Chapitre 1 La conduction électrique

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1 Chapitre 1 La conduction électrique
Les métaux dans notre environnement 1 Savoir reconnaître les métaux usuels 2. Les électrons dans un atome métallique  3. Sens de déplacement des électrons libres II. L’électron pour expliquer la conduction électrique dans les métaux Comment décrire la matière ? (rappels de 4ème) 2. Les électrons dans un atome métallique : 3. Sens de déplacement des électrons libres

2 IV Un nouveau modèle de l’atome : noyau et électrons
III. Les ions pour expliquer la conduction électrique dans les solutions aqueuses Quelles solutions sont conductrices d’électricité ? 2. Modèle de l’ion 3 Sens de déplacement des ions en solution IV Un nouveau modèle de l’atome : noyau et électrons Charge des atomes et des molécules 2. Structure d’un atome 3. Représentation d’un atome 4. Représentation d’un ion

3 Chapitre 2 Les solutions aqueuses
Les solutions aqueuses qui seront étudiées Les solutions acides et les solutions basiques 1 Mesure du pH 2. Le caractère acide ou basique des solutions aqueuses 3 Les pictogrammes de sécurité 4 Effet de la dilution sur le pH d’une solution aqueuse II Tests d’identification d’ions en solution 1. Tests d’identification à la soude de quelques ions métalliques

4 III Réaction de l’acide chlorhydrique avec le fer
1 Le bilan de la transformation chimique  2 Comment reconnaître une transformation chimique ? 3 Conservation des éléments et de la charge totale

5 Partie chimie Chapitre 1 La conduction électrique
plan1 Partie chimie Chapitre 1 La conduction électrique Les métaux dans notre environnement 1 Savoir reconnaître les métaux usuels Aller voir Act1 : Comment reconnaître quelques métaux ?

6 Est-il attiré pas un aimant ? Change-t-il d’aspect à l’air ambiant ?
plan1 Conclusion : Nom du métal Couleur Est-il attiré pas un aimant ? Densité Change-t-il d’aspect à l’air ambiant ? Fer Gris Oui Il rouille (rouge) Aluminium Gris Non Le moins dense zinc Gris Non Il s’oxyde (se ternit) Cuivre Rouge Non S’oxyde (couche verdâtre) Or Jaune Non Le plus dense Argent blanc non Le second plus dense S’oxyde un peu 2 . Les solides conducteurs Aller voir Act2 Tous les solides conduisent-ils le courant ?

7 II. L’électron pour expliquer la conduction électrique dans les métaux
plan1 II. L’électron pour expliquer la conduction électrique dans les métaux Comment décrire la matière ? (rappels de 4ème) Aller voir l’activité N°3 : Le modèle particulaire de la matière Conclusion  La matière est constituée de particules microscopiques, insécables, indéformables, séparées par du vide et dont la masse ne change pas : les atomes. 2. Les électrons dans un atome métallique : Schéma latome/électrons Chaque atome métallique possède un ou deux électrons qui peuvent sauter d’atomes en atomes. Ils sont appelés électrons libres, les autres sont appelés électrons liés.

8 2. Les électrons dans un atome métallique :
plan1 Schéma latome/électrons Chaque atome métallique possède un ou deux électrons qui peuvent sauter d’atomes en atomes. Ils sont appelés électrons libres, les autres sont appelés électrons liés. Dès qu’on impose une tension électrique entre les deux extrémités d’un métal, les électrons libres migrent d’atomes en atomes à quelque m/s. Dans un métal, le courant électrique est dû au déplacement des électrons libres. 3. Sens de déplacement des électrons libres Schéma:

9 3. Sens de déplacement des électrons libres
plan1 3. Sens de déplacement des électrons libres Schéma: G - + Atome de cuivre Electron libre Zoom sur les atomes du fil de cuivre Dans ce schéma les électrons liés ne sont pas représentés. Les électrons ont une charge électrique négative, donc les électrons libres sont attirés par la borne positive du générateur et repoussés par la borne négative du générateur. Le sens de déplacement des électrons libres (du moins vers le plus) est opposé au sens conventionnel du courant électrique (du plus vers le moins).

10 plan2 III. Les ions pour expliquer la conduction électrique dans les solutions aqueuses Quelles solutions conduisent le courant électriques ? Aller voir Activité N°4  Conclusion : Seules les solutions aqueuses qui contiennent des ions conduisent le courant électrique. Dans une solution aqueuse, le courant électrique est dû aux déplacements des ions dissous. 2. Modèle de l’ion Définition d’ion : Un ion est un atome ou un ensemble d’atomes qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Un ion est chargé positivement s’il a perdu un ou plusieurs électrons. Un ion est chargé négativement s’il a gagné un ou plusieurs électrons.

