cahier d'activites physique-chimie 3e.pdf

7/25/2019 Cahier d'activites Physique-Chimie 3e.PDF

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Chimie CAHIERDACTIVITS

Physique 3e

Sous la direction de :

Thierry DULAURANS

Marc BIGORRE

Sbastien DESSAINTSylvie KADI

Bruno POUDENS

Isabelle TARRIDE

David THEBUF


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SOMMAIRE

Partie A. La chimie, science de la transformation de la matire 1 Les mtaux au quotidien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 Conduction lectrique des solides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3

Conduction lectrique des solutions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 4 Ions et pH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5 Raction entre acide chlorhydrique et fer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6 Pile et nergie chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 7 Synthse despces chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Partie B. nergie lectrique et circuits lectriques en alternatif 8 Production dlectricit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

9 Tension continue et tension alternative priodique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10 Loscilloscope ou linterface dacquisition. Mesures de tension et de dure 42 11 Puissance lectrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

12 nergie lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Partie C. De la gravitation lnergie mcanique 13 Gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 14 Poids et masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 15 nergie cintique et scurit routire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Tableau des comptences du socle commun. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Des fiches mthodesont disponibles sur le site complements-eleves.hachette-education.com

Tracer un nuage de points la mainTracer un nuage de points avec un tableur

Reconnatre une relation de proportionnalit

Calculer avec des puissances de 10 la calculatrice

Convertir des units avec les prfixes (milli, kilo)

Convertir des units de vitesse et dnergie avec un facteur de conversion

Reconnatre le matriel de chimie

Rechercher des ions

Utiliser un multimtre rgl en ampremtre ou en voltmtre

Utiliser un oscilloscope

www.hachette-education.com Hachette Livre 2015, 58 rue Jean Bleuzen, CS 70007, 92178 Vanves cedex

978-2-01-395352-8

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Fichestransdisciplinaires


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Comment identifier quelques mtaux ?

Documentaire

Les mtaux au quotidien1

Activit 1

Le fer, le zinc, laluminium et largent sont des mtauxtrs utiliss dans la vie quotidienne. De couleur grise,il est difficile de les diffrencier les uns des autres lil nu. Dautres mtaux ont une couleur caractris-tique, comme lor de couleur jaune ou le cuivre decouleur rouge.La corrosion dun mtal est la raction lente de cemtal avec le dioxygne de lair. Le fer soxyde enformant de la rouille qui lattaque en profondeur. Lezinc, laluminium, le cuivre et largent se recouvrent

dune couche superficielle doxyde qui les protge etvite la corrosion en profondeur. Lor ne soxyde pas.

Tous les mtaux sont des conducteurs lectriques. Le fer est le seul mtal attir par un aimant.Les mtaux ont des tempratures de fusion diffrentes : fer (Tf= 1 538 C), zinc (Tf= 420 C),aluminium (Tf= 660 C), cuivre (Tf= 1 085 C), argent (Tf= 962 C), or (Tf= 1 064 C).

1. Complte le tableau suivant laide des informations issues du document.

Nom du mtal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Couleur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Corrosion(superficielleou en profondeur)

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Tempraturede fusion

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Attractionpar un aimant(oui ou non) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Cite un moyen permettant de diffrencier deux mtaux visuellement semblables.

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fer

gris

en profondeur

La mesure de la temprature de fusion.

1 538 C

oui

cuivre

rouge

superficielle

1 085 C

non

aluminium

gris

superficielle

660 C

non

zinc

gris

superficielle

420 C

non

or

jaune

aucune

1 064 C

non

argent

gris

superficielle

962 C

non


6/661. Les mtaux au quotidien 5

Recherche sur Internet lutilisation principale des mtaux suivants.

Fer : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Zinc : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Aluminium : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Or : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Lobtention de mtaux (fer, aluminium) partir des minerais extraits dansles mines est polluante et nergivore. En recyclant laluminium, on peutconomiser 95 % dnergie par rapport son obtention partir du mine-

rai. Lconomie est de 30 % dans le cas du fer. Recycler permet aussi derduire les dchets et de prserver lenvironnement. En effet, une canettede soda, jete dans la nature, se dcompose en plus de 50 ans.Dans un centre de tri, on utilise des aimants pour sparer les mtaux fer-reux des autres matriaux et des courants lectriques pour sparer lesmtaux non ferreux des matriaux non mtalliques.

