Physique Chimie 1re STI2D-STL - Livre Professeur - Ed.2011 PDF [PDF]

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re STI2D

STL

Physique Chimie Jean-Pierre Durandeau Jean-Marie Bélières Jean-Louis Berducou Paul Bramand Marie-Jeanne Comte Jean-Claude Larrieu-Lacoste Cédric Mazeyrie

Table des matières 1 Comment s’habiller, naturel ou synthétique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Comment fabriquer des molécules géantes ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Comment se protéger du chaud et du froid ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4 Quelles énergies pour l’habitat ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5 Comment accumuler de l’énergie ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6 Comment limiter les pertes d’énergie dans une habitation ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 7 Comment chauffer avec des appareils électriques ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 8 Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 9 Comment est distribuée l’énergie électrique ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 10 Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 11 Comment s’éclairer efficacement ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 12 Comment s’isoler des bruits de voisinage ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 13 Quel est le principe d’une échographie ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 14 Antiseptiques et désinfectants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 15 Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 16

Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

17

Comment mesurer une vitesse ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

18 Qu’est-ce que l’énergie mécanique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Couverture : npeg.fr Maquette et mise en page : Nicolas Balbo Schémas : Domino

© HACHETTE LIVRE 2011, 43, quai de Grenelle, 75905 Paris Cedex 15  ISBN 978-2-01-181502-6 www.hachette-education.com Tous droits de traduction, de reproduction et d’adaptation réservés pour tous pays. Le Code de la propriété intellectuelle n’autorisant, aux termes de l’article L. 122-4 et L. 122-5, d’une part, que les « copies ou  reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et, d’autre part,  que « les analyses et courtes citations » dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation ou reproduction intégrale  ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants cause, est illicite ». Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, sans autorisation de l’éditeur ou du centre français de  l’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), constituerait donc une contrefaçon sanctionnée  par les Articles 425 et suivants du Code pénal.

Avant-propos Le livre du professeur, qui accompagne le manuel de  l’élève, comporte les corrigés des activités et des exercices proposés dans chaque chapitre.

Les activités dans le manuel Nous n’avons pas choisi une méthode déductive fondée  sur  la  présentation  d’un  cours  préalable  suivi  d’exercices d’application, car  le  dogmatisme qu’elle  peut engendrer nous paraît inadapté dans les classes   d’enseignement technologique. La  démarche  adoptée  privilégie  la  construction  des  connaissances et des capacités à partir de situations  problèmes puisées dans l’environnement technique  de l’élève  et formulées dans le langage courant.

Les exercices Dans le livre du professeur, nous fournissons les solutions des exercices figurant dans les cinq rubriques  du manuel de l’élève.

• Tester ses connaissances Cette forme de présentation et d’évaluation (Q.C.M.)  se répand de plus en plus et présente l’avantage de  développer l’esprit critique. Cette rubrique permet à  chaque élève de tester rapidement les connaissances  fondamentales du chapitre.

• Apprendre à résoudre Cette rubrique comporte deux exercices portant sur  le même thème ; le premier est progressif, le second,  plus  direct,  nécessite  une  plus  grande  initiative  de  l’élève.

• Tester ses capacités Ces exercices simples traitent des capacités énoncées  dans le programme. Chaque exercice concernant une  seule capacité, l’élève peut  en vérifier plus facilement  l ’acquisition.

• Applications technologiques Les exercices concernés relèvent d’un niveau de difficulté  supérieur :  il  s’agit  d’appliquer  ses  connaissances et ses savoir-faire dans des contextes différents  de ceux des activités et de l’essentiel du cours, en particulier dans la vie professionnelle. Nous avons intégré dans cette rubrique des exercices dont le thème  est le « développement durable ».

• Le coin du chercheur Ces  exercices  demandent  une  plus  grande  autonomie et davantage de recherche : le travail en groupes  se prête particulièrement à la résolution de ces exercices. Le livre du professeur constitue un outil indissociable  du manuel, au service des collègues pour le bénéfice  de leurs élèves. Nous acceptons bien volontiers leurs  suggestions et critiques.

Pour  aider  le  professeur  dans  sa  tâche,  le  Livre numérique permet de projeter en permanence  tous  les  documents  (vidéos,  animations..  )  nécessaires  à  la  mise  en    œuvre  et  à  l’exploitation  du  manuel de l’élève.

 3

1

Comment s’habiller, naturel ou synthétique ?

DOCUMENTS ■ Activité 1 : Comment connaître le matériau constituant un vêtement ? 1.  Les étiquettes 1 et 3 correspondent à du lin et du coton, matières d’origine végétale. 2.  L’étiquette 2 : le tissu est constitué de polyamide et d’élastanne, matières synthétiques.

■ Activité 2 : Comment distinguer différentes molécules ? Quels atomes les composent ? 1.  Ces molécules possèdent toutes des atomes de carbone et d’hydrogène. 2.  Les molécules de la première ligne ne comportent que des liaisons simples, celles de la seconde  ligne possèdent une double liaison entre 2 atomes de carbone.

