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Programme Chimie BAC S

. Introduction : les questions qui se posent au chimiste . La transformation d'un système chimique est-elle toujours rapide ? . Le sens 'spontané' d'évolution d'un système est-il prévisible? . Comment le chimiste contrôle-t-il les transformations de la matière? . Extraire et identifier des espèces chimiques . Créer et reproduire des espèces chimiques . Effectuer des contrôles de qualité . élaborer un 'produit' de consommation : de la matière première à la formulation . La transformation d'un système chimique est-elle toujours totale ?

Enseignement obligatoire

Introduction : les questions qui se posent au chimiste

Inventorier les activités du chimiste et les enjeux de la chimie dans la société.
Dégager quelques questions qui se posent au chimiste dans ses activités professionnelles

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

Transformations lentes et rapides
- Mise en évidence expérimentale de transformations lentes et rapides.
- Mise en évidence expérimentale des facteurs cinétiques : température et concentration des réactifs.
- Rappels sur les couples oxydant/réducteur et sur l'écriture des équations de réactions d'oxydoréduction.
Suivi temporel d'une transformation
- Tracé des courbes d'évolution de quantité de matière ou de concentration d'une espèce et de l'avancement de la réaction au cours du temps : utilisation du tableau descriptif d'évolution du système chimique, exploitation des expériences.
- Vitesse de réaction :
Définition de la vitesse volumique de réaction exprimée en unité de quantité de matière par unité
de temps et de volume.
où x est l'avancement de la réaction et V le volume de la solution.
ÿvolution de la vitesse de réaction au cours du temps.

- Temps de demi-réaction noté :
Définition et méthodes de détermination. Choix d'une méthode de suivi de la transformation selon la valeur de .
- Une nouvelle technique d'analyse, la spectrophotométrie : L'absorbance A, grandeur mesurée par le spectrophotomètre.
Relation entre l'absorbance et la concentration effective d'une espèce colorée en solution, pour une longueur d'onde donnée et pour une épaisseur de solution traversée donnée.
Suivi de la cinétique d'une transformation chimique par spectrophotométrie.
Quelle interprétation donner au niveau microscopique ?
-Interprétation de la réaction chimique en termes de chocs efficaces.
-Interprétation de l'influence de la concentration des entités réactives et de la température sur le nombre de chocs et de chocs efficaces par unité de temps.

Le sens 'spontané' d'évolution d'un système est-il prévisible?

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

Un système chimique évolue spontanément vers l'état d'équilibre
- Quotient de réaction, : expression littérale (rappel) et calcul de sa valeur pour un état quelconque donné d'un système.
- Au cours du temps, la valeur du quotient de réaction tend vers la constante d'équilibre (critère d'évolution spontanée).
- Illustration de ce critère sur des réactions acido-basiques et des réactions d'oxydoréduction.
Les piles, dispositifs mettant en jeu des transformations spontanées permettant de récupérer de l'énergie
- Transferts spontanés d'électrons entre des espèces chimiques (mélangées ou séparées) de deux couples oxydant/réducteur du type ion métallique/métal, .
- Constitution et fonctionnement d'une pile : observation du sens de circulation du courant électrique, mouvement des porteurs de charges, rôle du pont salin, réactions aux électrodes. La pile, système hors équilibre au cours de son fonctionnement en générateur.
Lors de l'évolution spontanée, la valeur du quotient de réaction tend vers la constante d'équilibre. La pile à l'équilibre "pile usée" : quantité d'électricité maximale débitée dans un circuit.
- Force électromotrice d'une pile (f.é.m.) E : mesure, polarité des électrodes, sens de circulation du courant (en lien avec le cours de physique).
- Exemple de pile usuelle.
Exemples de transformations forcées- Mise en évidence expérimentale de la possibilité, dans certains cas, de changer le sens d'évolution d'un système en imposant un courant de sens inverse à celui observé lorsque le système évolue spontanément (transformation forcée).
- Réactions aux électrodes, anode et cathode.
- Application à l'électrolyse : principe et exemples d'applications courantes et industrielles.