11 3 Sens de déplacement des ions en solution
plan2 3 Sens de déplacement des ions en solution Aller voir Activité N°5 : Le sens de migration des ions La démarche expérimentale : Hypothèse : tous les ions se déplacent dans le même sens. Protocole : on réalise un circuit en série en reliant un générateur et une solution d’ions positifs (Cu2+, couleur bleue) et d’ ions négatifs (MnO4- , couleur violette) contenue dans un tube en U. Schéma : Après quelques minutes G - + Solution ionique Observations : la solution se colore en violet du côté de la borne négative et en bleu du côté de la borne négative. Conclusion : les ions positifs (Cu2+, couleur bleue) sont attirés par la borne négative du générateur et les ions négatifs (MnO4- , couleur violette) sont attirés par la borne positive.

12 IV Un nouveau modèle de l’atome : noyau et électrons
plan2 Aller voir l’activité N°6 (DM) : Un modèle pour l’atome Charge des atomes et des molécules Les atomes contiennent autant de charges positives que de charges négatives Donc les atomes sont électriquement neutres. Une molécule est constituée d’atomes Or chaque atome est neutre Donc une molécule est électriquement neutre. 2. Structure d’un atome La dimension d’un atome est de l’ordre de 0,1 nm ( = m). Un atome est constitué d’un noyau dense, porteur de charges positives et environ 100 000 fois plus petit que l’atome. Le noyau est entouré d’électrons très légers, en mouvement autour du noyau, chargés négativement (de charge : -1 e).

13 3. Représentation d’un atome
plan2 3. Représentation d’un atome D’après la classification périodique : La charge du noyau de l’atome d’oxygène est La charge du noyau de l’atome d’azote est +8e + 7e Représentation de l’atome d’O : Représentation de l’atome d’N : Noyau + 7 e Noyau + 8 e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e Electron Electron O possède 8 électrons car un atome est électriquement neutre N possède 7 électrons car la charge totale d’un atome est nulle : (il doit posséder autant de charges positives que de charges négatives). -7e+7e=0e 4. Représentation d’un ion

14 Nom et formule de l’ion responsable de la couleur
plan3 Chapitre 2 Les solutions aqueuses Les solutions aqueuses qui seront étudiées Définition de solution aqueuse: Une solution aqueuse est constituée d’eau (le solvant) et d’ions dissous (le soluté). Solutions de … …………. Sulfate de fer (II) Sulfate de cuivre Chlorure d’argent Formule de la solution (H+,Cl-) (Na+,HO-) ………… (Fe3+, 3Cl-) …………… ………….. Couleur de la solution Nom et formule de l’ion responsable de la couleur Ion fer II ………. Ion fer III Ion cuivre ……….. Acide chlorhydrique Chlorure de fer (III) soude (Fe2+, SO42-) (Cu2+, SO42-) (Ag+, Cl-) Incolore Incolore verte rouge bleue incolore Fe2+ Fe3+ CU 2+ Remarque : les formules des solutions ne font apparaître que les ions. Les solutions acides et les solutions basiques 1 Mesure du pH Aller voir l’activité N°8 : pH et acido-basicité d’une solution

15 Les solutions acides et les solutions basiques
plan3 1 Mesure du pH Aller voir l’activité N°8 : pH et acido-basicité d’une solution Le papier pH On dépose une goutte de la solution sur le papier pH. Le papier pH change de couleur. On compare cette couleur à l’étalon coloré. Cette couleur indique le pH de la solution. b. Le pH-mètre On plonge la sonde du pH-mètre dans la solution La valeur du pH de la solution s’affiche à l’écran. 9.2 pH-mètre Solution de : pH = 9,2 Schéma :

16 2. Le caractère acide ou basique des solutions aqueuses
Définition de solution acide : Une solution aqueuse acide est constituée d’eau (le solvant) dans laquelle les ions hydrogène (H+) sont plus nombreux que les ions hydroxydes (HO-). Son pH est inférieur à 7. Définition de solution basique: Une solution aqueuse basique est constituée d’eau dans laquelle les ions hydroxydes (HO-) sont plus nombreux que les ions hydrogène (H+). Son pH est supérieur à 7. Définition de solution neutre : Une solution aqueuse neutre contient autant d’ions hydrogène que d’ions hydroxyde. Son pH est égal à 7.

17 Solution acide solution basique solution neutre Echelle des pH : pH
plan3 pH 7 14 Solution acide solution basique solution neutre Le pH est une grandeur sans unité. Pour savoir si une solution est acide ou basique il suffit de connaître son pH.

