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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

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

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Masse, volume, pression

Grandeurs physiques liées aux quantités de matière solide ou liquide (masse, volume), et gazeuse (masse, volume, pression).

Volume molaire d'un gaz parfait à pression et tempé­rature connues.

2. Concentration; solutions électrolytiques

Solide ionique.

Obtention d'une solution électrolytique par dissolution de solides ioniques, de liquides ou de gaz dans l'eau.

Caractère dipolaire d'une molécule (dipôle permanent) : exemples de la molécule de chlorure d'hydrogène et de la molécule d'eau ; corrélation avec la classification périodique des éléments.

Solvatation des ions; interaction entre les ions dis­sous et les molécules d'eau.

Cas particulier du proton.

Concentration molaire de soluté apporté, notée c, et concentration molaire effective des espèces dissoutes, notée [X].

3. Applications au suivi d'une transformation chimique

Évolution d'un système au cours d'une transformation chimique : avancement, tableau descriptif de l'évolution et bilan de matière.

Choisir le matériel de laboratoire en fonction d'un objectif et l'utiliser correctement.

Savoir utiliser une documentation pour connaître les dangers des «produits» utilisés, pour identifier sur l'étiquette d'un flacon les phrases de risque et de sécurité et déduire la conduite à tenir en cas d'acci­dent.

Connaître l'équation des gaz parfaits : pV = nRT et l'utiliser pour déterminer une quantité de matière (n), connaissant les autres facteurs (p, V et T).

Déterminer la quantité de matière d'un solide à partir de sa masse et celle d'un soluté moléculaire en solution à partir de sa concentration molaire et du volume de la solution homogène.

Savoir que, dans un solide ionique, l'attraction entre un ion et ses plus proches voisins est assurée par l'interaction coulombienne.

Écrire l'équation de la réaction associée à la dissolution dans l'eau d'une espèce conduisant à une solu­tion électrolytique.

À partir des quantités de matière apportées et du volume de solution, déterminer la concentration molaire d'une solution électrolytique et la distinguer de la concentration molaire effective des ions.

Rendre compte du caractère dipolaire de la molécule d'eau selon la nature des atomes et la structure géométrique de la molécule.

Savoir que les ions en solution sont solvatés.

Décrire l'évolution des quantités de matière dans un système chimique au cours d'une transformation en fonction de l'avancement de la réaction.

Déterminer le réactif limitant connaissant l'équation de la réaction et les quantités initiales des réactifs.

Prévoir le volume final (la pression étant connue) ou la pression finale (le volume étant connu) d'un système produisant une quantité de matière, n, d'un gaz à température constante, T.

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Conductance d'une solution ionique, G

Méthode de mesure de la conductance.

Grandeurs d'influence (température et état de surface des électrodes, surface des électrodes, distance entre elles, nature et concentration de la solution).

Courbe d'étalonnage G = f(c).

2. Conductivité d'une solution ionique, σ

Définition à partir de la relation G = σ.S/L.

Relation entre σ et c.

3. Conductivité molaire ionique, λ_i et relation entre les conductivités molaires ioniques et la conductivité d'une solution

Utilisation d'un tableau des conductivités molaires ioniques des ions les plus courants.

Comparaison des conductivités molaires ioniques des ions H⁺_(aq) et HO^-_(aq) à celles d'autres ions.

Limites de la méthode d'étalonnage

Savoir que la présence d'ions est nécessaire pour assurer le caractère conducteur d'une solution.

Relation entre résistance et conductance.

Connaître les grandeurs d'influence (S, L, c).

Relation entre la conductance mesurée et la conduc­tivité d'une solution électrolytique.

Réaliser une gamme de solutions de différentes concentrations à partir d'une solution mère et tracer la courbe d'étalonnage G = f(c).

Exploiter cette courbe pour déterminer la concentration inconnue d'une solution.

Utiliser la relation qui existe entre la conductivité d'une solution ionique peu concentrée, les conductivités molaires ioniques des ions présents et leurs concentrations molaires.

Interpréter les résultats de mesures de conductance de plusieurs solutions de même concentration et possédant un ion commun.

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Réactions acido-basiques

Exemples de réactions acido-basiques comme réactions impliquant des transferts de protons.

À partir de l'écriture de chacune des réactions, faire émerger la définition d'un acide et d'une base au sens de Brönsted.

Quelques acides et bases usuels.

Couple acide/base.

Couples de l'eau : H₃0⁺ / H₂0 ; H₂0 / HO^-_(aq)

L'eau est ampholyte.

2. Réactions d'oxydoréduction

Exemples de réactions d'oxydoréduction comme réactions impliquant des transferts d'électrons.

À partir de l'écriture de chacune des réactions, faire émerger, dans des cas simples, la définition d'un oxy­dant et d'un réducteur.

Couple oxydant/réducteur.

Mise en évidence de la nécessité d'une méthode et d'un formalisme pour écrire l'équation d'une réaction d'oxydoréduction.

Utilisation du tableau périodique pour donner des exemples de réducteurs (les métaux) et d'oxydants parmi les non-métaux (dihalogènes et dioxygène).

3. Dosages (ou titrages) directs

La réaction chimique comme outil de détermination des quantités de matière.

Utilisation d'un tableau décrivant l'évolution du système au cours du dosage.

Equivalence lors d'un dosage.

 Définir un acide et une base au sens de Brönsted.

Connaître quelques couples acide/base et y reconnaître l'acide et la base :

- H₃0⁺ / H₂0

- H₂0 / HO^-_(aq)

- NH₄⁺_(aq) / NH_{3 (aq)}

- CH₃CO₂H_(aq) / CH₃CO₂^-_(aq)

Savoir écrire l'équation d'une réaction acido-basique.

Définir un oxydant et un réducteur.

Reconnaître l'oxydant et le réducteur de quelques couples :

- H⁺_(aq) / H_{2 (g)},

- Mn⁺_(aq) / M (s) (cation métallique/métal),

- Fe³⁺_(aq) / Fe²⁺_(aq),

- MnO^4-_(aq) / Mn²⁺_(aq),

- I_{2 (aq)} / I^-_(aq),

- S₄0₆^2-_(aq) / S₂0₃^2-_(aq)

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

Savoir définir l'équivalence lors d'un dosage; en déduire la quantité de matière du réactif dosé.

Estimer la précision du dosage (justification du nombre de

chiffres significatifs employés).

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Qu'est-ce que la chimie organique ?

Cerner le champ de la chimie organique. Ressources naturelles : photosynthèse, synthèses bio­chimiques et hydrocarbures fossiles.

2. Le carbone élément de base de la chimie orga­nique

Comment l'atome de carbone établit-il des liaisons avec d'autres atomes?

3. Quelques dates dans l'histoire de la chimie organique

4. L'omniprésence de la chimie organique

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

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

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Introduction

Une molécule organique comporte un squelette carboné et éventuellement des groupes caractéristiques.

2. Le squelette carboné

a) La diversité des chaînes carbonées

-Chaîne linéaire, ramifiée ou cyclique saturée et insaturée.

Formule brute, formule semi-développée plane, approche de l'écriture topologique, isomérie de cons­titution mise en évidence sur quelques exemples sim­ples de l'isomérie Z et E.

- Influence de la chaîne carbonée sur les propriétés physiques : température d'ébullition, densité, solubilité (les exemples sont pris sur des chaînes saturées).

- Application à la distillation fractionnée.

b) La modification du squelette carboné Allonger, raccourcir, ramifier, cycliser, ou déshydrogéner à partir de quelques applications industrielles : chimie du pétrole, polyaddition des akènes et des dérivés éthyléniques.

3. Les groupes caractéristiques : initiation à la réactivité

a) Reconnaître les familles de composés : aminé, composé halogène, alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique.

b) Illustrer la réactivité des alcools : oxydation, déshydratation (élimination) passage aux composés halogènes (substitution).

c) Passage d'un groupe caractéristique à un autre : quelques exemples au laboratoire et dans l'industrie.

Reconnaître une chaîne carbonée saturée linéaire ou non.

Donner le nom des alcanes (en se limitant aux alcanes comportant une chaîne de 6 atomes de carbone au plus).

Reconnaître la présence d'une liaison double sur une chaîne carbonée (alcènes et dérivés éthyléniques).

