Orientations Concepts prescrits








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Orientations

Concepts prescrits

Gaz

L’utilisation répandue des gaz dans de nombreux domaines de l’activité humaine justifie l’étude de la réactivité de certaines substances gazeuses. Cela nous renseigne, entre autres, sur leur utilisation possible et sur la manière de les manipuler en toute sécurité.

Les similitudes observées dans le comportement des gaz (compressibilité, expansion, diffusion, forme et volume indéfinis, etc.) ont conduit à l’élaboration de la théorie cinétique moléculaire. Au début du deuxième cycle, l’étude des gaz portait sur la relation entre la pression et le volume. Elle se poursuit dans ce programme avec la loi générale des gaz et la loi des gaz parfaits. L’utilisation de la loi de Dalton, aussi appelée « loi des pressions partielles », s’avère pertinente dans l’étude des mélanges gazeux. L’emploi de ces lois suppose une maîtrise des opérations mathématiques relatives à la conversion d’unités de mesure et le traitement d’expressions algébriques à plusieurs variables.

L’hypothèse d’Avogadro permet de comprendre les combinaisons volumétriques lors des réactions chimiques en phase gazeuse. Corollaire de cette hypothèse, le volume molaire simplifie les calculs relatifs aux quantités de gaz consommées ou produites. Les volumes molaires retenus sont ceux établis aux conditions de température et de pression normales (0 °C et 101,3 kPa) et aux conditions de température ambiante et de pression normale (25 °C et 101,3 kPa).

  • Propriétés chimiques des gaz

    • Réactivité

  • Propriétés physiques des gaz

    • Théorie cinétique des gaz

    • Loi générale des gaz

    • Loi des gaz parfaits

    • Loi de Dalton

    • Hypothèse d’Avogadro

    • Volume molaire gazeux

Aspect énergétique des transformations

Le bilan énergétique d’une transformation peut être représenté sous la forme d’un diagramme d’énergie. La construction et l’interprétation d’un tel diagramme mettent en évidence la variation de l’enthalpie (énergie emmagasinée sous forme cinétique et potentielle) des substances impliquées et certains aspects de la cinétique chimique, comme l’énergie d’activation.

L’additivité des chaleurs de réaction (loi de Hess) ou des enthalpies de liaison figure parmi les méthodes qui permettent d’évaluer la chaleur molaire des réactions. La calorimétrie permet, quant à elle, la détermination expérimentale des quantités de chaleurs impliquées lors de certaines transformations.

  • Diagramme énergétique

  • Énergie d’activation

  • Variation d’enthalpie

  • Chaleur molaire de réaction

Vitesse de réaction

Le rythme auquel les réactifs se transforment en produits est soumis à l’influence de plusieurs facteurs (nature des réactifs, concentration, surface de contact, température, catalyseurs). Les possibilités d’intervention sont donc multiples lorsqu’il s’agit d’accélérer ou de ralentir les changements qui s’opèrent dans la matière.

L’intérêt de la loi des vitesses de réaction réside dans l’écriture d’expressions algébriques qui permettent de comparer les vitesses de diverses réactions chimiques et, dans certains cas, d’en calculer la valeur numérique. Cette loi favorise une meilleure compréhension de la nature dynamique de l’équilibre et conduit à l’expression mathématique des constantes d’équilibre.

  • Facteurs qui influencent la vitesse de réaction

    • Nature des réactifs

    • Concentration

    • Surface de contact

    • Température

    • Catalyseurs

  • Loi des vitesses de réaction

Équilibre chimique

L’équilibre dynamique est un état qui caractérise de nombreux systèmes chimiques, physiques et biologiques. L’étude qualitative de l’état d’équilibre et des facteurs qui l’influencent est exigée. Le principe de Le Chatelier sert, entre autres, à prévoir l’évolution des systèmes dont les conditions ont été modifiées.

Quel que soit le système considéré, l’interprétation et le calcul de l’expression de la constante d’équilibre (constante d’ionisation de l’eau, constantes d’acidité et de basicité, constante du produit de solubilité) permettent de traiter à la fois des aspects qualitatifs et quantitatifs de l’équilibre chimique. Lorsque cela est nécessaire, le recours aux équations du premier ou du deuxième degré est de rigueur.

La constante d’ionisation de l’eau permet de comprendre l’interdépendance entre les concentrations molaires des ions hydronium et hydroxyde. La détermination de l’une ou l’autre de ces concentrations molaires permet, avec l’emploi des fonctions logarithmiques, le calcul du pH des solutions aqueuses. La maîtrise de la notation scientifique est requise.

Note : Lors du traitement numérique des constantes d’équilibre, il est souhaitable que les systèmes étudiés se composent de substances simples, dont les formules moléculaires sont de type XY, XY2 ou X2Y.

  • Facteurs qui influencent l’état d’équilibre

    • Concentration

    • Température

    • Pression

  • