II.
PROCÉDURES C1 Identification des caractéristiques des équilibres chimiques homogènes et hétérogènes.
Modélisation de l'équilibre chimique.
Différence entre état stationnaire et état d'équilibre.
Étude des facteurs qui influent sur un équilibre chimique.
Prédiction du déplacement de l'état d'équilibre sous l'effet de variations de la concentration, de la pression et de la température.
Caractérisation de l'équilibre ionique d'autoionisation de l'eau.
Différence entre acides forts et solutions acides concentrées.
Comparaison de la force relative d'acides et de bases au moyen des constantes d'acidité et de basicité.
Modélisation du comportement d'une solution tampon face aux variations de pH.
C2 Expression de la constante d'équilibre : Kc et Kp.
Prédiction du sens d'évolution d'une réaction chimique par le calcul du quotient de réaction et la comparaison avec la constante d'équilibre.
Calcul des concentrations à l'équilibre à partir de la constante d'équilibre et des concentrations initiales.
Calcul de Kp à partir de Kc et inversement dans une réaction d'équilibre entre gaz.
Prédiction qualitative et justification du pH dans les solutions d'acides, de bases et de sels.
Calcul du pKa d'un acide à partir du pKb de sa base conjuguée et inversement.
Calcul du pH de diverses solutions d'acides, de bases et de sels.
Étude de la variation du pH lors de la dilution d'un acide fort et d'un acide faible.
Observation du pouvoir tampon du pH de certaines solutions.
Observation et interprétation théorique des changements de couleur de divers indicateurs acide-base.
Obtention de la courbe de titrage d'une réaction acide-base et détermination expérimentale du point final.
Différenciation entre point final et point d'équivalence d'un titrage.
C3 Évaluation des facteurs qui affectent l'équilibre chimique de réactions de grande importance industrielle telles que la synthèse de l'ammoniac.
Analyse de l'influence du pH sur de nombreuses réactions chimiques qui se déroulent dans l'atmosphère, l'hydrosphère, l'écorce terrestre et la biosphère.
Évaluation de l'importance de la solution tampon CO2/HCO3-/CO32- dans des systèmes tels que le sang et les océans.
Argumentation sur l'importance du pH dans de nombreux produits et processus chimiques tels que les cosmétiques, les produits de nettoyage, la conservation des aliments, etc. Débat sur les règles de précaution qu'il faut garder à l'esprit lors de l'utilisation des acides et des bases forts.
Orientations didactiques du bloc Il est important de distinguer les concepts d'état stationnaire, qui se produit dans les systèmes ouverts, et d'équilibre, qui ne se produit que dans les systèmes fermés.
Il convient d'insister sur le caractère dynamique de l'équilibre chimique.
Le traitement quantitatif de l'équilibre requiert d'introduire dès le début le quotient de réaction et la constante d'équilibre.
Il convient de souligner que la position d'équilibre, c'est-à-dire les concentrations des substances à l'équilibre, ne dépend pas seulement de la valeur de la constante d'équilibre mais aussi des concentrations initiales et de la pression du système, s'il s'agit d'une réaction entre gaz et qu'il y a une variation du nombre de moles gazeuses lorsque la réaction se produit.
Il est également important de distinguer les équilibres homogènes et les équilibres hétérogènes et d'exprimer la constante d'équilibre dans les deux cas.
Même si cela ne peut pas être traité de manière quantitative, il est recommandé de relier l'état d'équilibre d'une réaction à l'état dans lequel l'énergie libre de Gibbs est minimale.
La comparaison des diagrammes d'énergie libre de Gibbs en fonction de l'avancement de la réaction pour une réaction complète et pour une réaction d'équilibre est très utile pour visualiser cette relation.
Le principe de Le Chatelier permet de prédire qualitativement dans quel sens se déplace une réaction après qu'une perturbation externe modifiant la position d'équilibre initiale s'est produite.
Toutefois, il est préférable de faire cette prédiction en tenant compte des changements provoqués dans le quotient de réaction ou dans la constante d'équilibre.
Lors de l'application du principe de Le Chatelier, il convient d'être prudent dans la formulation du principe en distinguant clairement entre grandeurs extensives (quantité de matière, chaleur, volume) et propriétés intensives (concentration, température et pression) au moment d'exprimer verbalement la variable externe qui produit la perturbation et la variable intensive du système qui change.
