Comment utiliser ce manuel ? - Secondaire

Commentutiliser ce manuel ?Ce manuel est composé de 13 chapitres qui proposent, chacun, une séquence d’apprentissage structurée encinq points.Mise en situationComme le montre le graphique ci-dessous, une part très importante de la production mondialed’énergie est encore issue de la combustion de gaz naturel, de charbon ou de pétrole(combustibles fossiles). Les valeurs sont données en exajoules, c’est-à-dire 10 18 J.Énergie en EJ5004504003503002502001501005001970 1980 1990 2000 2008NUCLÉAIREHYDRAULIQUECHARBONGAZConsommation d’énergie dans le monde 1PÉTROLEParmi ces combustibles, nous nous intéresserons plus particulièrement aux alcanes, hydrocarburessaturés de formule générale C nH 2n+2.La combustion des alcanes en présence de dioxygène est une source d’énergie.Quels sont les produits de cette combustion ?Pour répondre à cette question, nous étudierons la combustion du gaz alimentant les becsbunsen du laboratoire.Mettre en évidence la formation des produits issus de la combustion du gaz delaboratoirePour ce faire :• allumer un bunsen et régler l’arrivée de gaz et d’air de manière à obtenirune petite flamme bleue ;• au-dessus de la flamme, tenir un berlin de 250 mL ;• observer ;• en tenant au-dessus de la flamme bleue un autre berlin préalablementhumidifié avec de l’eau de chaux, observer les gouttelettes d’eau dechaux ;• régler le bunsen pour obtenir une flamme jaune éclairante et tenir audessusde celle-ci, avec une pince en bois, un creuset en porcelaine ;• observer.Porteuse de sens, la mise en situation contient un questionnement,dont la réponse sera, généralement, amorcée par unedémarche expérimentale ou par la lecture d’un texte.En Chimie 2 périodes/semaine• les expérimentations sont effectuées par le professeur luimême: elles sont signalées par le logo ;• les laboratoires signalés par le logoles élèves en tant que tâchesFT2sont réalisés par(Famille de tâches 2).Le programme de cette option demande un minimum de3 séances de 2 périodes de laboratoire de chimie par année.C’est, notamment, à travers la réalisation de ces laboratoiresque les élèves acquièrent une démarche scientifique expérimentale.Chaque séance de laboratoire donne lieu à la rédaction d’unrapport de laboratoire dont un canevas est proposé en annexedu manuel.1 BP Statistical Review of World Energy, juin 2009.Réaction de combustion des alcanes113En s’appuyant sur les résultats de l’expérimentation, dulaboratoire ou de la recherche documentaire, les élèvesdécouvrent de nouvelles notions dont la définition estsignalée par le logo .Définies, structurées, développées, ces notions débouchent,à leur tour, sur d’autres nouvelles notions.AppropriationRéaction exothermiqueet réaction endothermiqueLors de la réaction de dissociation du NaOH dansl’eau et de la réaction de neutralisation du NaOHpar HCl, l’élévation de température montre queces phénomènes s’accompagnent d’un dégagementd’énergie thermique. Ces réactions sont dites exothermiques(du grec exô, « au-dehors », et thermos,« chaud »).Dans les expériences précédentes, nous considéronscomme système isolé la ou les substance(s)chimique(s) en transformation, la solution et lesparois du récipient.Le principe de conservation de l’énergie impliqueque si une partie du système gagne (ou perd) del’énergie, l’autre partie en perd (ou gagne) unequantité équivalente.Appliquons ce principe aux réactions étudiées expérimentalement.4Comment utiliser ce manuel ?Une réaction exothermique est une réactionqui libère de l’énergie thermique.Lors de la réaction de dissociation du KNO 3 dansl’eau et de la réaction du NaHCO 3 avec le CH 3 COOH,l’abaissement de température montre que ces phénomèness’accompagnent d’une absorption d’énergiethermique. Ces réactions sont dites endothermiques(du grec endon, « dedans »).Une réaction endothermique est une réactionqui absorbe de l’énergie thermique.Principe de conservation de l’énergieappliqué aux réactions chimiquesCas des réactions exothermiquesDans le cas de la dissociation exothermique duNaOH (s) dans l’eau, il nous faut définir le systèmeisolé dans lequel nous distinguons :• la solution et les parois du récipient ;• le réactif NaOH (s) qui se transforme en produits :H ONaOH ⎯→2Na + + (s) (aq) OH– (aq)D’après le principe de conservation de l’énergie,nous pouvons affirmer que, lors de la dissociationdu NaOH :• la solution et les parois du récipient reçoivent del’énergie E;•

