DESCRIPTIF DU SUJET - ? Solide ionique ; interaction lectrostatique ; loi de Coulomb. Solide molculaire

  • Published on
    10-Sep-2018

  • View
    212

  • Download
    0

Transcript

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 1

    Des devoirs valus par comptences

    DESCRIPTIF DU SUJET

    Objectif Proposer un devoir valu par bilan de comptences.

    Niveau concern 1re S thme 2 ( Comprendre ).

    Comptences exigibles au B.O.

    La matire diffrentes chelles : du noyau la galaxie. Particules lmentaires : lectrons, neutrons, protons. Charge lmentaire e. Interactions fondamentales : interactions forte et faible, lectromagntique, gravitationnelle. Solide ionique ; interaction lectrostatique ; loi de Coulomb. Solide molculaire ; interaction de Van der Waals ; liaison hydrogne. Electrongativit. Effet du caractre polaire dun solvant lors dune dissolution. Conservation de la matire lors dune dissolution. Variation de temprature et transformation physique dun systme par transfert thermique. Nomenclature des alcanes et des alcools ; formule semi-dveloppe. Lien entre les tempratures de changement dtat et la structure molculaire dans le cas de leau, des alcools et des alcanes. Nomenclature des alcanes et des alcools.

    Comptences values

    Cette preuve permet d'valuer les comptences de la dmarche scientifique :

    Connatre (RCO)

    Sapproprier (APP)

    Analyser (ANA)

    Raliser (REA)

    Valider (VAL)

    Communiquer (COM)

    Mise en uvre

    Devoir prvu pour valuation sommative dune dure de 1h30. Lvaluation ncessite lutilisation de la feuille de calcul au format tableur correspondante.

    Remarques

    La comptence communiquer (COM) est value globalement sur lensemble du devoir avec comme critres observables : prsenter les rsultats de manire adapte (chiffres significatifs ) ; rdiger les rponses en utilisant une langue correcte et un vocabulaire scientifique adapt.

    Cette mthode de notation a t teste avec une classe de premire S. Les notations compares des 34 copies, par points (mthode classique) puis laide du tableau de comptences ont donn des moyennes comparables (le diffrentiel obtenu entre est de 0,5 point). Le maximum dcart obtenu par copie est de 1 point (obtenu sur 6 copies seulement).

    Auteur Florence TROUILLET Lyce Claude de France Romorantin (41)

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 2

    NONC

    NOM : ... Premire S

    L'usage des calculatrices est autoris XX/XX/201X

    DS de physique-chimie n5

    NOTE :

    RCO

    A B C D APP

    A B C D ANA

    A B C D REA

    A B C D VAL

    A B C D COM

    A B C D Vous soignerez la prsentation et lorthographe de votre copie, vous rdigerez des phrases pour rpondre aux questions poses et vous veillerez garder un nombre de chiffres significatifs cohrents.

    Ex n1 : Latome dhlium (sur 6 pts.) Lhlium est un gaz noble de numro atomique Z = 2. Il est, aprs l'hydrogne, l'lment le plus abondant de l'Univers. Il possde deux isotopes stables : 4He (le plus abondant), et 3He. La grande majorit de l'hlium a t forme par la nuclosynthse primordiale, dans les minutes suivant le Big Bang. De lhlium est galement form au cur des toiles par la fusion nuclaire de l'hydrogne ; il est ensuite utilis par les toiles en fin de vie comme matire premire pour la cration d'lments plus lourds, par des processus bien plus rapides, voire explosifs (supernov). L'hlium de l'Univers ne provient donc qu'en trs faible partie des toiles ! Dans cet exercice, nous allons tudier le noyau de latome dhlium 4He, constitu de 2 protons et 2 neutrons. On considrera que ce noyau est compact, cest--dire que les nuclons sont jointifs (comme sur le schma ci-contre). 1. Donner la dfinition datomes isotopes. On pourra sappuyer sur les exemples proposs. (RCO)

    2. Quelle est la charge dun proton ? Dun neutron ? (RCO)

    3. Dterminer la distance minimale qui spare le centre dun proton et le centre dun neutron. (ANA et REA)

    4. Retrouver, par le calcul, que la distance minimale qui spare les centres de deux protons est de 3,4 femtomtres. (ANA et REA)