En tout état de cause, cette prédiction doit toujours être justifiée ultérieurement en analysant la variation du quotient de réaction ou de la constante d'équilibre (si la température varie).
III.
ATTITUDES ET VALEURS Appréciation de l'importance de la connaissance des facteurs qui affectent l'équilibre chimique dans la synthèse de produits chimiques.
Appréciation du concept d'équilibre chimique pour comprendre de nombreux processus qui ont lieu dans l'atmosphère, l'hydrosphère, l'écorce terrestre et les êtres vivants.
Appréciation du rôle de l'équilibre CO2/HCO3-/CO32- dans le sang et la mer en tant que solution tampon du pH.
Appréciation de l'importance du pH dans l'agriculture, dans les produits cosmétiques, dans les produits de nettoyage et dans la conservation des aliments.
La force relative des acides et des bases faibles en solution aqueuse peut être estimée quantitativement au moyen de la valeur de leur constante d'acidité ou de basicité.
De cette manière, nous pouvons aborder quantitativement les prédictions qualitatives que nous faisions dans le bloc 3 sur les réactions acide-base.
Il est important d'éviter l'interprétation du processus de dissolution d'un sel acide ou basique comme une réaction d'hydrolyse, concept inutile dans la théorie de Brönsted-Lowry.
Dans les titrages acide-base, il est important de distinguer entre point final et point d'équivalence.
L'équilibre CO2/HCO3-/CO32- dans l'eau de mer et dans le sang sont deux excellents exemples pour comprendre l'importance des solutions tampons de pH en biologie et en chimie de la mer.
BLOC 7 VITESSE DE RÉACTION Le bloc 7 aborde la vitesse à laquelle se déroulent les réactions chimiques, en posant des questions telles que la manière de mesurer la vitesse des réactions et les facteurs dont dépend la vitesse de réaction.
Cette question est importante car l'utilisation industrielle des réactions pour obtenir des produits chimiques dépend du fait qu'elles puissent être menées à une vitesse suffisamment élevée.
Mais l'intérêt de la cinétique des réactions n'est pas seulement pratique, il est aussi théorique, car elle permet d'établir le mécanisme des réactions, c'est-à-dire la séquence d'étapes élémentaires moléculaires par lesquelles une réaction a lieu.
L'interprétation théorique de la manière dont les changements chimiques ont lieu à l'échelle moléculaire constitue le degré le plus élevé de connaissance du changement chimique.
BLOC 7 VITESSE DE RÉACTION Pourquoi certaines réactions chimiques se produisent-elles en quelques secondes et d'autres mettent-elles des années ? Pouvons-nous accélérer les réactions chimiques et quels avantages cela peut-il comporter ? Comment une réaction chimique a-t-elle lieu à l'échelle moléculaire ? Pourquoi a-t-on cessé d'utiliser les gaz CFC dans les aérosols et dans certains appareils électroménagers ? Pourquoi se produit-il dans les êtres vivants des réactions chimiques qui seraient théoriquement impossibles ? Comment agissent les conservateurs alimentaires ? Qu'est-ce qu'une réaction chimique en chaîne ? I. FAITS ET CONCEPTS 1.Vitesse de réaction Définition de la vitesse de réaction.
Variation de la vitesse de la réaction en fonction de la concentration des réactifs et de la température.
Interprétation de la vitesse de réaction : théorie des collisions et théorie de l'état de transition.
Mécanisme d'une réaction : séquence d'étapes élémentaires.
Réactions en chaîne.
Catalyse.
Caractéristiques d'un catalyseur.
II.
PROCÉDURES C1 Modélisation du mécanisme moléculaire des réactions chimiques.
Élaboration d'un modèle interprétatif cinético-moléculaire de la vitesse des réactions chimiques en phase gazeuse.
Élaboration d'un modèle interprétatif de la vitesse des réactions chimiques à une échelle atomico-moléculaire.
Identification des étapes élémentaires qui constituent le mécanisme d'une réaction.
Modélisation de la fonction des catalyseurs.
Modélisation des réactions en chaîne.
Orientations didactiques du bloc Il convient de définir la vitesse d'une réaction homogène par étapes successives jusqu'à obtenir une définition qui soit indépendante du réactif ou du produit pris comme référence pour déterminer la variation de sa concentration.
Il convient également de souligner la différence entre la vitesse instantanée d'une réaction et la vitesse moyenne sur un intervalle de temps.
La détermination graphique de la vitesse instantanée sur un graphique concentration-temps est une activité d'un grand intérêt pour la compréhension de ce concept.
Il est également recommandé de définir la vitesse dans le cas d'une réaction hétérogène.
L'investigation des facteurs qui affectent la vitesse d'une réaction (concentration des réactifs, température et catalyseurs) est une activité fondamentale.
La réaction du carbonate avec l'acide chlorhydrique est un bon exemple de réaction pour pouvoir mener cette recherche.
Dans la détermination de l'équation de vitesse d'une réaction, il convient de signaler que les ordres de réaction ne doivent pas nécessairement être toujours des entiers positifs et que la constante de vitesse varie avec la température.
Par ailleurs, il convient de préciser que l'équation d'Arrhenius qui montre la relation entre la constante de vitesse et la température est une C2 Détermination expérimentale de la vitesse d'une réaction chimique.
Identification de l'ordre de réaction d'une réaction chimique.
Calcul de la constante de vitesse d'une réaction chimique.
Investigation des facteurs qui influent sur la vitesse d'une réaction chimique.
Investigation de la fonction des catalyseurs trois voies des véhicules, de la catalyse enzymatique et de l'action des CFC sur la couche d'ozone.
C3 Identification des réactions en chaîne et des réactions catalysées les plus importantes dans l'environnement, les êtres vivants et l'industrie chimique.
Analyse de l'importance des catalyseurs trois voies dans la diminution de la pollution produite par les automobiles.
Identification des réactions en chaîne qui interviennent dans la destruction de la couche d'ozone.
Argumentation des éléments probants qui ont conduit à découvrir les causes de la destruction de la couche d'ozone.
Appréciation du rôle des inhibiteurs dans la conservation des aliments.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Prise de conscience de l'existence de divers modèles pour interpréter la vitesse des réactions chimiques.
Appréciation de l'importance de la connaissance des facteurs qui affectent la vitesse des réactions chimiques dans la synthèse de produits chimiques.
Appréciation de la fonction des catalyseurs dans la synthèse de nouvelles substances et dans les processus chimiques pour diminuer la pollution, par exemple les catalyseurs trois voies des pots d'échappement des automobiles.
Appréciation de la fonction des catalyseurs (enzymes) dans les réactions biochimiques. équation expérimentale.
Il convient de distinguer spontanéité thermodynamique et spontanéité cinétique.
De nombreuses réactions sont possibles thermodynamiquement, mais sont si lentes qu'elles ne se produisent pas en pratique à moins que l'on ne trouve un catalyseur adéquat.
Il est important que les élèves se rendent compte que la plupart des réactions n'ont pas lieu en une seule étape ou un seul processus élémentaire, mais qu'une séquence d'étapes élémentaires est nécessaire, ce que l'on appelle le mécanisme de la réaction.
Il convient de tenir compte du fait que la coïncidence entre une équation de vitesse obtenue expérimentalement et celle déduite d'un mécanisme proposé ne constitue pas une preuve définitive que celui-ci soit correct.
Il se pourrait qu'un autre mécanisme conduise à la même équation de vitesse.
Il convient de distinguer clairement les deux théories utilisées pour interpréter la constante de vitesse d'une étape élémentaire – la théorie des collisions et la théorie de l'état de transition –, en évitant l'utilisation de modèles hybrides qui prêtent à confusion.
Les deux modèles fournissent des interprétations complémentaires de la vitesse de la réaction et de la signification de l'énergie d'activation.
En ce qui concerne le facteur préexponentiel A de l'équation d'Arrhenius, il suffit de le relier à la fréquence des collisions et à la taille des molécules.
Les réactions catalysées et les réactions en chaîne sont deux exemples de réactions qui ont en commun une séquence cyclique d'étapes élémentaires.
Le catalyseur ou l'initiateur d'une réaction en chaîne doit participer au moins à l'une des étapes élémentaires et doit être régénéré lors d'une étape ultérieure.
Les catalyseurs que contient le convertisseur catalytique d'une automobile est un bon exemple de catalyse hétérogène d'importance environnementale.
Les enzymes sont un autre exemple très important de catalyseurs, en l'occurrence des réactions chimiques qui ont lieu dans les êtres vivants.
Enfin, l'explication du mécanisme de destruction de la couche d'ozone constitue un bon exemple pour illustrer le mécanisme d'une réaction en chaîne et l'importance de la lumière dans certaines réactions chimiques.
