Transcript Chimie Terminale S Enseignement de spécialité Découpage horaire • 11 séances TP ou activités • 3 séances exercices et évaluation Objectifs • Consolider et diversifier la culture scientifique • Développer des.

Chimie Terminale S
Enseignement de
spécialité
Découpage horaire
• 11 séances
TP ou activités
• 3 séances
exercices et évaluation
Objectifs
• Consolider et diversifier la
culture scientifique
• Développer des compétences
expérimentales
Progressions possibles
• Les activités du chimiste
(selon les quatre parties du B.O.)
• Thème directeur
Une contrainte
articuler enseignement obligatoire et
enseignement de spécialité
Document d’accompagnement
• 40 documents rédigés pour
– exercer un choix pédagogique
– réaliser différents types d’activités
• Quelques références bibliographiques
d’autres manipulations envisageables
• Des documents complémentaires à
l’intention de l’enseignant
Choix pédagogique
• Centrer sur la compréhension des
protocoles et des techniques
• Permettre un travail par thème
• Respecter la liberté pédagogique
de l’enseignant
Types d’activités
• Manipulation élève
• Autres activités
– recherche documentaire
– étude d’un texte
– analyse d’un protocole écrit ou
d’une manipulation filmée
– etc.
• Exercices d’entraînement
Onze séances autour
d’un thème…
• Textile et papier
• Médecine et pharmacie
• Boissons et alimentation
• Chimie et art
• Chimie et agriculture
Thème
« médecine et pharmacie »
Partie A
(2 séances)
• Extraction de l’eugénol (A01)
• Principes actifs d’un médicament (A07)
Partie B
(2 séances)
• Synthèse du paracétamol (B1)
• Synthèse de l’essence de Wintergreen (B4)
ou synthèse d’un polyester biodégradable
(fil chirurgical)
Thème
« médecine et pharmacie »
Partie C
(4 séances)
• Bleu de méthylène dans un collyre (C01)
• Vitamine C dans un comprimé et/ou eau
oxygénée officinale (oxydoréduction)
• Ions bicarbonate dans un comprimé (acidebase) (C09)
• Ions chlorure dans un lait maternisé
(conductimétrie) (C14)
• Ions calcium et magnésium dans un
comprimé (complexation) (C12)
Thème
« médecine et pharmacie »
Partie D
(3 séances)
• Préparation de l’alumine : matière première
des pâtes dentifrice, pansements
gastriques (D1)
• Formulation d’un médicament (activité
documentaire)
• « Dans la poubelle du pharmacien… »
(activité documentaire)
Tableaux récapitulatifs
Pour choisir une manipulation
en fonction
• de l’espèce chimique extraite,
synthétisée, dosée…
• des techniques mises en œuvre
• des réinvestissements possibles
• du thème directeur choisi
• du domaine d’application
TP
A05
A06
A07
Espèce identifiée
bleu patenté
(E131), jaune de
tartrazine (E102)
rouge cochenille
(E124), rouge
allura (E129)
aspirine,
paracétamol,
caféine
Lien avec le
quotidien
colorants
alimentaires
colorants
alimentaires
médicaments
État physique
solide
solide
solide
Données physicochimiques
+
+
Sécurité
CCM plaque de
silice
+
Chromato. papier
+
Éluant chromato.
divers
propan-2-ol/
ammoniaque
acétate d’éthyle/
éther diméthylique
Révélation
chromato.
visuelle
visuelle
UV
Réinvestissements
autres que A11 et
A12
Relation structurepropriétés
Relation structurepropriétés
Partie A : un exemple
A05 – Colorants alimentaires dans un sirop
• Chromatographie de partage sur
papier
• Influence de la nature de l’éluant
(relation structure-propriétés)
• Mise en œuvre d’une technique
d’extraction des colorants
(fixation sur la laine)
Choix de l’éluant
éluant 1
éluant 2
éluant 3
éluant 4
éluant 5
éluant 6
eau pure
éthanol à
95°
éthanol/eau
dans le
rapport
50/50 en
volume
eau salée à
20 g.L-1
eau salée à
100 g.L-1
éthanol/eau
salée à 40
g.L-1 dans
le rapport
50/50 en
volume
Prolongements possibles
• Structure moléculaire et couleur
– composés aromatiques
– lien avec le programme de
physique
SO3
C 2H5
O
N
C
N
C 2H5
N
O
2+
+ 1/2 Ca
Bleu patenté
N
+
+ 3 Na
OH
N
OH
jaune de tartrazine
C 2H5
SO3
+
N
C 2H5
SO3
SO3
Prolongements possibles
• Spectres d’absorption des
colorants du sirop de menthe
Situation
« Au vu des spectres d’absorption, est-il
possible de déterminer les
concentrations des deux espèces
contenues dans le sirop de menthe ? »
Spectre d’absorption du jaune de tartrazine
Spectre d’absorption du sirop de menthe
Spectre d’absorption du bleu patenté V
425 nm
640 nm
425 nm
450 nm
640 nm
Partie B
• Compétences exigibles
– compétences expérimentales,
différentes techniques, sécurité
– justification des étapes d’un protocole
– groupe caractéristique amide
• Réinvestissements Seconde et Première S
• Approfondissements enseignement
obligatoire de Terminale S
Réinvestissements
Seconde et Première S
• Lire et écrire des formules
chimiques
– squelettes carbonés
– groupes caractéristiques
– isomérie Z et E
• Reconnaître des types de réactions
• Tableau descriptif de l’évolution du
système
Approfondissements enseignement
obligatoire de Terminale S
• État d’équilibre d’un système,
rendement
• Contrôle de la transformation
• Réactions compétitives
• Groupes caractéristiques (ester,
anhydride d’acide)
Synthèses proposées
•
•
•
•
•
•
•
Paracétamol
Butanone
Acide benzoïque
Esters odorants
Vanilline
Synthèses proposées en Première S
Autres…
Une étape dans la synthèse
du paracétamol (B1)
HO
NH2 + (CH3CO)2O
excès
HO
NHCOCH3 + CH3CO2H
+ anhydride restant
dans eau + acide acétique
• Familles de composés
• Contrôle de la transformation
• Réaction entre deux groupes caractéristiques
• Réactions compétitives ?
• Contrôle qualité
Partie C
Effectuer des contrôles de qualité
• Dosages par étalonnage
• Titrages directs ou indirects
- réaction d’oxydoréduction
- réaction acido-basique
- autres (précipitation et complexation)
Partie C : des exemples
C09 – Ions hydrogénocarbonate
contenus dans une eau de boisson
Situation
À l’aide du diagramme de distribution des
espèces, quel réactif titrant utiliser pour
doser une espèce ampholyte : espèce acide
ou espèce basique ?
Choix du réactif titrant
Diagramme de distribution des espèces
% 100
% CO2 ,H2 O
90
% CO 23 (aq)
80
70
60
50
40
30
% HCO -3 (aq)
20
10
pH
0
0
2
4
pH < 4,5
6
8
10
12
pH > 12
14
Titrage par les ions hydroxyde : HCO-3 (aq) + HO- (aq) = H2O + CO23 (aq)
Titrage par les ions oxonium : HCO-3 (aq) + H3O+ = CO2 ,H2O + H2O
Démarche
• Titrage des ions hydrogénocarbonate
– à l’aide d’un pH-mètre
– à l’aide d’un indicateur coloré approprié
Utilisation possible d’un logiciel de simulation
• Comparaison à l’information portée
sur l’étiquette
Partie C : des exemples
C14 – Ions chlorure dans un lait
• Titrage des ions chlorure suivi par
conductimétrie
• Application du critère d’évolution
pour justifier le choix du réactif
titrant
Courbe de titrage conductimétrique
Courbe d’évolution de la conductivité de la solution de lait en
fonction du volume, V, de la solution de nitrate d’argent versé