    5. Calculer la force dinteraction lectrostatique qui sexerce entre deux protons. (REA)

    6. Reprsenter les forces dinteractions lectrostatiques qui sexercent entre deux protons sur un schma. (Vous prciserez lchelle choisie). (REA)

    7. Que vaut la force dinteraction lectrostatique qui sexerce entre un neutron et un proton ? (ANA)

    8. Calculer la force dinteraction gravitationnelle qui sexerce entre un proton et un neutron. (REA)

    9. Justifier lexistence dune autre interaction assurant la cohsion du noyau dhlium. (VAL)

    Donnes : Constante lectrique : k = 9.109 N.C-2.m2 ;

    Constante de gravitation : G = 6,67.10-11 N.kg-2. m2 ; Charge lmentaire : e = 1,6.10-19 C ; Masse dun nuclon : mnuclon = 1,67.10

    -27 kg ; Rayon moyen dun nuclon = 1,2 fm (1 femtomtre = 10-15 m)

    Expression de la force lectrostatique : d

    qqkF BA

    ;

    Expression de la force gravitationnelle : d

    mmGF BA

    Proton Neutron

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 3

    Ex n2 : Les solvants (sur 5 pts.) Un solvant est une substance, liquide sa temprature d'utilisation, qui a la proprit de dissoudre, de diluer ou d'extraire dautres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-mme se modifier. Les solvants sont utiliss dans des secteurs trs diversifis tels que le dgraissage, la peinture, la dtergence, la synthse organique, et reprsentent des quantits considrables en termes de tonnage et de chiffre d'affaires. Vos documents :

    Doc. 1 : le ttrachlorure de carbone

    Le ttrachlorure de carbone est un compos chimique chlor de formule brute CCl4. pression et temprature ambiante, c'est un liquide incolore, trs volatil dont les vapeurs sont nocives pour les tres vivants et dangereux pour la couche d'ozone. En chimie organique, le ttrachlorure de carbone est souvent employ en tant que solvant, mme si son usage tend diminuer en raison de sa forte toxicit. Il est ainsi souvent remplac par le chloroforme ou le dichloromthane.

    Doc. 2 : Echelle dlectrongativit de Pauling

    L'lectrongativit d'un lment est une grandeur qui caractrise sa capacit attirer les lectrons lors de la formation d'une liaison chimique avec un autre lment. La diffrence d'lectrongativit entre ces deux lments dtermine la nature de la liaison covalente.

    Le tableau ci-contre donne les valeurs de llectrongativit tablies selon les mesures de Pauling pour quelques lments. Lorsquune liaison de covalence relie deux atomes dont la diffrence dlectrongativit est comprise entre 0,3 et 2,0 alors la liaison est polarise ; au-del de 2,0, la liaison est ionique.

    Doc. 3 : Leau

    Leau est le solvant le plus courant. Son caractre polaire en fait notamment un solvant efficace pour beaucoup de corps solides trouvs sur Terre ; leau est ainsi quelquefois dsigne sous le nom de solvant universel .

    Doc. 4 : Deux solides, le diiode et le fluorure de calcium

    Questions :

    1. Parmi les deux solides prsents (doc. 4), reconnatre le solide ionique et le solide molculaire. (APP)

    2. Les liaisons carbone-chlore et hydrogne-oxygne sont-elles polarises ? (APP)

    3. Justifier le caractre polaire de la molcule deau (on pourra saider dun schma). (ANA)

    4. Le ttrachlorure de carbone ne peut pas dissoudre le fluorure de calcium solide mais il peut dissoudre des cristaux de diiode car il est apolaire. Justifier le caractre apolaire du ttrachlorure de carbone. (ANA)

    5. Leau dissout le fluorure de calcium. Ecrire lquation de dissolution du fluorure de calcium CaF2(s) solide dans leau. (ANA)

    6. Soit une solution de fluorure de calcium dont la concentration en ions fluorure est de 1,0.10-1 mol.L-1. Quelle est la concentration molaire en solut apport C de cette solution ? (ANA et REA)