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

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

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

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

Lors de la réaction d'un alcool, reconnaître s'il s'agit d'une réaction d'oxydation, de déshydratation (élimination) ou de substitution. Connaître les familles de composés obtenus par oxy­dation ménagée d'un alcool.

Écrire la réaction d'oxydation d'un alcool par les ions permanganate en milieu acide.

Mettre en ouvre au laboratoire une extraction par solvant, un chauffage à reflux, une filtration sous vide, une CCM, une distillation en justifiant du choix du matériel à utiliser.

Déterminer la valeur du rendement d'une synthèse.

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. La cohésion de la matière

La molécule : assemblage d'atomes; énergie de liaison d'une liaison AB, notée D_AB.

Les assemblages de molécules : le solide et le liquide comparés au gaz (ordre de grandeur des distances entre les molécules; de l'ordre au désordre); énergie de cohésion.

2. Les transformations de la matière : aspects énergétiques et effets thermiques associés Transformations chimiques.

Changements d'état.

Utiliser les énergies de liaison pour estimer l'ordre de grandeur de l'énergie transférée au cours d'une réaction mettant en jeu des espèces chimiques à l'état gazeux.

3. Quelques applications au quotidien des effets thermiques

Transports et chauffage : enjeux et conséquences sur l'environnement.

Être capable de donner une définition de l'énergie de liaison.

Savoir que l'énergie de cohésion de solides ou de liquides composés de molécules est un ordre de grandeur plus faible qu'une énergie de liaison.

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Particules élémentaires

Les constituants de la matière : neutrons, protons, électrons.

Charge élémentaire.

2. Interactions fondamentales

- La masse et l'interaction gravitationnelle ; loi de Newton.

- Les charges et l'interaction électrique ; loi de Coulomb ; direction, sens, valeur.

Phénomènes d'électrisation.

Isolants.

Conducteurs ; porteurs de charge : électrons et ions.

- Les nucléons et l'interaction forte

Deux interactions à l'ouvre dans le noyau : la répulsion coulombienne entre protons compensée, jusqu'à l'uranium, par une interaction attractive intense mais de courte portée.

3. Interactions et cohésion de la matière à diverses échelles

Échelle astronomique, échelle atomique et humaine, échelle du noyau.

Savoir que toute charge électrique est multiple d'une charge élémentaire.

Connaître l'ordre de grandeur du rapport des masses du nucléon et de l'électron.

Connaître l'ordre de grandeur du rayon d'un atome et d'un noyau.

Réaliser et interpréter des expériences simples mettant en jeu des phénomènes d'électrisation.
Connaître et savoir appliquer la loi de Coulomb.
Savoir que dans un métal une fraction des électrons est libre de se déplacer dans tout l'échantillon, alors que dans un isolant les déplacements des charges sont inférieurs à la taille atomique.

Savoir qu'au niveau du noyau s'exercent deux types d'interactions dont les effets sont opposés.

Savoir que la cohésion de la matière est assurée par :

- l'interaction gravitationnelle à l'échelle astronomique,

-l'interaction électromagnétique à l'échelle des atomes, des molécules et de la matière à notre échelle,

- l'interaction forte à l'échelle du noyau.

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1. Mouvement d'un solide indéformable

1.1. Vecteur vitesse d'un point du solide

1.2. Centre d'inertie d'un solide

1.3. Mouvement de translation d'un solide

1.4. Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe ; vitesse angulaire

2. Forces macroscopiques s'exerçant sur un solide

Actions exercées sur un solide ; exemples d'effets produits (maintien en équilibre, mise en mouvement de translation, mise en mouvement de rotation, déformations).

3. Une approche des lois de Newton appliquées au centre d'inertie

1ère loi : Principe d'inertie Ce principe n'est vrai que dans certains référentiels. Ces référentiels sont dit galiléens.

2e loi : Aspect semi-quantitatif : comparaison de la somme des forces et de la variation du vecteur vitesse du centre d'inertie dans un référentiel galiléen.

3e loi : Principe des actions réciproques

Sur un enregistrement réalisé ou donné, déterminer et représenter le vecteur vitesse d'un point mobile.

Savoir que le vecteur vitesse est le même pour tous les points d'un solide en translation.

Savoir que chaque point d'un solide en rotation autour d'un axe fixe a une trajectoire circulaire.