Les exercices et les problèmes, nombreux et diversifiés, permettentaux élèves de consolider leurs savoirs et savoir-faire.Quant aux tâches, inscrites dans l’une des familles de tâches( , , , ou ),FT1FT2FT3elles permettent d’évaluer de façon formative ou certificative l’acquisitionde compétences.Les familles de tâches sont décrites à l’Annexe 1.FT4Exercices, problèmes et tâchesFT312 Depuis 2002, toute voiture neuve vendueen Belgique doit être accompagnéed’une étiquette informant le consommateursur la consommation de carburantet sur l’émission de dioxyde decarbone.FT313 Une bombe calorimétrique est un calorimètrepermettant de mesurer les élévationsde température lors de réactionsde combustion. Elle est constituée :– d’une enceinte fermée sous atmosphère dedioxygène où se trouve le combustible ;– d’une enceinte extérieure remplie d’eau etpourvue d’un thermomètre.La combustion est initiée par un courant électrique.Filsd’allumageEntrée d’O 2(g)H 2O (l)Récipient en acierinoxydable, à paroiépaisse, muni d’uncouvercle amovibleO 2(g)Support de l’échantillonCombustibleEn supposant que la voiture dont les caractéristiquessont consignées ci-dessus consommeune essence constituée d’octane pur (massevolumique 0,70 kg . L –1 ), calculer la masse dedioxyde de carbone rejetée dans l’atmosphèrepar km parcouru.Comparer le résultat du calcul à la valeur indiquéesur l’étiquette.La valeur en eau d’une bombe calorimétriqueest l’énergie absorbée par tout ce que contientle calorimètre (thermomètre, parois, eau…)et caractérise cette bombe. Elle s’exprime enkJ . °C – 1 .Ainsi l’énergie absorbée par le calorimètre et,par conséquent, produite par la combustiond’une masse m d’un alcane, peut se calculer enutilisant la relation :Q = valeur en eau . ∆ t°.Dans une bombe calorimétrique dont la valeuren eau vaut 32,9 kJ . °C –1 , on brûle 10 g deparaffine C 25 H 52 et on note une élévation detempérature de 12,5°C.Calculer le pouvoir thermique de la paraffine.Ressources à intégrerRéaction de combustion des alcanes121À la fin de ce chapitre, être capable de :SAVOIRS• définir réaction chimique rapide, lente ou trèslente ;• définir vitesse moyenne de formation d’un produitet écrire l’expression mathématique permettantde la calculer ;• citer quelques facteurs cinétiques ;SAVOIR-FAIRE• calculer la vitesse moyenne de formation d’unproduit ;• expliquer l’influence de la température sur lavitesse de réaction ;• expliquer l’influence de la concentration sur lavitesse de réaction ;• expliquer le rôle d’un catalyseur.En fin de chapitre, une liste de savoirs et desavoir-faire aide les élèves dans leur travaild’étude.Pour en savoir plus ...Chaque chapitre se termine par un document quiétoffe le sujet traité.Ce document culturel est lié à l’actualité et auxdomaines scientifique, historique, technologique,éthique, socio-économique…Un équilibre chimique menacéou l’acidification des océansLes ptéropodes, petits escargots marins, sont desanimaux robustes qui vivent dans les mers les plusfroides du monde. Ils constituent un maillon importantdans la chaîne alimentaire des mers polaires : ilsfournissent à certaines périodes de l’année 80 % del’alimentation des saumons dans le Pacifique Nord.Depuis plus de 20 ans, des scientifiques observent cesescargots : les résultats obtenus sont inquiétants carces organismes marins commencent à disparaître.En outre, des relevés de mesures d’acidité dans cesmêmes eaux montrent une augmentation de l’aciditédu milieu dans lequel vivent ces organismes.Pour mettre en relation ces observations et comprendrele phénomène, des ptéropodes ont été capturés etplacés dans des aquariums.78Chapitre 7Comment utiliser ce manuel ? 5