    Diiode I2 Fluorure de calcium CaF2

    F-

    Ca2+

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 4

    Ex. n3 : LADN (sur 2 pts) Si lon reprsente le lien entre les deux bases azotes adnine et thymine en interactions dans un brin dADN, on obtient :

    1. Quelle liaison reprsentent les pointills entre les deux bases azotes thymine et adnine ? (RCO)

    2. Enoncer la proprit de latome dazote qui permet la cration de cette liaison ? (RCO)

    3. Les brins seraient-ils aussi solidement attachs sil sagissait dinteractions de Van der Waals ? Justifier. (ANA)

    Ex. n4 : Antisepsie (sur 7 pts) Le propan-1-ol est un alcool qui se forme en mme temps que lthanol, en trs petite quantit, lorsquune fermentation ne se droule pas correctement.

    Le propan-1-ol est un des principes actif du Strillium, solution utilise en chirurgie pour dsinfecter les mains et des avant-bras (antisepsie chirurgicale). Questions de connaissances

    1. Que se passe-t-il lors de la vaporisation pour un corps pur ? Cocher la bonne rponse (RCO) :

    Il y a rupture dinteractions molculaires avec accroissement de lagitation thermique des molcules ;

    Il y a seulement rupture des interactions molculaires, la temprature restant constante.

    2. Quelles sont les interactions molculaires qui sexercent au sein des alcools ? Cocher la bonne rponse (RCO) :

    les forces de Van der Waals et les liaisons hydrogne ;

    seulement les forces de Van der Waals ;

    seulement les liaison hydrogne.

    3. Quelles sont les interactions molculaires qui sexercent au sein des alcanes. Cocher la bonne rponse (RCO) :

    les forces de Van der Waals et les liaisons hydrogne ;

    seulement les forces de Van der Waals ;

    seulement les liaison hydrogne.

    4. Quelles sont les interactions molculaires les plus fortes ? Cocher la rponse (RCO) :

    les forces de Van der Waals ;

    les liaison hydrogne.

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 5

    Autour du propan-1-ol

    5. Du propane ou du propan-1-ol, lequel possde la temprature dbullition la plus basse ? Justifier votre rponse laide des interactions intermolculaires. (APP)

    6. Donner la formule semi-dveloppe du propan-1-ol et donner sa formule topologique. (REA)

    7. Reprsenter un alcool isomre du propan-1-ol et le nommer. (REA)

    8. Identifier la classe du propan-1-ol. (ANA)

    Temprature dbullition de divers alcools

    9. On a ralis les mesures des tempratures dbullition de divers alcools. Les rsultats sont regroups dans le tableau ci-contre.

    a) Quel est le point commun entre le pentan-1-ol, le 2-mthylbutan-1-ol et le 2,2-dimthylpropan-1-ol ? (ANA)

    b) Interprter les mesures obtenues pour les 3 alcools chane linaire. (ANA)

    c) Interprter les mesures obtenues pour le pentan-1-ol, le 2-mthylbutan-1-ol et le 2,2-dimthylpropan-1-ol. (ANA)

    Alcool Temprature

    dbullition (en C)

    thanol 78

    propan-1-ol 97

    pentan-1-ol 137

    2-mthylbutan-1-ol 130

    2,2-dimthylpropan-1-ol 113

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 6

    Prsentation de la dmarche suivie pour valuer ce devoir Evaluation des exercices : Les comptences values dans ce devoir sont celles prsentes dans la grille sujet dcrit au baccalaurat .

    Pour chaque exercice, les questions ont t regroupes par domaines de comptences et organises de faon valuer globalement chaque domaine dans une progression qui suit le cheminement de la dmarche scientifique. Cela facilite lvaluation des comptences mises en uvre et donne du sens lvaluation.

