Chapitre 1 La conduction électrique

I. Les métaux dans notre environnement

1 Savoir reconnaître les métaux usuels2. Les électrons dans un atome métallique 

3. Sens de déplacement des électrons libres

II. L’électron pour expliquer la conduction électrique dans les métaux

1.Comment décrire la matière ? (rappels de 4ème)

2. Les électrons dans un atome métallique :

3. Sens de déplacement des électrons libres

III. Les ions pour expliquer la conduction électrique dans les solutions aqueuses

1.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 électrons1.Charge des atomes et des molécules

2. Structure d’un atome

3. Représentation d’un atome

4. Représentation d’un ion

Chapitre 2 Les solutions aqueuses

Les solutions aqueuses qui seront étudiées

1 Mesure du pH

I.Les solutions acides et les solutions basiques

2. Le caractère acide ou basique des solutions aqueuses

4 Effet de la dilution sur le pH d’une solution aqueuse

3 Les pictogrammes de sécurité

II Tests d’identification d’ions en solution

1. Tests d’identification à la soude de quelques ions métalliques

3 Conservation des éléments et de la charge totale

1 Le bilan de la transformation chimique 

III Réaction de l’acide chlorhydrique avec le fer

2 Comment reconnaître une transformation chimique ?

Partie chimie

Chapitre 1 La conduction électrique

I. Les métaux dans notre environnement

1 Savoir reconnaître les métaux usuels

Aller voir Act1 : Comment reconnaître quelques métaux ?

plan1

2 . Les solides conducteurs

Aller voir Act2 Tous les solides conduisent-ils le courant ?

Fer Gris Oui   Il rouille (rouge)

Aluminium Gris NonLe moins

denseNon

zinc Gris Non   Il s’oxyde (se ternit)

Cuivre Rouge Non  S’oxyde

(couche verdâtre)

Or Jaune Non Le plus dense Non

Argent blanc nonLe second plus

denseS’oxyde un peu

Nom du métal

CouleurEst-il attiré pas

un aimant ?Densité

Change-t-il d’aspect à l’air

ambiant ?

 

 

Conclusion :plan1

II. L’électron pour expliquer la conduction électrique dans les métaux

1.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 :

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.

Schéma latome/électrons

plan1

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.

2. Les électrons dans un atome métallique :

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.

Dans un métal, le courant électrique est dû au déplacement des électrons libres.

3. Sens de déplacement des électrons libres

Schéma:

Schéma latome/électrons

plan1

Dans ce schéma les électrons liés ne sont pas représentés.

G

-+Atome de cuivre

Electron libre

Zoom sur les atomes du fil de cuivre

3. Sens de déplacement des électrons libres

Schéma:

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).

plan1

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

Un ion est un atome ou un ensemble d’atomes qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.

Définition d’ion :

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.

III. Les ions pour expliquer la conduction électrique dans les solutions aqueuses

1.Quelles solutions conduisent le courant électriques ?

plan2

Aller voir Activité N°4 

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

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.

G -+

Solution ionique

plan2

IV Un nouveau modèle de l’atome : noyau et électrons

Aller voir l’activité N°6 (DM) : Un modèle pour l’atome

1.Charge des atomes et des molécules

Les atomes contiennent autant de charges positives que de charges négativesDonc les atomes sont électriquement neutres.Une molécule est constituée d’atomesOr chaque atome est neutre

2. Structure d’un atome

La dimension d’un atome est de l’ordre de 0,1 nm ( = 10-10 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).

Donc une molécule est électriquement neutre.

plan2

3. Représentation d’un atome

D’après la classification périodique :

La charge du noyau de l’atome d’oxygène est +8e

Electron

Noyau

+ 8 e -e

-e

-e

-e

-e

-e -e

-e

Electron

Noyau

+ 7 e -e

-e

-e

-e

-e

-e

-e

Représentation de l’atome d’O :

O possède 8 électrons car un atome est électriquement neutre (il doit posséder autant de charges positives que de charges négatives).

La charge du noyau de l’atome d’azote est + 7e

Représentation de l’atome d’N :

N possède 7 électrons car la charge totale d’un atome est nulle :

-7e+7e=0e

4. Représentation d’un ion

plan2

Chapitre 2 Les solutions aqueuses

Les solutions aqueuses qui seront étudiées

Une solution aqueuse est constituée d’eau (le solvant) et d’ions dissous (le soluté).

Définition de solution aqueuse:

Solutions de …………….………….

………….Sulfate

de fer (II)………….………….

Sulfate de cuivre

Chlorure d’argent

Formule de la solution

(H+,Cl-) (Na+,HO-) ………… (Fe3+, 3Cl-) …………… …………..

Couleur de lasolution

………… …………. ………… ………… …………… ……………

Nom et formule de l’ion responsable

de la couleur   

Ion fer II ……….

Ion fer III

…………

Ion cuivre ………..

 

Acidechlorhydrique

soudeChlorure de fer (III)

(Fe2+, SO42-) (Cu2+, SO4

2-) (Ag+, Cl-)

Incolore Incolore verte rouge bleue incolore

Fe2+ Fe3+ CU 2+

1 Mesure du pH

Remarque : les formules des solutions ne font apparaître que les ions.

Aller voir l’activité N°8 : pH et acido-basicité d’une solution

I.Les solutions acides et les solutions basiques

plan3

1 Mesure du pHAller voir l’activité N°8 : pH et acido-basicité d’une solution

a.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.

Schéma : 9.2 pH-mètre

Solution de : pH = 9,2

plan3I.Les solutions acides et les solutions basiques

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.

Son pH est supérieur 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+).

Une solution aqueuse neutre contient autant d’ions hydrogène que d’ions hydroxyde.

Définition de solution neutre :

Son pH est égal à 7.

Le pH est une grandeur sans unité.

Pour savoir si une solution est acide ou basique il suffit de connaître son pH.

solution neutre

pH

7 140

Echelle des pH :

Solution acide

solution basique

plan3

3 Les pictogrammes de sécuritéplan3Je ronge

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

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)

plan3

4 Effet de la dilution sur le pH d’une solution aqueuse

Dilution d’une Solution acide

pH0 7 14

Dilution d’une Solution basique

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)

Allez voir le document de cours sur la dilution

plan3

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

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.

plan3

III Réaction de l’acide chlorhydrique avec le ferAllez 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) + Fe2+ + 2Cl-

Equation simplifiée : (écrite sans les "ions spectateur")

Fe (s) + 2 H+ → Fe2+ + H2 (g)

plan4

électrons

IV. La pile et l’énergie chimique

1. 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 électrochimiqueSchémas :

Etat initial

Electrode en cuivre (Cu)

Solution de sulfate de cuivre

Electrode en zinc (Zn)

- +

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 disparaissentEtLes atomes Cu et les ions Zn2+ apparaissent.

Cette transformation chimique produit de l’énergie électrique (mouvement

des électrons) que l’ampoule convertit en lumière.

« 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.

3. Usure d’une pile électrochimique

La pile Daniell La pile à combustible vidéoEnglishvideovidéo