18 3 Les pictogrammes de sécurité
Je ronge plan3 3 Les pictogrammes de sécurité J’altère la santé Je flambe Je fait brûler Je suis sous pression Je nuis gravement à la santé Je tue J’explose Je pollue

19 3 Les pictogrammes de sécurité
plan3 3 Les pictogrammes de sécurité Les précautions à prendre lors des manipulations en chimie : Les gants de protection (protègent les mains) La blouse de protection (protège les bras et les vêtements) Les lunettes de protection (protègent les yeux) Les chaussures fermées (protègent les pieds) Le masque de protection (protège le système respiratoire des poussières en suspension) La hotte aspirante (évacue les gaz vers l’extérieur)

20 7 14 4 Effet de la dilution sur le pH d’une solution aqueuse
plan3 4 Effet de la dilution sur le pH d’une solution aqueuse Allez voir le document de cours sur la dilution Pour diluer une solution, il suffit de rajouter de l’eau dans la solution. Plus un acide est dilué, moins il est dangereux (son pH tend vers 7). Plus une base est diluée, moins elle est dangereuse (son pH tend vers 7) Dilution d’une Solution acide pH 7 14 Dilution d’une Solution basique

21 II Tests d’identification d’ions en solution Définition de précipité :
Un précipité est un solide produit lors d’une réaction entre ions, au sein d’une solution. 1 Tests d’identification à la soude de quelques ions métalliques Allez voir activité N°7 : identification d’ions en solution plan3 Si on verse de la soude dans des solutions contenant des ions cuivre II(Cu2+), fer II(Fe2+) et fer III(Fe3+), il se forme des précipités colorés,(bleu, vert, rouge) caractéristiques de chaque ion.

22 III Réaction de l’acide chlorhydrique avec le fer
plan4 III Réaction de l’acide chlorhydrique avec le fer Allez voir l’activité N° 10 : Savoir Reconnaître une transformation chimique 1 Le bilan de la transformation chimique  Acide chlorhydrique + fer → solution de chlorure de fer(II) + dihydrogène Il se lit : " l'acide chlorhydrique réagit avec le fer pour former une solution de chlorure de fer (II) et du dihydrogène."  2 Comment reconnaître une transformation chimique ? Il suffit de vérifier si : Il y a des espèces chimiques qui disparaissent (ce sont les réactifs) Il y a des espèces chimiques qui apparaissent (ce sont les produits) 3 Conservation des éléments et de la charge totale Lors d’une transformation chimique les éléments se conservent (mais un atome peut se transformer en ion et inversement) et la charge totale des réactifs est égale à la charge totale des produits. Hors programme : Avec les formules : équation de la réaction Fe (s) + (H+, Cl-) → H2 (g) + Fe Cl- Equation simplifiée : (écrite sans les "ions spectateur") Fe (s) + 2 H+ → Fe2+ + H2 (g)

23 IV. La pile et l’énergie chimique
Réservoir d’énergie chimique et convertisseur d’énergie La pile est un réservoir d’énergie chimique. Lorsque la pile fonctionne, une partie de cette énergie chimique est transférée à l’extérieur de la pile sous forme d’énergie électrique et d’énergie thermique. 2 Fonctionnement d’une pile électrochimique Schémas : Etat initial électrons Electrode en cuivre (Cu) Solution de sulfate de cuivre Electrode en zinc (Zn) - +

24 Etat final Observations et interprétations: La solution bleue se décolore car les ions Cu2+ disparaissent. Le métal zinc disparaît car les atomes Zn se transforment en ions Zn2+. Du métal cuivre apparaît car les ions Cu2+ se transforment en atome Cu. L’ampoule brille car les électrons, donnés par les atomes Zn aux ions Cu2+, la traversent. Conclusion : Dans cette pile il y a une transformation chimique car : Les ions Cu2+ et les atomes Zn disparaissent Et Les atomes Cu et les ions Zn2+ apparaissent. Cette transformation chimique produit de l’énergie électrique (mouvement des électrons) que l’ampoule convertit en lumière.

25 « Les espèces chimiques qui réagissent dans la pile disparaissent »
3. Usure d’une pile électrochimique « Les espèces chimiques qui réagissent dans la pile disparaissent » signifie « lorsque la pile fournit de l’énergie électrique, elle s’use ». Remarque : lorsque tous les réactifs contenus dans la pile sont « consommés », la pile ne peut plus fournir d’énergie électrique. English video La pile Daniell vidéo La pile à combustible vidéo