Pour un solide en rotation autour d'un axe fixe, relier la vitesse d'un point à la vitesse angulaire.

Identifier et représenter les actions qui s'exercent sur un solide.

Prévoir dans des cas simples la possibilité de mise en rotation d'un solide autour d'un axe fixe.

Connaître et appliquer les lois de Newton :

. Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse du centre d'inertie ne varie pas, la somme des forces qui s'exercent sur le solide est nulle et réciproquement.

. Dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse du centre d'inertie varie, la somme des forces qui s'exercent sur le solide n'est pas nulle. Sa direction et son sens sont ceux de la variation de entre deux instants proches.

. A et B étant deux corps, soient F_B/A la force exercée par B sur A et F_A/B la force exercée par A sur B.

Quel que soit l'état de mouvement de A par rapport à B on a toujours l'égalité vectorielle : F_A/B = - F_B/A (en vecteurs)

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

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Travail d'une force

1.1. Notion de travail d'une force

Effets possibles d'une force dont le point d'application se déplace.

1.2. Travail d'une force constante W = F.AB = F.AB.cos α

Unité de travail : le joule (symbole : J).

Expression du travail du poids d'un corps.

Travail moteur, travail résistant.

1.3. Puissance du travail d'une ou plusieurs forces

2. Le travail : un mode de transfert de l'énergie

2.1. Travail et énergie cinétique

Dans un référentiel terrestre, étude expérimentale de la

chute libre d'un corps au voisinage de la Terre ; travail du poids

Interprétation énergétique ; définition de l'énergie cinétique d'un solide en translation.

Généralisation : pour un solide en translation soumis à diverses forces

2.2. Travail et énergie potentielle de pesanteur

Énergie potentielle d'un solide en interaction avec la Terre ;

Cas particulier des situations localisées au voisinage de la Terre.

Relation E_pp = M.g.z

Transformation d'énergie potentielle en énergie cinétique dans le cas de la chute libre.

2.3. Travail et énergie interne

Quelques autres effets du travail reçu (déformations élastiques, élévation de température, changements d'état physico-chimiques).

Notion d'énergie interne.

3. Le transfert thermique

Un travail reçu peut produire une élévation de température d'un corps.

Une élévation identique de température peut être obtenue par transfert d'énergie sous une autre forme : le transfert thermique ; aspect microscopique.

Autre mode de transfert énergétique : le rayonnement.

Connaître quelques effets sur un solide de forces dont le ou les points d'application se déplacent.

Exprimer et calculer le travail d'une force constante.

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

Utiliser la relation P = W / Δt

Utiliser l'expression de l'énergie cinétique d'un solide en translation.

Mettre en ouvre un dispositif décrit.

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

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

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

Savoir que l'énergie reçue par travail peut aussi être «stockée» par un corps dont certaines propriétés physiques ou chimiques sont modifiées.

Savoir qu'à l'échelle macroscopique, un transfert thermique se fait spontanément du système dont la température est la plus élevée vers celui dont la température est la plus basse.

Prévoir sur des exemples simples le sens d'un transfert thermique.

Savoir que le rayonnement est un mode de transfert de l'énergie.

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Transferts d'énergie au niveau d'un générateur et d'un récepteur

1.1. Énergie électrique reçue par un récepteur, traversé par le courant d'intensité I, pendant Δt

Puissance électrique du transfert

1.2 Effet Joule : applications

1.3 Énergie électrique transférée du générateur au reste du circuit pendant la durée Δt : en fonction de la différence de potentiel ou tension entre les bornes positive et négative du générateur et de l'intensité du courant qui le traverse.

Puissance électrique du transfert.

1.4. Bilan du transfert d'énergie pendant la durée Δt.

Un récepteur absorbe une énergie électrique, en « dissipe » une partie et convertit le reste sous une autre forme (mécanique, chimique).

Un générateur transforme partiellement une forme d'énergie (mécanique, chimique) en énergie électrique disponible.

Le complément est « dissipé » sous forme thermique par effet Joule.

2. Comportement global d'un circuit

2.1. Distribution de l'énergie électrique pendant la durée Δt.

Justification énergétique des lois d'additivité des tensions et des intensités (loi des nouds).

12. Étude des paramètres influant sur l'énergie transférée par le générateur au reste d'un circuit résistif :

. Influence de la force électromotrice E

. Influence des résistances et de leurs associations

.Relation I = E / R_éq .