BLOC 8 ÉLECTROCHIMIE Ce bloc aborde la problématique de la manière d'obtenir de l'énergie électrique au moyen de réactions chimiques spontanées, dans des dispositifs appelés piles chimiques, et de la manière d'utiliser l'énergie électrique pour forcer des réactions chimiques non spontanées, dans des dispositifs appelés cellules électrolytiques.
Au préalable, les solutions ioniques sont étudiées, puisque tant les piles que l'électrolyse impliquent des réactions redox hétérogènes dans lesquelles des électrodes sont en contact avec une solution ionique conductrice.
La mesure de la force électromotrice standard des piles permet d'établir une échelle de potentiels d'électrode de réduction, qui sont utiles pour faire des prédictions sur la spontanéité des réactions redox.
D'un point de vue pratique, les piles présentent un grand intérêt comme source d'énergie pour des dispositifs portables ou mobiles, et l'électrolyse a de grandes applications dans les domaines de l'obtention d'éléments chimiques et des revêtements électrolytiques.
BLOC 8 ÉLECTROCHIMIE Pourquoi l'eau salée conduit-elle bien l'électricité ? Pouvons-nous obtenir de l'énergie électrique à partir d'une réaction chimique ? Comment fonctionne une pile ? Comment pouvons-nous stocker de l'énergie électrique au moyen d'une réaction chimique ? L'électrochimie peut-elle apporter une solution à l'épuisement des combustibles fossiles ? Comment pouvons-nous obtenir de l'hydrogène à partir de l'eau ? Comment obtient-on des piles de différentes tensions ? Comment peut-on éviter la corrosion des métaux ? I. FAITS ET CONCEPTS
1. Solutions ioniques Solutions électrolytiques. Électrolytes moléculaires et ioniques. Conductivité d'une solution ionique.
2. Piles Piles galvaniques. Demi-réactions redox qui ont lieu dans une pile électrochimique. Force électromotrice (FEM) d'une pile. Notation d'une pile. Types de demi-piles. Potentiels d'électrode standard. Électrode de référence. FEM d'une pile à partir des potentiels d'électrode. Relation entre la FEM et l'énergie libre de Gibbs de la réaction. Piles à combustible.
3. Électrolyse Électrolyse de sels fondus et en solution aqueuse.
Calculs stœchiométriques dans des processus électrolytiques.
II.
PROCÉDURES C1 Différenciation conceptuelle entre électrolytes moléculaires et ioniques.
Identification des électrodes d'une pile et des demi-réactions qui y ont lieu.
Élaboration du concept de force électromotrice.
Modélisation du fonctionnement d'une pile électrochimique.
Écriture de la notation symbolique d'une pile.
Élaboration du concept de potentiel d'électrode et calcul de la FEM d'une pile à partir des potentiels d'électrode.
Modélisation de l'électrolyse de sels fondus et de sels dissous dans l'eau.
C2 Construction d'une pile et détermination expérimentale de la FEM.
Calcul de l'énergie libre de Gibbs d'une réaction redox à partir de la FEM.
Réalisation expérimentale d'une électrolyse.
Calculs de quantités dans un processus électrolytique.
Recherche sur la composition des types d'acier et sur leur procédé de fabrication.
Recherche expérimentale de méthodes pour éviter la corrosion des métaux.
Recherche sur le procédé industriel d'obtention de chlore et d'eau de Javel à partir de l'électrolyse de la saumure.
C3 Identification de questions pertinentes relatives à l'importance des processus électrolytiques.
Analyse de l'importance des piles comme sources d'énergie dans de nombreux appareils technologiques de la vie quotidienne.
Analyse de l'électrolyse comme méthode d'obtention de certaines substances élémentaires comme l'aluminium et le chlore, et comme méthode de revêtement électrolytique.
Évaluation argumentée de l'avenir des piles à combustible.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Prise de conscience de l'importance de l'électrochimie dans la production de métaux et d'alliages.
Appréciation de l'importance économique d'éviter la corrosion des métaux.
Appréciation de l'obtention électrolytique du chlore et de l'eau de Javel en tant que substances importantes dans les processus de désinfection et de stérilisation des eaux et des matériaux.
Appréciation de l'importance de l'hydrogène comme source d'énergie en remplacement des combustibles fossiles.
Orientations didactiques du bloc Le fondement d'une pile consiste à séparer dans l'espace les demi-réactions d'oxydation et de réduction d'une réaction redox, de sorte que les électrons doivent se déplacer à travers un conducteur métallique.