3.  Les molécules de la 3e et de la 4e ligne possèdent d’autres atomes : azote ou oxygène. 4.  Les molécules de la chimie organique contiennent essentiellement des atomes de carbone,  d’hydrogène, d’azote et d’oxygène.

■ Activité 3 : Comment repérer quelques groupes fonctionnels ? 1.  Groupe « alcool » : le butan-2-ol et la thréonine ; groupe « acide carboxylique » : acide  propanoïque et thréonine ; groupe « amine : éthanamine et thréonine ; groupe « ester » : méthanoate  d’éthyle ; groupe « amide » : propanamide.

2.  La thréonine possède un groupe acide carboxylique, un groupe alcool et un groupe amine : c’est  un acide aminé.

EXERCICES Tester ses connaissances

H H H H | | | | H—C—C—C—C—H | | | | H H H H

Q.C.M.  1 : A et C ; 2 : A ; 3 : B ; 4 : A ; 5 : A ; 6 : C ; 7 : A ; 8 : A et B ;  9 : A et B ; 10 : B et C.

Apprendre à résoudre Alcanes de même formule brute Niveau l COMPRENDRE

a. Le seul isomère du butane est le 2-méthylpropane : 

Pentane H |

H H H H | | | | H—C—C—C—C—H | | | H H H H—C—H

H—C—H H H | | H—C—C—C—H | | H H H—C—H

|

|

|

|

H

H |

H—C—H H H | | H—C—C—C—H | | | H H H

|

b. Le pentane ; le 2-méthylbutane et le 2,2-diméthylpropane, de formules développées :

|

   

2-méthylbutane  

H 2,2-diméthylpropane

Nommer les alcènes Niveau l APPLIQUER a. Le propène, seul alcène à 3 atomes de carbone.  b. Le but-1-ène : CH3 — CH2 — CH = CH2  et le but-2-ène : CH3 —CH = CH — CH3.

4 • CHAPITRE 1 - Comment s’habiller, naturel ou synthétique ?

 

Tester ses compétences

8. Du modèle à la formule

1. Tissus des vêtements Sont  d’origine  naturelle :  la  laine  et  la  soie  (origine  animale), le coton et le lin (origine végétale).

a.

2. Atome de carbone a. Le  carbone  possède  4  électrons  sur  sa  couche  externe, il emprunte donc 4 électrons aux atomes voisins pour compléter sa couche externe à 8 électrons.

b. La valence du carbone est 4 : on dit que le carbone  est tétravalent.

3. Modèle moléculaire du propène a. Valence du carbone : 4, valence de l’hydrogène : 1. b. 4  liaisons  lient  chaque  atome  de  carbone  aux  atomes  voisins,  donc  8  électrons  sont  mis  en  commun.

c. Les atomes d’hydrogène complètent leur couche  externe  à  2  électrons :  cette  mise  en  commun  de  2  électrons s’appelle la règle du duet.

H H H H | | | U H —C — C — C — N U | | | H H H H

H O | || H —C — C — O — H | H b. O H H || | | H—C—O—C—C—H | | H H c.

9. De la formule au modèle moléculaire a.

4. L’ammoniac a. 4  doublets  électroniques  (dont  1  doublet  non  liant) entourent l’atome d’azote.

b. Les  4  doublets  d’électrons  se  repoussent et  les  3  atomes d’hydrogène forment un triangle équilatéral,  base de la pyramide dont le 4e sommet est occupé par  le doublet non liant.

b.

c. Le  modèle  a  bien  la  forme  d’une  pyramide  à  base triangulaire, dont le 4e sommet est occupé par  l’atome d’azote.

5. Le dichlore La molécule de dichlore est linéaire.

c.

6. Formules semi-développées Alcool : b et f ; acide carboxylique : d ; amine : c ; ester :  e ; amide :a.

7. Acide lactique L’acide lactique contient une fonction « alcool » et une fonction « acide carboxylique ».

d.

CHAPITRE 1 - Comment s’habiller, naturel ou synthétique ? • 5

Applications technologiques

13. Bois, coton

10. Solvants industriels a.  dichlorométhane

a. Dans la molécule de glucose, 5 fonctions alcool : CH2OH

Cl | H—C—H | Cl

C

O

C

H OH

H

C

OH

C

C

OH

H

OH

H

b.  1,1,1-trichloroéthane Cl H | | Cl — C — C — H | | Cl H

glucose H

 

b. Formule brute du glucose : C6H12O6 ; c. Formule brute du motif : C6H10O3. d. M (motif ) = 6 × M(C) + 10 × M(H) + 3 × M(O) 

c.  trichloroéthène H Cl U U C=C U U Cl Cl

= 130 g.mol–  1 ; Encadrement :  130 000 g.mol–  1