Documentaire

Doc

umentaire

Quelle est lutilisation de certains mtaux ?

Pourquoi et comment recycler des mtaux ?

Activit 2

Activit 3

1. Quels avantages prsente le recyclage des mtaux ?

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2. Comment sparer les objets contenant du fer des autres dans un centre de tri ?

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3. Quelle proprit des mtaux non ferreux est utilise pour les sparer des autresmatriaux dans un centre de tri ?

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C4. Matriserdes techniquesusuelles delinformation et dela communication

C1. Matriser lalangue franaise

Le recyclage est moins polluant que lobtention partir du minerai. Il permet de rduire

nos dchets et de consommer moins dnergie.

Le fer est principalement utilis pour produire de lacier.

Le zinc est principalement utilis pour : protger le fer de la corrosion (galvanisation) ; la fabricationdalliages mtalliques utiliss par exemple dans les pices de monnaie ou la fabrication de piles lectriques.

Laluminium est principalement utilis, avec dautres mtaux dans des alliages, dans les secteurs

du transport (pices automobiles), de lemballage (canettes) et de la construction (fentre).

Lor est principalement utilis dans la bijouterie et lorfvrerie. Il est cependant aussi utilis dans la

fabrication de lingots (placements) et dans lindustrie (circuits lectroniques).

Seuls les objets contenant du fer sont attirs par des aimants.

Les mtaux sont des conducteurs lectriques, contrairement aux matires isolantes.


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Complte avec les mots suivants : cuivre ; conducteurs ; aluminium ; fer ; argent ; or ; couleur ; zinc ; attir ; recycls(certains mots peuvent tre utiliss plusieurs fois).

Le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . et

l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sont des mtaux couramment utiliss.

Tous les mtaux sont des . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lectriques. L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . et le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . peuvent

tre identifis par leur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le fer est . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . par un aimant.

Le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ragit fortement avec le dioxygne de lair. L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ne subit pas la

corrosion. Les autres mtaux ragissent en surface et se couvrent dune couche doxyde protectrice.

Les mtaux peuvent tre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Essentiel

Un industriel reoit cinq chantillons dun de sesfournisseurs : du fer, du cuivre, de laluminium, duzinc et du plastique. Il souhaite choisir le matriau leplus adapt pour raliser une pice. Les cinq chan-

tillons ne sont pas tiquets.

Utilise les documents et le matriel ta disposition pour tablir un protocole permettant didentifier lesmatriaux.

Documentaire

Comment reconnatre un mtal ?Activit 4

Exemple dchantillons disponibles

+

Doc. 1 Matriel disponible

MtalMasse

de 1 cm3Temprature

de fusion

Fer 7,9 g 1 538 C

Cuivre 8,9 g 1 085 CAluminium 2,7 g 660 C

Zinc 7,1 g 420 C

Argent 10,5 g 962 C

Doc. 2 Informations sur quelques mtaux

C3.1 Pratiquer

une dmarchescientifique,rsoudre desproblmes

Cette activit peut tre ralise de manire exprimentale si lenseignant dispose des

matriaux. Elle peut aussi tre ralise comme une tche complexe thorique.

Proposition de correction

Laction dun aimant permet didentifier facilement le cylindre constitu de fer.

Les mtaux sont des conducteurs lectriques, le plastique est un isolant. La ralisationdun circuit lectrique simple permet didentifier le cylindre de plastique.

Lobservation de la couleur des mtaux permet didentifier la lame de cuivre.

Les deux matriaux restant sont donc en zinc et en aluminium. Pour les identifier, il faut

peser les chantillons, mesurer leur volume afin dtablir la masse de 1cm3 de chaque

chantillon. En comparant les rsultats exprimentaux avec les donnes, on arrive donc

identifier les deux mtaux restants.

fer zinc

conducteurs or cuivre

couleur attir

recycls

fer or

aluminium cuivre argent

or


8/6671. Les mtaux au quotidien

Exercices

1 Entoure les six mtaux les plus courammentutiliss parmi les matriaux suivants.

fer tain bton cuivre

zinc uranium aluminium platine

nickel or titane argent

2 Une pice de 50 centimes deuros aune masse de 7,80 g, un rayon de 12,13 mmet une paisseur de 2,38 mm. Elle est com-pose dun alliage appel or nordique .

