Enseignement de spécialité 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 (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 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 médicaments État physique solide Données physico-chimiques + Sécurité CCM plaque de silice Chromato. papier Éluant chromato. divers propan-2-ol/ ammoniaque acétate d’éthyle/ éther diméthylique Révélation chromato. visuelle UV Réinvestissements autres que A11 et A12 Relation structure-propriétés

Partie A : un exemple Chromatographie de partage sur papier 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 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 éluant 4 eau salée à 20 g.L-1

Prolongements possibles Structure moléculaire et couleur composés aromatiques lien avec le programme de physique

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 425 nm 450 nm 640 nm Spectre d’absorption du sirop de menthe 640 nm 425 nm Spectre d’absorption du bleu patenté V

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) + (CH3CO)2O excès + anhydride restant excès + anhydride restant + CH3CO2H 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 pH < 4,5 pH > 12 Titrage par les ions hydroxyde : Titrage par les ions oxonium :

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 = 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 < K : le système évolue vers la 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

(bauxite rouge de l’Hérault) 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 54 Fe2O3 20 Al2O3, n H2O 54 Fe2O3 20 SiO2 4 TiO2 3 H2O 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 précipitation de l’hydroxyde d’aluminium calcination de l’hydroxyde d’aluminium traitement des « impuretés » solides : dissolution en milieu acide de l’oxyde de fer dissolution de l’alumine décantation et filtration dissolution de l’alumine décantation et filtration précipitation de l’hydroxyde d’aluminium calcination de l’hydroxyde d’aluminium 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 et prochainement sur le site Eduscol Appels à contributions davous@ccr.jussieu.fr Offres de formation : hydrométallurgie, J.L. Vignes, IUFM Créteil