Il convient de s'assurer que les élèves comprennent le rôle du pont salin en tant qu'élément qui ferme le circuit de la pile.
Il est également important que les élèves sachent passer avec facilité de l'équation redox à la notation de la pile correspondante, et vice versa.
Il convient de comprendre la valeur relative du potentiel standard de réduction, qui est défini comme la FEM standard d'une pile formée par la demi-pile correspondante et l'électrode standard à hydrogène, à laquelle est attribué arbitrairement un potentiel standard de réduction nul.
Le signe du potentiel de réduction de la demi-pile correspond au signe de l'électrode.
Les potentiels de réduction mesurent la tendance d'une espèce chimique à se réduire.
Il convient que les élèves comprennent que plus la valeur du potentiel de réduction est grande, plus la tendance de l'espèce chimique à se réduire est grande.
La connaissance des potentiels de réduction nous permet de calculer la FEM standard d'une pile.
Il convient de souligner qu'une FEM de signe positif implique que la réaction est spontanée dans la forme dans laquelle elle est écrite.
Il convient de souligner que la connaissance de la FEM standard d'une pile nous permet de calculer la variation d'énergie libre de Gibbs standard de la réaction.
Il est important de souligner que l'électrolyse est le processus inverse de celui d'une pile : c'est un processus redox forcé.
La méthode de l'anode sacrificielle pour protéger les métaux, l'obtention de chlore et d'eau de Javel par électrolyse d'une solution concentrée de chlorure de sodium (saumure), les revêtements électrolytiques et les piles à combustibles sont quelques-unes des applications des principes de l'électrochimie qui sont traitées dans ce bloc.
CRITÈRES D'ÉVALUATION Critères d'évaluation de la C1 Pertinence La pertinence dans l'élaboration d'un modèle chimique implique d'élaborer un modèle capable d'expliquer les propriétés du système modélisé.
La pertinence des hypothèses formulées dans l'élaboration des modèles chimiques suppose que ces hypothèses fournissent les éléments de base de représentation du système ou du phénomène chimique modélisé et qu'elles soient susceptibles d'être vérifiées expérimentalement.
Enfin, il faut que les formes utilisées pour représenter les modèles soient pertinentes, c'est-à-dire qu'elles nous permettent de visualiser de manière appropriée les éléments de base du modèle, et d'exprimer graphiquement et mathématiquement, si possible, les relations entre les variables.
Rigueur La rigueur est la qualité d'être exact et précis dans l'élaboration et l'évaluation du modèle : dans la sélection, l'obtention et l'évaluation des preuves, dans l'argumentation construite, dans l'expression verbale, graphique et symbolique du modèle, et dans l'évaluation et la révision du modèle à partir des données obtenues.
Une modélisation rigoureuse implique de confronter les hypothèses au maximum de données expérimentales possible, obtenues avec exactitude et précision, d'écarter les hypothèses qui ne peuvent pas être validées, et de réviser et de réélaborer le modèle si les hypothèses formulées ne permettent pas d'expliquer correctement les propriétés du système.
En ce qui concerne l'expression verbale, graphique et symbolique des modèles, la rigueur est liée à l'appropriation progressive d'un langage scientifique, beaucoup plus objectif et précis que le langage courant.
Efficience L'efficience est la capacité de mener à bien l'élaboration d'un modèle avec le minimum de ressources et dans le temps dont on dispose.
L'efficience dans l'élaboration de modèles implique donc d'être capable d'élaborer les modèles dans le temps disponible en interaction avec d'autres camarades et avec le soutien pédagogique du corps enseignant.
L'efficience mesure les résultats obtenus par rapport aux ressources utilisées.
Par conséquent, un processus de modélisation efficient est celui dans lequel on parvient à élaborer un bon modèle sans y consacrer un temps excessif, en tirant le meilleur profit du débat avec les camarades et de l'interaction avec le professeur ou la professeure.
Par ailleurs, l'efficience de la modélisation se CA.1. Pertinence CA.2. Rigueur CA.3. Efficience C1 Élaborer des modèles chimiques interprétatifs des phénomènes et des processus chimiques les plus pertinents mesure aussi par la capacité d'utilisation du modèle pour élaborer des explications de phénomènes analogues dans des contextes différents et pour faire des prédictions lorsque les conditions initiales ou l'une des variables pertinentes changent.