Donnes : volume dun cylindre de rayon ret de hauteur h:

V

=

r2

h

masse de 1 cm3dor : 19,6 g 1 cm3= 1 000 mm3

a. Recherche la dfinition du mot alliage .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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b. La pice de 50 centimes nest pas attire par unaimant.Que peux-tu en conclure ?

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c. Cette pice est compose 89 % de cuivre. Quellemasse de cuivre contient-elle ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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d.Calcule le volume de la pice. Dtermine lamasse de 1 cm3de cet alliage et compare ta valeuravec la masse de 1 cm3dor.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 Une pice de 50 centimesdeuros contient en masse 89 %de cuivre, 5 % de zinc, 5 % dalu-minium et 1 % dtain. laide dun tableur, construisun diagramme circulaire repr-sentant la composition de

cette pice.

C4. Matriserdes techniquesusuelles delinformation et dela communication

4

Doc. 1 Expriences ralises

Mtal Masse de 1 cm3

2,7 g

7,1 g

7,9 g

8,9 g

10,5 g

Doc. 2 Informations sur quelques mtaux

Donne : 1 mL = 1 cm3

En utilisant les Docs 1et 2, calcule le volume ducylindre puis identifie le mtal qui le constitue.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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40 mL50 mL

27 g

Exprience 1 Exprience 2

Un alliage est un mlange de plusieurs matriaux dont

au moins un est un mtal.

La pice ne contient pas de fer car elle nest pas attirepar un aimant.

Pour dterminer la masse de cuivre contenue dans la

pice, il faut calculer 89 % de 7,80 g :

(89/100)7,8 = 6,9.

La pice contient 6,9 grammes de cuivre.

V= 12,1322,38 1100 mm3= 1,1 cm3. Donc la

masse de 1,1 cm3est de 7,8 g.

Ainsi, 1 cm3de cet alliage a une masse de 7,8/1,1 = 7,1 g.

Cet alliage est moins dense que lor.

Exp 1 : V= 50 - 40 = 10 mL soit 10 cm3

Exp 2 : m= 27 g

On en dduit que 1 cm3a une masse de 2,7 g. Cest

donc de laluminium.

Cuivre

Zinc

Aluminium

tain

Aluminium

Zinc

Fer

Cuivre

Argent


9/668

Tous les solides sont-ils conducteurs ?

Investiga

tion

Conduction lectrique des solides2

Activit 1

En remontant sa lampe torche,Grgoire a perdu lune desdeux lamelles de cuivre nor-malement en contact avec lesbornes de la pile. Pour que satorche fonctionne il doit abso-lument la remplacer. En vidantsa trousse, il trouve diffrentsobjets susceptibles de rempla-cer la lamelle.

1. Pour que la torche fonctionne nouveau, le matriau remplaant le cuivre :doit tre un conducteur lectrique.doit tre un isolant lectrique.

2. ton avis, quels objets Grgoire peut-il utiliser ?

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3.Dcris lexprience permettant de valider tes hypothses. Fais vrifier ta rponsepar le professeur.

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4.Ralise tes expriences puis construis un tableau regroupant les rsultats.

5. Interprte tes expriences puis conclus en rpondant au problme de Grgoire.

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C3.1 Pratiquerune dmarchescientifique,rsoudre desproblmes

Un tube de verrecontenant les mines

en graphite deson compas

Une cl en fernoue avec uneficelle de coton

Une allumetteen bois

Deux trombonesen aluminium

Un capuchon destylo en plastique

Pour que la lampe fonctionne nouveau, le matriau remplaant le cuivre doit laisser

passer le courant lectrique. Je pense que seuls la cl en fer et le trombone en aluminium

conviendraient pour rsoudre le problme de Grgoire.

Je ralise un circuit lectrique comportant en srie une pile, une lampe, un ampremtre

(facultatif) et chacun des objets tester. Jobserve ltat de la lampe et/ou on mesure

lintensit du courant lectrique dans le circuit.

Si lobjet est fait dans un matriau conducteur alors la lampe sera allume (lampremtre

montrera le passage dun courant dans le circuit), et cet objet pourra tre utilis par Grgoire.