. Puissance maximale disponible aux bornes d'un générateur, tolérée par un récepteur.

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

Mesurer une différence de potentiel.

Mesurer l'intensité d'un courant.

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

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

Représenter sur un schéma une tension par une flèche.

Savoir que, dans un circuit où il n'y a qu'un générateur, le potentiel électrique est une grandeur qui décroît de la borne positive vers la borne négative.

Savoir que la grandeur « puissance électrique » permet d'évaluer la rapidité d'un transfert d'énergie.

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

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

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Champ magnétique

Action d'un aimant, d'un courant continu, sur une très courte aiguille aimantée.

Vecteur champ magnétique B : direction, sens, valeur et unité.

Exemples de lignes de champ magnétique ; champ magnétique uniforme.

Superposition de deux champs magnétiques (addition vectorielle)

2. Champ magnétique créé par un courant

Proportionnalité de la valeur du champ B et de l'intensité du courant en l'absence de milieux magnétiques.

Champ magnétique crée par un courant rectiligne et par un solénoïde.

3. Forces électromagnétiques

Loi de Laplace ; direction, sens, valeur de la force

4. Couplage électromécanique

Conversion d'énergie électrique en énergie mécanique. Rôle moteur des forces de Laplace.

Une petite aiguille aimantée permet d'obtenir la direction et le sens du champ magnétique dans une petite région de l'espace.

Les caractéristiques du vecteur champ magnétique.

Réaliser des spectres magnétiques.

Utiliser une sonde à effet Hall.

Les lignes de champ magnétique se renferment sur elles-mêmes.

Connaître la topographie du champ magnétique créé par un courant rectiligne et celui créé par un solénoïde.

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

Appliquer la loi de Laplace pour évaluer la force qui s'exerce sur une portion rectiligne de circuit.

Sur un schéma de principe donné, représenter la force de Laplace qui explicite le fonctionnement :

- d'un haut-parleur électrodynamique ;

- d'un moteur à courant continu.

 Connaître les ordres de grandeur de la puissance des moteurs électriques usuels.

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CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES

1. Conditions de visibilité d'un objet

Rôle de l'oil dans la vision directe des objets.

Propagation de la lumière : modèle du rayon lumineux ; point-objet.

Lentilles convergentes ; lentilles divergentes.

Critères simples de tri.

2. Images formées par les systèmes optiques

2.1. Images données par un miroir plan

Observation et localisation de l'image d'un objet donnée par un miroir plan.

Point-image conjugué d'un point objet.

Lois de la réflexion.

2.2. Images données par une lentille convergente Observation et localisation des images données par une lentille convergente.

Modélisation géométrique d'une len­tille mince convergente ; centre optique, foyers ; distance focale, vergence.

Modélisation analytique : relations de conjugaison et de grandissement des lentilles minces convergentes.

La loupe.

3. Un exemple d'appareil optique

Modélisation expérimentale d'un instrument d'optique simple : lunette astronomique, lunette terrestre ou jumelles, appareil de projection ou de rétroprojection...

Savoir que :

. un objet ne peut être vu que s'il est éclairé ou s'il émet de la lumière ;

. un objet ne peut être vu que si de la lumière provenant de cet objet arrive dans l'oil.

Savoir que lors de la vision d'une image à travers un système optique la lumière issue de l'objet pénètre dans l'oil après un parcours non rectiligne et que le cerveau l'interprète comme venant en ligne droite.

Localiser expérimentalement une image.

Déterminer graphiquement la position et la grandeur de l'image d'un point objet dans le cas d'un miroir plan.

Schématiser une lentille mince convergente et indiquer les positions de ses foyers et du centre optique.

Déterminer graphiquement la position de l'image d'un point-objet donnée par une lentille convergente.

Utiliser les relations de conjugaison des lentilles minces convergentes.

Utiliser le grandissement.

Être capable de faire un montage permettant de mesurer la distance focale d'une lentille convergente.

Être capable de prévoir le sens du déplacement d'une image consécutif à un déplacement de l'objet.

Comprendre les rôles des éléments constitutifs d'un appareil d'optique n'utilisant que des lentilles convergentes et des miroirs plans.