Ainsi, un même modèle nous permet d'expliquer des phénomènes très divers et de prédire des comportements du système dans diverses conditions.
Critères d'évaluation de la C2 Pertinence La pertinence d'une recherche sur un phénomène chimique se mesure par sa capacité à trouver la solution à une question ou à un problème posé.
Elle implique la pertinence des questions posées et celle du fondement de la méthode et de la procédure conçue pour les résoudre.
La pertinence des questions tient à leur importance par rapport aux modèles élaborés et, par ailleurs, à la possibilité qu'elles soient étudiées expérimentalement avec le matériel et les instruments dont on dispose ou au moyen d'une recherche bibliographique.
La pertinence du fondement de la méthode et de la procédure conçue est liée à l'adéquation de la procédure à la nature du problème posé, à l'identification correcte des variables impliquées, et à la planification judicieuse des mesures et au contrôle des variables, lorsque ce contrôle est nécessaire.
Cohérence La cohérence d'une recherche mesure la relation logique qui existe entre les parties qui la composent.
La cohérence dans la conception et la réalisation de recherches expérimentales, dans la résolution de problèmes et dans les recherches bibliographiques dans le domaine de la chimie implique qu'il y ait une correspondance adéquate entre la conception préalable et la réalisation de la recherche, la résolution du problème ou la recherche bibliographique.
Ainsi, il y aura cohérence dans une recherche expérimentale si la mesure des variables dépendante et indépendante est faite avec les instruments adéquats, et si toutes les variables de contrôle identifiées sont maintenues constantes, conformément à la conception élaborée au préalable.
Dans la résolution d'un problème qui implique un raisonnement qualitatif ou la réalisation de calculs numériques, il y aura cohérence si le raisonnement ou les calculs correspondent à la question posée et suivent le schéma de résolution conçu au préalable.
Dans une recherche bibliographique, il y aura cohérence si les sources et les données consultées sont fiables et correspondent à la question et aux hypothèses posées au préalable.
Rigueur La rigueur dans une recherche chimique expérimentale implique de faire les mesures avec exactitude et précision, en utilisant les instruments les plus adéquats, et d'exprimer les résultats avec la précision qui découle de la sensibilité des instruments.
Dans la résolution d'un problème chimique, la rigueur implique de faire les calculs avec soin et d'exprimer les résultats avec le nombre de chiffres significatifs qui correspond à la précision des CA.1. Pertinence CA.2. Cohérence CA.3. Rigueur C2 Étudier des phénomènes chimiques pertinents à partir de la résolution de problèmes chimiques, de données expérimentales ou bibliographiques données.
Dans tous les cas, la rigueur présuppose de spécifier les conditions dans lesquelles les résultats ont été obtenus, de les comparer avec ceux qui peuvent figurer dans la bibliographie et d'être attentif à l'expression des conclusions, en délimitant leur champ de validité.
Critères d'évaluation de la C3 Cohérence La cohérence des argumentations scientifiques implique qu'elles soient bien construites à partir des preuves ou éléments probants expérimentaux que la science apporte en relation avec les problèmes socioscientifiques abordés.
La différenciation entre observations et hypothèses, entre description et interprétation des données, etc., est un aspect important pour apprécier la cohérence des argumentations, dont dépend la solidité des conclusions auxquelles on parvient.
La cohérence peut être appréciée tant dans la communication écrite que dans la communication orale, par exemple dans les rapports écrits qui peuvent être demandés ou dans les débats organisés sur des questions controversées.
Efficience L'efficience des argumentations tient à la capacité de parvenir à formuler des propositions effectives pour résoudre les problèmes socioscientifiques ou environnementaux posés.
Cette effectivité sera d'autant plus élevée que le problème à résoudre aura été bien identifié, que le travail de recherche bibliographique des solutions que la science et la technologie actuelles peuvent apporter aura été rigoureux, et que la prise de décisions aura été bien argumentée.
Sens critique Le sens critique dans l'appréciation des apports et des impacts de la chimie dans le domaine social, environnemental et sanitaire implique de savoir apprécier au moyen d'une argumentation adéquate les apports positifs de la chimie au bien-être de la vie des personnes et à la durabilité de la planète, ainsi que les contreparties négatives de l'utilisation ou du traitement inadéquat de certains produits chimiques ou des impacts environnementaux de certains processus chimiques industriels.