Suivant le matriau test, jai observ que la lampe tait allume ou teinte, donc jen dduis

que tous les matriaux ne sont pas des conducteurs dlectricit.

Pour remplacer la lamelle de cuivre, Grgoire pourra choisir entre les diffrents lments

conducteurs dlectricit, savoir : la cl en fer, le trombone en aluminium et la tige en graphite.Les autres lments ne conviennent pas car ils sont des isolants lectriques.

X

matriau clouen fertromboneenaluminium

tigeen graphite

Capuchonenplastique

Allumetteen bois

Ficellede coton

intensitdu courant 0 A 0 A 0 A = 0 A = 0 A = 0 A

tat dela lampe allume allume allume teinte teinte teinte


10/662. Conduction lectrique des solides 9

Documentaire

Quelle est la structure dun atome ?Activit 2

1. Associe chacune des descriptions de latome (Doc. 1) la schmatisation correspon-dante (Doc. 2).

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2.Daprs le modle de Rutherford, quels sont les constituants de latome ? Quel est lesigne des charges lectriques de ses constituants ?

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3.Compare le diamtre dun atome celui de son noyau.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4.Pourquoi dit-on que latome a une structure lacunaire ?

Info Une lacune est un espace vide lintrieur dun corps.

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Latome est unepetite sphre.

Latome est lectriquementneutre, il contient des parti-cules de charge lectriquengative, les lectrons, englusdans de la matire de chargepositive.

Latome est constitu dun noyau centralcharg positivement autour duquel gravitentdes lectrons chargs ngativement. Lediamtre du noyau est 100 000 fois pluspetit que celui de latome. Les lectronssont encore plus petits. Dans un atome il y aprincipalement du vide.

1805 DALTON 1904 THOMSON 1911 RUTHERFORDDoc. 1 Lhistoire du modle de latome

Doc. 2 Diverses schmatisations de latome

Modle 1 Modle 2 Modle 3

Sphre chargepositivementNoyau

lectronlectron

+

-

-

-

-

- -

C1. Matriser lalangue franaise

Les constituants de latome sont le noyau charg positivement et les lectrons chargs

ngativement.

Le modle 1 correspond la reprsentation de Dalton, le 2 celle de Rutherford et le 3 celle de Thomson.

Le diamtre dun atome est 100 000 fois (105fois) plus grand que celui de son noyau.

Les constituants de latome sont beaucoup plus petits que latome.

Entre ces constituants il y a du vide, do la structure dite lacunaire.


11/6610

1. Quest-ce que le courant lectrique dans un mtal ?

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2.Pourquoi les isolants ne conduisent-ils pas le courant lectrique ?

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3. Schmatise un circuit com-portant une pile et unelampe relies par des filsconducteurs. Sur ce circuit,note le sens conventionneldu courant en rouge et lesens de dplacement deslectrons libres dans lesconducteurs en vert.

partir de cette carte, rdige un paragraphe utilisant les mots de la leon.

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Essentiel

Un atomeest constitu dun noyaude charge positive entour dlectronsde charge ngative.Un mtalest constitu datomes empils, proches les uns des autres.Certains de ses lectrons, appels lectrons libres, peuvent se dplacer datomes en atomes.Le courant lectriquedans un mtal est la circulation des lectrons libres.

Les lectrons se dplacent dans le sens oppos au sens conventionnel du courant.Documentaire

Comment les mtaux conduisent-ils le courant lectrique ?Activit 3

Dans un mtal, le courant lectrique est un dplacement dlectrons libres.

Les isolants ne contiennent pas dlectrons libres et ne conduisent pas le courant lectrique.

Un atome est compos dun noyau de charge positive et dlectrons de charge ngative. Un atome est neutre.

Les solides peuvent tre classs en deux catgories : les isolants et les conducteurs. Dans les conducteurs,

des lectrons libres permettent le passage du courant lectrique. Ils se dplacent dans le sens inverse du sens

conventionnel du courant lectrique. Les mtaux sont des conducteurs.

Sens conventionnel

du courant

Dplacement des

lectrons libres


12/66112. Conduction lectrique des solides

2

a. Quelles sont les deux parties constituant

un atome ? Quel est le signe de la charge lectriquede chaque partie ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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b.Quelle est la charge lectrique dun atome ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Exercices

1 Complte la grille partir des dfinitions.1 Adjectif qui qualifie une grandeur ou un phno-

mne en rapport avec llectricit.2

Qualifie un matriau qui laisse passer le courantlectrique.3 tat de la matire condens et ordonn.4 Particule constituant les atomes et charge ngati-

vement.5 Catgorie de matriau conduisant le courant lec-

trique.6 Peut circuler dans un conducteur lectrique.7 Qualifie un matriau qui ne laisse pas passer le cou-

rant lectrique.8 Qualifie un lectron qui, dans les mtaux, permet le

passage du courant lectrique.1 2

3

4

5 6

7

8

c. Choisis les bonstermes permettantde complter lemodle de latome :lectron, molcule, noyau,atome, conducteur, iso-lant.

d.Quelle proprit possdent certains lectronsdun mtal ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 Latome de plomb a un rayon de 1,810-10mtre.

a. Calcule, en mtre, le diamtre de cet atome.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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b. Le noyau de latome est 100 000 fois plus petitque latome. Calcule, en mtre, le diamtre dunoyau de cet atome.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4 Dans le circuitci-contre, un matriauest plac entre lesdeux pinces crocodilesA et B :

a. Ce matriau est-il conducteur ou isolantlectrique ? Justifie.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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b.Comment nomme-t-on les particules responsablesdu passage du courant dans un solide ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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c.

Reprsente sur le schma leur sens dedplacement ainsi que le sens conventionnel ducourant.

.15

{

L

E

C

T

R

I

Q

U

E

C

O

N

D

U

C

T

E

U

R

M

T

A

L

C

O

U

R

A

N

T

S O I D E

L E T R O N

S L A N

I B R

Un atome est constitu dun noyau et dun nuage

dlectrons. Le noyau est charg positivement et les

lectrons ngativement.

atome

noyaulectron

Un atome est lectriquement neutre car la charge

positive du noyau est compense par la charge ngative

de lensemble des lectrons.

Un mtal possde des lectrons libres qui peuvent se

dplacer datomes en atomes ltat solide.

Le diamtre sobtient par le calcul

Datome= 2

ratomeDatome= 2 1,8 10-10= 3,6 10-10m

Dnoyau

= Datome

/ 105

Dnoyau

= 3,6 10-10/ 105

Dnoyau

= 3,6 10-15m

Ce matriau est un conducteur car il permet le passagedu courant lectrique.

Dans un solide, des lectrons libres sont responsables du

passage du courant.

sensdu courant

dplacementdes lectrons


13/6612

5 Reprsente parune flche lgende :

a. le sens conventionneldu courant.

b. le dplacement deslectrons dans le circuit.

6 Deux expriences sont reprsentes ci-dessous.

+-

4,5 v

+

4,5 v

+

a. Quelle proprit lectrique possde chacun desmatriaux tests ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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b.Explique ce que reprsentent les gros rondsbleu clair, les petits points bleu fonc et les flchesrouges.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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c. Pourquoi ces flches ne sont reprsentes quepour une seule exprience ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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d.

Reprsente le sens conventionnel du courantlectrique quand il circule.

Explique chaque exprience laide de tesconnaissances puis propose une hypothsepermettant de montrer que les deuxinterprtations ne sont pas incompatibles.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7

1 2

Exprience n2

+

Exprience n1

Paul a ralis lexprience 1, laide dun aimantet dune rgle. Marie a utilis la mme rgle pourraliser lexprience n 2.

Dans lexprience 1, le matriau test est conducteur

dlectricit. Dans lexprience 2, il est isolant.

Les gros ronds bleu clair reprsentent les atomes, les

petits ronds bleu fonc schmatisent des lectrons et les

flches rouges matrialisent le dplacement des lectrons

libres quand le courant circule.

Dans le circuit de droite, le matriau est un isolant, il ne

conduit pas le courant lectrique. Il na pas dlectrons

libres susceptibles de se dplacer.

Exprience n 1

Observation : La rgle mtallique est attire par

laimant.

Interprtation : Jen conclus que la rgle mtallique

contient du mtal fer.

Exprience n 2

Observation : La rgle est insre en srie dans un

montage comprenant une pile plate et une lampe. La

lampe ne brille pas.