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

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

Les réactions d'estérification et d'hydrolyse
- Formation d'un ester à partir d'un acide et d'un alcool, écriture de l'équation de réaction correspondante, appelée réaction d'estérification.
- Hydrolyse d'un ester, écriture de l'équation de la réaction correspondante.
- Mise en évidence expérimentale d'un d'équilibre lors des transformations faisant intervenir des réactions d'estérification et d'hydrolyse.
- Définition du rendement d'une transformation.
- Définition d'un catalyseur.
- Contrôle de la vitesse de réaction : température et catalyseur.
- Contrôle de l'état final d'un système : d'un réactif ou élimination d'un produit.
Des exemples de contrôle de l'évolution de systèmes chimiques pris dans l'industrie chimique et dans les sciences de la vie
- Changement d'un réactif
Synthèse d'un ester à partir d'un anhydride d'acide et d'un alcool. Hydrolyse basique des esters : applications à la saponification des corps gras (préparations et propriétés des savons, relations structure-propriétés).
- Utilisation de la catalyse
Catalyse homogène, hétérogène, enzymatique sélectivité des catalyseurs.

Enseignement de spécialité

Extraire et identifier des espèces chimiques

Techniques mises en jeu et activités

Extraction
- Eugénol dans le clou de girofle.
- Citral et limonène dans l'écorce de citron, d'orange et dans les feuilles de verveine.
- Trimyristine dans la noix de muscade.
- Acide gallique dans la poudre de Tara.

Chromatographie (adsorption et partage) sur couche mince, sur papier ou sur colonne (pipette Pasteur)
- Colorants alimentaires dans un sirop, dans une boisson rafraîchissante sans alcool ou dans une confiserie.
- Colorants du paprika.
- Sucres dans un jus de fruit.
- Identification des principes actifs dans un médicament (aspirine, paracétamol et caféine).
- Analyse d'un laiton.
- Acides aminés, produits d'hydrolyse de l'aspartame.
- Pigments dans les plantes vertes (épinard, oseille, etc.).

Réinvestissements
Relations structure-propriétés.

Créer et reproduire des espèces chimiques

Techniques mises en ?uvre lors d'une synthèse
- Conservateur alimentaire : acide benzoïque.
- Colorant alimentaire : amarante.
- Arôme : vanilline.
- Synthèse d'une imine présentant les propriétés d'un cristal liquide.
- Synthèse d'un amide à propriétés analgésiques : le paracétamol.
- Synthèse d'un polyamide : le nylon. Réinvestissements
Groupes caractéristiques.
équilibre chimique.
Tableau descriptif de l'évolution d'un système chimique.
Contrôle d'une transformation chimique.

Effectuer des contrôles de qualité

Techniques mises en jeu et activités

ÿtalonnage
- Ions fer dans un vin ou dans une bande magnétique.
- "Chlore" dans une eau de piscine.
- Colorant alimentaire dans des confiseries.
- Cuivre dans un laiton.
- Bleu de méthylène dans un collyre.

Titrage direct (d), indirect (i)

Réaction d'oxydoréduction
- Vitamine C dans un jus de citron (d ou i).
- éthanol dans un vin (i).
- Eau oxygénée officinale (d).
- Eau de Javel (i).
- Dioxyde de soufre total dans un vin blanc (i).
- Ions fer dans un produit phytosanitaire, un minerai ou une bande magnétique (i).

Réaction acido-basique
Titrages directs suivis par pH-métrie ou indicateur de fin de réaction.
Titrage de l'acide
- Acide lactique dans un lait.
- Vitamine C dans un comprimé.
- Indice d'acide d'une huile.
Titrage de la base
- Ions hydrogénocarbonate dans une eau minérale ou dans une solution de perfusion de pharmacie.
- Ammoniaque de droguerie.

