Document 7789994

Download Report

Transcript Document 7789994

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 ou synthèse d’un polyester biodégradable (fil chirurgical) (B4)

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 (acide base) (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

Espèce identifiée Lien avec le quotidien État physique Données physico chimiques Sécurité

A05

bleu patenté (E131), jaune de tartrazine (E102) colorants alimentaires solide +

A06

rouge cochenille (E124), rouge allura (E129) colorants alimentaires solide +

A07

aspirine, paracétamol, caféine médicaments solide CCM plaque de silice Chromato. papier Éluant chromato.

+ divers Révélation chromato.

Réinvestissements autres que

A11

et

A12

visuelle Relation structure propriétés + propan-2-ol/ ammoniaque visuelle Relation structure propriétés acétate d’éthyle/ éther diméthylique UV

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

eau pure

éluant 2

éthanol à 95 °

éluant 3

éthanol/eau dans le rapport 50/50 en volume 20 g.L

-1

éluant 5

eau salée à 100 g.L

-1

éluant 6

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

SO N N

+ + 3 Na

OH N jaune de tartrazine N O C O Bleu patenté C 2 5 N C 2 5

2+ + 1/2 Ca

OH SO C 2 5 + N C 2 5 SO 3 SO 3

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 425 nm 640 nm Spectre d’absorption du bleu patenté V 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 NH 2 + (CH 3 CO) 2 O HO NHCOCH 3 + CH 3 CO 2 H

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 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2

2

4

pH < 4,5

6 8 10

% HCO (aq)

12

pH > 12

14 pH

Titrage par les ions hydroxyde : Titrage par les ions oxonium : 3 2 3 3 + 2 2 2 2 3

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

                  

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

= 10 9,7  5,0.10

9 [Ag + ] = 4,0.10

-5 Calcul de

Q

r,i mol.L

-1 et [Cl ] = 2,8.10

-4 mol.L

-1 dans l’état initial du système :

Q

r,i = 1 i Ч i » 8,9.10

7

Q

r,i <

K

: le système évolue vers la formation du chlorure d’argent (sens direct)

K

= 5,0.10

9

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) Al 2 O 3 , n H 2 O Fe 2 O 3 SiO 2 TiO 2 H 2 O 4 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 traitement des « impuretés » solides : dissolution en milieu acide de l’oxyde de fer

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