CA.1. Cohérence CA.2. Efficience CA.3. Sens critique C3 Argumenter les causes et les solutions possibles de problèmes pertinents sur le plan environnemental, sanitaire et socio-économique en se fondant sur des éléments probants et des modèles ATTENTES DE FIN DE CYCLE Attentes de fin de cycle de la C1 À la fin du baccalauréat, l'élève utilise ses connaissances pour élaborer, modifier et appliquer les modèles qui expliquent le comportement des systèmes chimiques les plus pertinents, tels que la relation entre les propriétés et la structure atomico-moléculaire des substances ; l'énergie, la vitesse et la spontanéité des réactions chimiques ; l'équilibre chimique et la chimie des composés du carbone.
Ce faisant, il communique avec rigueur et précision, oralement, par écrit et de manière visuelle les modèles élaborés ou utilisés, en faisant usage du langage scientifique ; il argumente de manière pertinente la validité des hypothèses en fonction des données ou éléments probants expérimentaux ou bibliographiques trouvés et fait des propositions d'amélioration des modèles lorsqu'elles sont nécessaires.
En outre, il utilise avec efficience les modèles élaborés (ou réélaborés) pour expliquer de nouveaux phénomènes dans des contextes différents et pour faire des prédictions.
Attentes de fin de cycle de la C2 À la fin du baccalauréat, l'élève identifie avec pertinence des questions susceptibles d'être étudiées expérimentalement ou au moyen d'une recherche bibliographique et résout des problèmes en faisant usage des modèles élaborés.
Il conçoit et mène, de manière cohérente, des recherches expérimentales ou bibliographiques qui posent des questions pertinentes relatives à la structure de la matière et des matériaux et aux changements chimiques, ainsi qu'à des problématiques socioscientifiques et environnementales ayant un fondement chimique.
Dans les recherches expérimentales, il identifie les variables chimiques qui interviennent, décide comment elles peuvent être mesurées et lesquelles doivent être contrôlées, effectue avec rigueur les mesures et le traitement des données pour obtenir des résultats cohérents, et les communique avec clarté et précision.
Dans la résolution de problèmes, il identifie les variables qui interviennent, conçoit une méthode de résolution, effectue les calculs nécessaires, et évalue et communique le résultat avec clarté et précision.
Dans la recherche bibliographique, il sélectionne des sources d'information fiables, évalue et synthétise l'information, et argumente et communique les conclusions.
Dans tous ces processus, il fait une appréciation critique du processus d'expérimentation, de recherche bibliographique ou de résolution du problème, en indiquant les aspects qui pourraient être améliorés.
Attentes de fin de cycle de la C3 À la fin du baccalauréat, l'élève identifie des questions socioscientifiques pertinentes liées à la chimie, comme la problématique de l'effet de serre, la pollution produite par la combustion des combustibles fossiles ou la production de déchets radioactifs dans les centrales nucléaires.
Il apprécie et argumente également avec sens critique les apports de la chimie au bien-être de la vie des personnes et à la durabilité de la planète, en analysant les contributions positives de la chimie à la prévention et au traitement des maladies, au développement de l'agriculture ou à la conservation des aliments, entre autres.
En même temps, il est également conscient des contreparties négatives qu'ont pu avoir sur l'environnement le développement et l'utilisation de produits chimiques comme les engrais, les pesticides ou les chlorofluorocarbures, ou de certains effets nocifs de certains médicaments ou additifs alimentaires sur la santé.
Ce faisant, l'élève recherche l'information pertinente, confronte l'information de diverses sources, argumente avec cohérence en relation avec les données ou éléments probants trouvés, en débat avec ses camarades pour parvenir à des conclusions consensuelles et propose des actions efficientes pour résoudre les problématiques posées.
TABLEAUX DE SYNTHÈSE Tableau de synthèse de la C1 Élaborer des modèles chimiques interprétatifs des phénomènes et des processus chimiques les plus pertinents C1 Exprimer le modèle verbalement, graphiquement et symboliquement Formuler les hypothèses constitutives du modèle Vérifier expérimentalement le modèle à partir des preuves expérimentales obtenues Réfléchir sur le processus d'élaboration des modèles ainsi que sur leur nature et leur fonction Critères d'évaluation CA1.
Pertinence CA2.
Rigueur CA3.
Efficience Attentes de fin de cycle À la fin du baccalauréat, l'élève utilise ses connaissances pour élaborer, modifier et appliquer les modèles qui expliquent le comportement des systèmes chimiques les plus pertinents, tels que la relation entre les propriétés et la structure atomico-moléculaire des substances ; l'énergie, la vitesse et la spontanéité des réactions chimiques ; l'équilibre chimique et la chimie des composés du carbone.