Autres réactions
Réaction de précipitation
Indicateur de fin de réaction
- Ions chlorure dans une eau ou dans un absorbeur d'humidité (d).
- Ions argent dans un papier ou un film photographique (d).
Conductimétrie
- Ions chlorure dans une eau minérale (d).
- Ions sulfate dans une eau minérale (d).
- Métal lourd dans une eau usée (ions argent, ions plomb(II), etc.) (d).
Réaction de complexation, avec indicateur de fin de réaction
- Ions calcium et magnésium dans une eau minérale (d).
- Ions calcium seuls dans une eau minérale ou dans un absorbeur d'humidité (d).
Autres
- Indice d'iode d'une huile (insaturation) par le réactif de Wijs (i).

Réinvestissements
Réactions acido-basiques.
Réactions d'oxydoréduction.
Tableau descriptif de l'évolution d'un système chimique.
équivalence.
Domaine de prédominance des espèces chimiques.
Grandeurs physiques : absorbance, conductance, pH.

élaborer un 'produit' de consommation : de la matière première à la formulation

Techniques mises en jeu et activités

Séparer
Illustrations de quelques procédés utilisés en hydrométallurgie
Production d'un oxyde à partir d'un minerai :
- alumine, une étape dans l'élaboration de l'aluminium,
- dioxyde de titane(IV), une étape dans l'élaboration du titane.
Séparation :
- des ions fer(III) des ions zinc(II), une étape dans l'élaboration du zinc,
- des ions fer(III) des ions cuivre(II), une étape dans l'élaboration du cuivre.

électrolyser
Purifier, protéger (contre la corrosion), embellir, récupérer
Affinage du cuivre.
Dépôt électrolytique :
- anodisation de l'aluminium,
- étamage électrolytique de l'acier,
- électrozingage.
Récupération de l'étain (traitements d'effluents liquides).

Formuler, conditionner
Recherche documentaire avec support expérimental chaque fois que possible
- les différentes formulations de l'aspirine et du paracétamol,
- les conservateurs alimentaires,
- les emballages alimentaires.

Réinvestissements
Réactions acido-basiques.
Réactions d'oxydoréduction.
électrolyse.

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

Une transformation chimique n'est pas toujours totale et la réaction a lieu dans les deux sens
- Introduction du pH et de sa mesure.
- Mise en évidence expérimentale sur une transformation chimique donnée, d'un avancement final différent de l'avancement maximal.
- Symbolisme d'écriture de l'équation de la réaction : le signe égal =.
- ÿtat d'équilibre d'un système chimique.
- Taux d'avancement final d'une réaction :

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

ÿtat d'équilibre d'un système
- Quotient de réaction,

: expression littérale en fonction des concentrations molaires des espèces dissoutes pour un état donné du système.
- Généralisation à divers exemples en solution aqueuse homogène ou hétérogène (présence de solides).
- Détermination de la valeur du quotient de réaction dans l'état d'équilibre du système, noté

- Constante d'équilibre K associée à l'équation d'une réaction, à une température donnée.
- Influence de l'état initial d'un système sur le taux d'avancement final d'une réaction.

Transformations associées à des réactions acido-basiques en solution aqueuse
- Autoprotolyse de l'eau; constante d'équilibre appelée produit ionique de l'eau, notée

.
- ÿchelle de pH : solution acide, basique et neutre.
- Constante d'acidité, notée

.
- Comparaison du comportement en solution, à concentration identique, des acides entre eux et des bases entre elles.
- Constante d'équilibre associée à une réaction acido-basique.
- Diagrammes de prédominance et de distribution d'espèces acides et basiques en solution.
- Zone de virage d'un indicateur coloré acido-basique.
- Titrage pH-métrique d'un acide ou d'une base dans l'eau en vue de déterminer le volume versé à l'équivalence et de choisir un indicateur coloré acido-basique pour un titrage.
- Qu'en est-il des transformations totales ?
Détermination du taux d'avancement final d'une réaction sur un exemple de titrage acido-basique.

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