    Pour valuer chaque exercice par comptences, il faut renseigner un tableau construit sur le modle des tableaux utiliss pour la notation des rsolutions de problmes scientifiques en Terminale S. On a construit un tableau par exercice. Chaque tableau reprend les domaines de comptences mobiliss. Pour chacun, on a dtaill les critres de russite pour le niveau A. Ces critres correspondent aux capacits mobilises dans les questions. Il sagit dune valuation globale du domaine avec un positionnement sur 4 niveaux de comptences. Si les indicateurs apparaissent dans leur totalit, le niveau obtenu est le niveau A. Sils apparaissent partiellement, cest le niveau B qui est obtenu. Sils apparaissent de manire insuffisante, le niveau obtenu est le niveau C. Sils ne sont pas prsents, cest niveau est D.

    Pour chaque domaine de comptences, on choisit ensuite un poids. Ici, pour chaque exercice, on a choisi des poids dont la somme correspond au nombre de points indiqus sur lnonc. On est bien videmment libre de procder autrement.

    Ce tableau est un outil du professeur qui peut tre communiqu aux lves. Cela leur permettra de mesurer finement leurs acquis. On peut faire aussi le choix de ne pas le donner et de se contenter de transmettre bilan de comptences tabli sur les 4 exercices qui figure dans le bandeau. Tout dpend de la stratgie poursuivie par le professeur.

    Transformation du bilan de comptences en note chiffre : L'valuation de ce devoir peut trs bien s'arrter au bilan de comptences ; cependant, si on souhaite rendre aux lves une note sur 20, alors on procdera comme il suit.

    Le tableau rempli, on complte la feuille de calcul correspondante (tableur). On commence par choisir le nombre de points sur lequel on veut noter cet exercice dans la cellule I1 (ici notation sur 20 points). On choisit ensuite daffecter les points pour les niveaux atteints en compltant les cellules K6 K9 : par exemple, 3 points pour le niveau A, 2 points pour le niveau B, 1 point pour le niveau C et zro pour le niveau D.

    On renseigne alors les comptences values (elles figurent en jaune sur la feuille de calculs adosse ce devoir ; les autres comptences ont t laisses pour permettre une adaptation facilite de cette feuille un autre devoir) ainsi que leurs poids respectifs. Ici, le domaine communiquer avec comme critres, la prsentation des rsultats avec un nombre de chiffres significatifs cohrent ou la qualit de la rdaction est valu globalement sur lensemble du devoir (on a mis 0 comme poids aux domaines Com de chaque exercice pour privilgier lvaluation globale du domaine).

    Il reste placer les croix dans les colonnes respectives. On obtient alors automatiquement une note chiffre que lon peut arrondir au point ou au demi-point ainsi que le bilan de comptences du devoir (aprs avoir paramtr les cellules indiquant les pourcentages limites).

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 7

    Correction du DS par comptences Exercice 1 : 1. Deux atomes sont isotopes sils ont le mme nombre de protons mais des nombres de neutrons

    diffrents.

    2. Un proton porte la charge lectrique +e ; un neutron est neutre.

    3. La distance minimale qui spare le centre dun proton et le centre dun neutron est gale 2R soit 2,4 fm.

    4. La distance minimale qui spare les centres de deux protons sobtient avec le thorme de Pythagore :

    dp-p = = 3,4 fm.

    5. Interaction lectrostatique entre deux protons : 19,9 N.

    6. Reprsentation des forces dinteractions lectrostatiques qui sexercent entre deux protons : Flches de 2 cm avec 10 N par cm : forces rpulsives.

    7. La force dinteraction lectrostatique qui sexerce entre un neutron et un proton est nulle (le neutron nest pas charg).

    8. Interaction gravitationnelle : F = = 3,23.10-35 N.

    9. La cohsion du noyau ne peut rsulter de l'interaction gravitationnelle (attractive mais trop faible devant linteraction lectrique rpulsive) mais dune autre interaction (l'interaction forte) qui compense la rpulsion lectrique.

    Exercice 2 : 1. Parmi les deux solides prsents, le solide ionique est le fluorure de calcium (assemblage rgulier et

    ordonn dions) et le solide molculaire est le cristal molculaire de diiode.

    2. Latome de carbone est moins lectrongatif que latome de chlore. La liaison CCl est polarise. De mme pour la liaison OH.