Ce faisant, il communique avec rigueur et précision, oralement, par écrit et de manière visuelle les modèles élaborés ou utilisés, en faisant usage du langage scientifique ; il argumente de manière pertinente la validité des hypothèses en fonction des données ou éléments probants expérimentaux ou bibliographiques trouvés et fait des propositions d'amélioration des modèles lorsqu'elles sont nécessaires.
En outre, il utilise avec efficience les modèles élaborés (ou réélaborés) pour expliquer de nouveaux phénomènes dans des contextes différents et pour faire des prédictions.
Tableau de synthèse de la C2 Étudier des phénomènes chimiques pertinents à partir de la résolution de problèmes chimiques, de données expérimentales ou bibliographiques C2 Réfléchir sur les procédures par lesquelles la recherche ou la résolution du problème a été menée Identifier des questions chimiques susceptibles d'être étudiées Mener des recherches expérimentales, des résolutions de problèmes et des recherches bibliographiques Communiquer le processus d'investigation ou de résolution du problème et les conclusions Critères d'évaluation CA1.
Pertinence CA2.
Cohérence CA3.
Rigueur Attentes de fin de cycle À la fin du baccalauréat, l'élève identifie avec pertinence des questions susceptibles d'être étudiées expérimentalement ou au moyen d'une recherche bibliographique et résout des problèmes en faisant usage des modèles élaborés.
Il conçoit et mène, de manière cohérente, des recherches expérimentales ou bibliographiques qui posent des questions pertinentes relatives à la structure de la matière et des matériaux et aux changements chimiques, ainsi qu'à des problématiques socioscientifiques et environnementales ayant un fondement chimique.
Lors des investigations expérimentales, l'élève identifie les variables chimiques en jeu, décide comment elles peuvent être mesurées et lesquelles il faut contrôler, effectue avec rigueur les mesures et le traitement des données afin d'obtenir des résultats cohérents, et les communique avec clarté et précision.
Lors de la résolution de problèmes, il identifie les variables en jeu, conçoit une méthode de résolution, effectue les calculs nécessaires, puis évalue et communique le résultat avec clarté et précision.
Lors de la recherche bibliographique, il sélectionne des sources d'information fiables, évalue et synthétise l'information, puis argumente et communique les conclusions.
Dans tous ces processus, il porte un regard critique sur le processus d'expérimentation, de recherche bibliographique ou de résolution du problème, en indiquant les aspects qui pourraient être améliorés.
Tirer des conclusions des résultats Tableau de synthèse de la C3 Argumenter les causes et les solutions possibles de problèmes importants sur le plan environnemental, sanitaire et socioéconomique en s'appuyant sur des données probantes et des modèles C3 Proposer des actions durables ou favorables à la santé en lien avec des problèmes sociocientifiques à fondement chimique Identifier des questions sociocientifiques importantes liées à la chimie Élaborer des argumentations scientifiques fondées sur l'analyse des données ou des preuves disponibles Évaluer de manière critique les apports de la chimie au bien-être des personnes et à la durabilité de la planète Critères d'évaluation CA1.
Cohérence CA2.
Efficience CA3.
Esprit critique Attentes de fin de cycle À la fin du baccalauréat, l'élève identifie des questions sociocientifiques importantes liées à la chimie, telles que la problématique de l'effet de serre, la pollution produite par la combustion des combustibles fossiles ou la production de déchets radioactifs dans les centrales nucléaires.
Il évalue et argumente également avec esprit critique les apports de la chimie au bien-être des personnes et à la durabilité de la planète, en analysant les contributions positives de la chimie à la prévention et au traitement des maladies, au développement de l'agriculture ou à la conservation des aliments, entre autres.
Parallèlement, il est également conscient des contreparties négatives qu'ont pu avoir sur l'environnement le développement et l'utilisation de produits chimiques tels que les engrais, les pesticides ou les chlorofluorocarbures, ou de certains effets nocifs de certains médicaments ou additifs alimentaires sur la santé.
Ce faisant, l'élève recherche l'information pertinente, confronte l'information provenant de diverses sources, argumente avec cohérence au regard des données ou des preuves trouvées, en débat avec ses camarades pour parvenir à des conclusions consensuelles et propose des actions efficientes pour résoudre les problématiques soulevées.