Interprtation : La lampe ne brille pas car le circuitnest pas ferm. La rgle ne conduit pas le courant

lectrique.

Hypothse permettant de montrer que les deux

interprtations ne sont pas incompatibles.

Lexprience n 1 montre que la rgle est en fer. Or le

mtal fer est un conducteur lectrique.

Lexprience n 2 montre que la rgle nest pas un

conducteur lectrique.Les deux interprtations sont correctes si on fait

lhypothse que la rgle est recouverte dune

peinture ou dun vernis isolant.

sens conventionnel du courant

dplacement

des lectrons


14/663. Conduction lectrique des solutions 13

Comment une solution conduit-elle le courant lectrique ?

Investiga

tion

Conduction lectrique des solutions3

Activit 1

1. Classe les termes suivants dans la catgorie qui convient : ion ; molcule ; lectron ;

atome.

lectriquement neutre : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .lectriquement charg : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.Associe chaque solution la proposition qui convient.

eau distille

contient uniquement des molcules eau sucre contient des molcules et des ions eau sale contient uniquement des ions

3.Propose le protocole dune exprience qui permet desavoir si toutes les solutions conduisent le courant lec-trique. Complte le schma ci-contre.

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4.Aprs accord de ton professeur, ralise lexprience. Indiqueles rsultats ou les observations.

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5.Que doit contenir une solution aqueuse pour conduire le courant lectrique ?

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Tigesconductrices

BcherSolution

Leau distille ne contient que desmolcules deau.

Leau sucre contient essentiellement desmolcules deau mais aussi des molculesde saccharose.

Leau sale contient essentiellementdes molcules deau mais aussi des ionschlorure, de formule Cl, et des ions sodium,de formule Na+.

Les eaux sucre et sale sont appeles dessolutions aqueuses.

Doc. 1 Leau sale et leau sucre

Un ion est issu dun atome ou dunensemble datomes qui a perdu ou gagnun ou plusieurs lectrons.

Lion sodium provient dun atome desodium qui a perdu 1 lectron(ngatif).Il est donc charg positivement et saformule est Na+.

Lion chlorure provient dun atome dechlore qui a gagn 1 lectron (ngatif).

Il est donc charg ngativement et saformule est Cl.

Doc. 2 Lion sodium et lion chlorure


atome, molcule

lectron, ion

On ralise lexprience schmatise. On observe lclat de la

lampe. Si la lampe brille, la solution est conductrice. Si elle ne

brille pas, la solution nest pas suffisamment conductrice.

Leau distille et leau sucre ne conduisent pas le courant

lectrique.

Leau sale conduit le courant lectrique.

Pour conduire le courant lectrique, une solution aqueuse doit contenir des ions.

+


15/66

Ralise lexprience suivante.Au milieu dune feuille de papier filtre, trace un

trait au crayon.Imbibe la feuille avec de leau sale.

Dpose sur le trait deux chantillons solides, luncontenant des ions cuivre (II) (bleus et chargspositivement) et lautre contenant des ionspermanganate (violets et chargs ngativement).

Relie la feuille au gnrateur comme indiqu sur le circuit schmatis ci-contre.Branche lampremtre.

E

xprimentale

quoi est d le courant lectrique dans les solutions ?Activit 2

Solide bleu

Solide violet

Papier filtre

A

+

14

Activit 2

1. Quindique lampremtre ? Que peut-on en dduire ?

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2.Aprs 10 minutes, quelles observations peux-tu faire ?

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3.Dduis des observations le sens de dplacement des diffrents types dions parrapport aux signes des bornes du gnrateur.

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4.Compare le sens de dplacement des diffrents types dions au sens conventionneldu courant lectrique.

Info Dans une solution, le courant lectrique est d un dplacement dions.

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Barre les propositions crites en italique qui sont fausses.Toutes les solutions aqueuses conduisent/ ne conduisent pas le courant lectrique. La conduction ducourant lectrique sinterprte par la prsencedatomes/dions/de molculesdans la solution.Un ion provient dun atome ou dun groupe datomes qui a gagn ou perdu un ou plusieurs lectrons.Les ions sont lectriquement neutres/ lectriquement chargs.Dans une solution aqueuse, le courant lectrique est d un dplacement datomes / dions / de

molcules. Les ions positifs se dplacent vers la bornepositive/ ngativedu gnrateur ; les ions ngatifsse dplacent vers la bornepositive/ ngativedu gnrateur.