 (10-3 mS.cm-1)
400
380
360
340
320
2
4
6
8
10
12
14

16

18

V (mL)
Application du critère d’évolution
pour la réaction support du titrage
Situation
1,0 mL de solution de nitrate d’argent de concentration molaire
1,0.10-2 mol.L-1 est ajouté à 250 mL de lait préalablement dilué
contenant 1,0 g.L-1 d’ions chlorure.
Ag+(aq) + Cl-(aq) = AgCl(s)
K = 109,7  5,0.109
[Ag+] = 4,0.10-5 mol.L-1 et [Cl-] = 2,8.10-4 mol.L-1
Calcul de Qr,i dans l’état initial du système :
Qr,i =
1
7
»
8,9.10
Qr,i < K : le système évolue vers la
[Ag+ ]i ×[Cl- ]i
formation du chlorure d’argent (sens direct)
K = 5,0.109
Des manipulations connues…
Des réinvestissements possibles
• Application du critère
d’évolution pour les titrages
• Réactions compétitives
– indicateurs de fin de réaction
(précipitation, complexation, oxydoréduction)
– diagrammes de distribution
• Groupes caractéristiques
• Types de réactions…
Partie D : de la matière
première à la formulation
• Séparer : une étape dans
l’élaboration d’un métal
• Électrolyser : fabriquer, purifier,
protéger, embellir
• Formuler, conditionner
• Récupérer
3 séances
Partie D : un exemple
D1 – Production d’un oxyde, l’alumine, à
partir d’un minerai, la bauxite
Pourcentage en masse
(bauxite rouge de l’Hérault)
Al2O3, n H2O
Fe2O3
SiO2
54
20
4
TiO2
H2O
3
19
Démarche et objectifs
• Expériences simples
– comprendre le principe de
l’extraction de l’alumine
– mettre en évidence l’importance
d’une propriété, l’acidobasicité,
sur un procédé industriel
Démarche et objectifs
• Purification de l’alumine en quatre
étapes
– dissolution de l’alumine contenue dans
le minerai en milieu basique
– élimination des impuretés par
décantation et filtration
– régénération de l’alumine par
précipitation de l’hydroxyde d’aluminium
– calcination de l’hydroxyde d’aluminium :
obtention de l’alumine purifiée
Prolongement expérimental possible
dosage de l’élément fer dans la bauxite
dissolution de l’alumine
décantation et filtration
traitement des « impuretés » solides :
dissolution en milieu acide de l’oxyde de fer
précipitation de l’hydroxyde d’aluminium
calcination de l’hydroxyde d’aluminium
Dosage de l’élément fer
• Réduction des ions fer(III) en
ions fer(II) par le zinc
• Titrage d’oxydoréduction par
les ions dichromate
Prolongements possibles
en activité documentaire
• Extraction industrielle de l’alumine à partir
de la bauxite : procédé Bayer
• Principe de la réduction électrolytique de
l’oxyde d’aluminium liquide
• L’industrie de l’aluminium, quels risques
pour la santé ?
• Le tri sélectif des déchets et récupération
de l’aluminium
Usine d’aluminium, Gardanne, 15 mai 1898
L’alumine à Gardanne de 1893 à nos jours, P. MIOCHE, PUG 1994
Pour finir…
• Le document d’accompagnement à
paraître au fur et à mesure
http://membres.lycos.fr/groupexperts ou
http://groupexperts.dyndns.org
et prochainement sur le site Eduscol
• Appels à contributions
[email protected]
• Offres de formation : hydrométallurgie,
J.L. Vignes, IUFM Créteil