    3. Leau possde 2 liaisons OH polarises : il apparat des charges partielles sur ces 3 atomes. Du fait de la gomtrie coude de la molcule, les centres des charges + et sont distincts : la molcule est polaire.

    4. Le ttrachlorure de carbone est un solvant apolaire. Il possde 4 liaisons C-Cl polarises mais, du fait de la gomtrie ttradrique de la molcule, les centres des charges + et sont confondus : la molcule est apolaire.

    5. CaF2(s) Ca2+

    (aq) + 2 F-(aq)

    [F-(aq)] = 2 C donc C = 5,0.10-2 mol.L-1.

    2-

    +

    O

    HH +

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 8

    Exercice 3 : 1. Les pointills entre les deux bases azotes reprsentent des liaisons hydrogne.

    2. Une liaison hydrogne stablit entre un atome dH et un atome fortement lectrongatif comme O, F, Cl, N. Cest le cas ici avec lazote.

    3. La liaison covalente est plus intense que la liaison H, elle-mme plus intense que linteraction de Van der Waals : les brins dADN ne seraient pas aussi solidement attachs sils taient lis par des forces de Van der Waals.

    Exercice 4 :

    1. Lors dun changement dtat, il y a seulement rupture des interactions intermolculaires.

    2. Au sein des alcanes : forces de Van der Waals ;

    3. Au sein des alcools : forces de Van der Waals et liaisons hydrogne.

    4. Les liaisons intermolculaires les plus fortes sont les liaisons H.

    5. Cest le propane qui la temprature dbullition la plus basse. En effet, dans les alcanes ne s'exercent que les forces de Van der Waals alors que dans les alcools, il y a en plus les liaisons H qui s'tablissent et ces dernires sont plus intenses que les interactions de Van der Waals.

    6. Formule semi-dveloppe et topologique du propan-1-ol :

    7. Isomre du propan-1-ol : propan-2-ol

    8. Classe du propan-1-ol : classe I.

    9. a) Ce sont des isomres de constitutions car ils ont la mme formule brute mais des formules semi-dveloppes diffrentes.

    b) Au sein d'une mme famille de composs, les tempratures de changement d'tat augmentent avec la longueur de la chane (plus il y a d'atomes dans la chane et plus les interactions de Van der

    Waals sont intenses : il faudra fournir davantage dnergie pour les rompre Teb plus importante).

    c) Au sein d'une mme famille de composs, les tempratures de changement d'tat diminuent, pour des isomres, quand le nombre de ramifications augmente (plus la chane est ramifie et moins les molcules peuvent se rapprocher : l'intensit des forces de Van der Waals diminue et il

    faut fournir moins dnergie pour les rompre Teb plus faible).

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 9

    Tableau complter pour chaque lve :

    Dans le cadre d'une pdagogie de contrat, il est important de rendre aux lves un bilan dtaill concernant leurs acquis et les domaines dans lesquels ils ont eu des difficults ; le tableau qui suit est une faon d'tablir ce bilan.

    Comptences values Poids Critre de russite correspondant au niveau A A B C D

    Exer

    cice

    1

    Connatre (RCO) Restituer une connaissance. 1

    Donner la dfinition disotopes.

    Donner la charge du proton et du neutron.

    Analyser (ANA) Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites. Construire les tapes dune rsolution de problme.

    1,5

    Analyser le schma pour dterminer la distance minimale qui spare le centre dun proton et celui dun neutron.

    Utiliser le thorme de Pythagore pour dterminer la distance minimale qui spare le centre dun proton et celui dun neutron.

    Raliser (REA) Utiliser un modle thorique. Effectuer des procdures courantes (calculs numriques, trac de vecteurs).

    2,5

    Appliquer les formules donnes. Mener les calculs techniquement justes indpendamment derreurs rsultant dune mauvaise analyse. Matriser correctement les units.

    Reprsenter les forces laide de vecteurs (sens, direction, longueur et vecteurs correctement nomms).

    Valider (VAL) Interprter des rsultats pour valider une hypothse.

    1 Comparer les interactions entre elles pour justifier lexistence dune nouvelle interaction expliquant la cohsion du noyau.

    Exer

    cice

    2

    Sapproprier (APP) Mobiliser ses connaissances. Extraire linformation utile.

    1 Identifier le solide ionique et le solide molculaire.

    Identifier une liaison polarise.

    Analyser (ANA) Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.

    3,5

    Etablir la polarit de la molcule deau

    Expliquer le fait que CCl4 ne puisse dissoudre CaF2 en tablissant le caractre apolaire de ce solvant.

    Etablir la relation entre C et [F-].

    Raliser (REA) Utiliser un modle thorique. Effectuer des calculs littraux ou numriques.

    0,5

    Ecrire lquation de dissolution de CaF2 dans leau.

    Mener les calculs techniquement justes indpendamment derreurs rsultant dune mauvaise analyse. Matriser correctement les units.

    Exer

    cice

    3

    Connatre (RCO) Restituer des connaissances. 1

    Connatre le mode de reprsentation dune liaison H. Enoncer la proprit des atomes impliqus dans une liaison H.

    Analyser (ANA) Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.

    1 Exploiter ses connaissances sur les intensits compares des liaisons H et des interactions de V der W pour estimer la solidit de la liaison.

    Exer

    cice

    4

    Connatre (RCO) Restituer des connaissances.

    2

    Dfinir ce qui se passe lors dun changement dtat (quest. 1). Connatre le type de liaison intermolculaire sexerant au sein des alcools (quest.2).

    Connatre le type de liaison intermolculaire sexerant au sein des alcanes (quest. 3).

    Comparer les intensits des liaisons H et des forces de V der W (quest. 4).

    Sapproprier (APP) Mobiliser ses connaissances. Extraire linformation utile.

    0,5

    Comparer les Teb du propane et du propan-1-ol en sappuyant sur ses connaissances (quest. 5).

    Reconnatre des isomres de constitution (quest. 9a).

    Analyser (ANA) Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites. Adopter une dmarche explicative.

    2

    Identifier la classe dun alcool (quest. 8).

    Interprter lvolution des Teb des alcanes chane linaire (quest. 9b).

    Interprter lvolution de Teb des alcools isomres (quest. 9c).

    Raliser (REA) Effectuer une procdure courante. 2,5

    Donner une formule dveloppe partir dun nom (quest.6). Donner une formule topologique partir dun nom (quest. 6).

    Donner la formule dun isomre du propan-1-ol (quest. 7).

    Nommer un alcool (quest. 7).

    Bilan sur 20 :

  • Acadmie dOrlans-Tours Des devoirs valus par comptences 10

    On utilise ensuite la feuille de calcul Excel qui gnre automatiquement la note en fonction du positionnement pour chaque domaine de comptences :

    Nom

    Prnom

    Comptence Coefficient

    Niveau valid

    A B C D

    Exercice 1

    RCO 1 x

    S'approprier 0

    Analyser 1,5 x

    Raliser 2,5 x

    Valider 1 x

    Communiquer 0

    Exercice 2

    RCO 0

    S'approprier 1 x

    Analyser 3,5 x

    Raliser 0,5 x

    Valider 0

    Communiquer 0

    Exercice 3

    RCO 1 x

    S'approprier 0

    Analyser 1 x

    Raliser 0

    Valider 0

    Communiquer 0

    Exercice 4

    RCO 2 x

    S'approprier 0,5 x

    Analyser 2,5 x

    Raliser 2 x

    Valider 0

    Communiquer 0

    Communiquer Eval. globale 1 x

    Somme coeff. 21

    Note max 63

    Note brute 44

    Note sur 20 13,97

    Note sur 20 13,97

    Note arrondie au point 14,0

    Note arrondie au 1/2 point 14,0

    Elle permet aussi dobtenir le bilan du devoir ( noter dans le bandeau de lnonc) :

    POURCENTAGE PAR DOMAINES DE COMPETENCES

    Bilan obtenu

    Savoirs (RCO) 75 A

    A : sup. ou gal 75 % S'approprier 78 A

    B : entre 50 et 75 %

    Analyser 49 C

    C : entre 25 et 50 %

    Raliser 87 A

    D : strictement < 25 % Valider 100 A

    Communiquer 100 A

Recommended

View more >