Essentiel

C3.1 Pratiquerune dmarchescientifique,rsoudredes problmes

Lampremtre indique 10 mA (exemple). Cela prouve quun courant lectrique circule.

La tache bleue sest dirige vers la borne ngative du gnrateur.

La tache violette sest dirige vers la borne positive du gnrateur.

Les ions chargs positivement se dirigent vers la borne ngative du gnrateur.

Les ions chargs ngativement se dirigent vers la borne positive du gnrateur.

Les ions chargs positivement se dplacent dans le sens conventionnel du courant lectrique.

Les ions chargs ngativement se dplacent dans le sens oppos au sens conventionnel du

courant lectrique.


16/663. Conduction lectrique des solutions 15

Exercices

1 QCM Pour chaque phrase, entoure la (les) bonne(s) rponse(s).

1.Une solution aqueusede sulfate de cuivre conduit

le courant lectrique car :

elle contientessentiellement

des molcules deau.

elle contient des ionssulfate et des ions cuivre.

elle est ltat liquide.

2.Le courant lectrique dansune solution aqueuse est d :

un dplacementdlectrons.

un dplacementdions.

un dplacementde molcules deau.

3.Un montage permettantde dterminer si une solutionaqueuse conduitle courant est :

4.Lion fer (II), de formuleFe2+, provient :

dun atome de fer quia perdu deux lectrons.

dun atome de fer quia gagn deux lectrons.

dun atome de cuivre quia gagn deux lectrons.

5.Lion chlorure, de formuleCl, provient :

dun atome de chlorequi a cd un lectron.

dun atome de chlore quia gagn deux lectrons.

dun atome de chlorequi a gagn un lectron.

3 Indique si chaque affirmation en gras est vraie(V) ou fausse (F). Justifie pour chaque affirmationfausse.

V/F

1.On dissout du sucre dans de leau. Le sucreest un compos molculaire. La solutionobtenue conduit le courant lectrique.

2.On dissout du chlorure de sodium dans deleau. Le chlorure de sodium est un composionique. La solution obtenue conduit lecourant lectrique.

3.On dissout du sulfate de fer dans de leau.Le sulfate de fer est un compos ionique.La solution obtenue conduit le courant

lectrique car elle contient du fer qui estconducteur.

4.Certaines solutions aqueuses neconduisent pas le courant lectrique carelles ne contiennent pas dions.

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2 On verse, dans un bcher, une solution aqueusede nitrate de potassium qui contient des ions nitrate, deformule NO3, et des ions potassium, de formule K+. Onimmerge, dans la solution, deux lectrodes relies cha-

cune une borne dun gnrateur de tension continue.a. Pourquoi cette solution aqueuse conduit-elle lecourant lectrique ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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b.Schmatise lexpriencedcrite ci-dessus. Indiquele sens de dplacementdes ions.

Solution

tester

Solution

tester

A

Solution

tester

A

C3.3 Savoir utiliserdes connaissancesdans divers domainesscientifiques

Cette solution aqueuse conduit le courant lectrique

car elle contient des ions.

F

V

V

F

Laffirmation 1 est fausse : une eau sucre ne contient

pas dion, elle ne conduit donc pas le courant lectrique.

Laffirmation 3 est fausse : la solution de sulfate

de fer conduit le courant lectrique car elle contient des

ions.Ions potassium

Ions nitrate

+


17/66


18/664. Ions et pH 17

Ions et pH4

Exprimen

tale

Comment reconnatre des ions en solution ?Activit 1

En prenant comme modle le protocole du Doc. 1, ralise les tests pour reconnatre la prsence dionsdans les solutions distribues par le professeur.En tinspirant du Doc. 2, schmatise le premier test. Note les rsultats de chaque test et les ions identifis.

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On peut reconnatre des ions en solution grce des tests de reconnaissance. Le Doc. 1prsentele protocole pour les ions cuivre (II). Les autres ions cits dans le tableau du Doc. 3sidentifientavec un protocole identique schmatis dans le Doc. 2.

Pour reconnatre la prsence dions cuivre (II)dans une solution, on doit ajouter cettesolution quelques gouttes du ractifhydroxyde de sodium (soude). Sil se forme

un prcipit bleu (solide insoluble dansla solution), alors il y a prsence dionscuivre (II) : le test est positif.

Doc. 1 Protocole pour reconnatre la prsencedes ions cuivre (II)

Ractif caractristiquedes ions recherchs

Prcipit

Pas de prcipitSolution dans laquelleon recherche les ions

Si les ions recherchssont prsents

Si les ions recherchs

ne sont pas prsents

Doc. 2 Principe dune reconnaissance dions

Ionsrecherchs

Cuivre (II)de formule Cu2+

Fer (II)de formule Fe2+

Fer (III)de formule Fe3+

Zincde formule Zn2+

Chlorurede formule Cl

Ractifcaractristique

des ions

recherchs

Hydroxydede sodium

Hydroxydede sodium

Hydroxydede sodium

Hydroxydede sodium

Nitratedargent

Rsultatobserv

si les ionssont prsents

Prcipitbleu

Prcipitvert

Prcipitrouille

Prcipitblanc

Prcipit blancqui noircit

la lumire

Doc. 3 Tableau rcapitulatif des tests de reconnaissance dions

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Le professeur peut proposer par exemple les solutions

suivantes :

A- chlorure de sodium : Clpositif

B- sulfate de zinc : Zn2+positif

C- chlorure de zinc : Zn2+positif et Clpositif

D- sulfate de cuivre (II) : Cu2+positif

E- sulfate de fer (II) : Fe2+positif

F- sulfate de fer (III) : Fe3+positif

G- eau distille

Observation

Nitrate d'argent

Prcipit blancSolution A

Exemple de la recherche dions chlorure dans unesolution A de chlorure de sodium.


19/6618

Toutes les solutions aqueuses contiennentdes molcules deau, des ions hydrogne H+et des ions hydroxyde HO.On peut connatre le caractre acide,basique ou neutre dune solution enmesurant son pH laide dun papier pH oudun pH-mtre.

Une solution acide contient davantagedions hydrogne H+que dions hydroxydeHO. Son pH est infrieur 7.

Une solution neutre contient autant dionshydrogne H+que dions hydroxyde HO.

Son pH est gal 7.

Une solution basique contient davantagedions hydroxyde HOque dions hydrogneH+. Son pH est suprieur 7.

Doc. 1 Solutions acides et basiques

Avec du papier pH :Dpose une gouttede solution sur unmorceau de papier pH.Compare sa couleuravec le nuancier dela bote et note le pHcorrespondant.

Avec un pH-mtre :Immerge lextrmit dela sonde du pH-mtredans la solution. Aprsquelques instants, notele pH.

Doc. 2 Mesure du pH

Comment identifier le caractre acide, basique ou neutre dune solution ?

Quel est leffet de la dilution sur le pH dune solution acide ?

E

xprimentale

Exprimentale

Activit 2

Activit 3

Les solutions acides ou basiques concentres prsentent des dangers,cest pourquoi il faut porter des gants et des lunettes de protectionlorsquon les utilise. On identifie ces dangers grce des pictogrammessur lemballage (Doc. 3). On peut diminuer cette dangerosit en diluantla solution.

Tu trouveras la signification des pictogrammes de scurit au dos de lacouverture de ce cahier.

1. Mesure le pH de chacune des solutions disponibles et note les rsultats obtenus.

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2.Classe ces solutions selon leur caractre acide, basique ou neutre. Cite chaque foisles ions majoritaires.

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C3.1 Pratiquerune dmarchescientifique,

rsoudre desproblmes

Doc. 3

citron : pH = 3 ; cola : pH = 5 ;

eau Volvic : pH = 7 ; dtergent : pH = 14

Le cola, le jus de citron ont un pH infrieur 7 et sont donc acides. Les ions majoritaires sont

les ions hydrogne.

Le dtergent a un pH suprieur 7. Il est donc basique. Les ions majoritaires sont les ions

hydroxyde.

Leau de Volvic a un pH gal 7. Elle contient autant dions hydroxyde que dions hydrogne.


20/66194. Ions et pH


1. Recherche la signification des pictogrammes du Doc. 3.

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cahier d'activites physique-chimie 3e.pdf

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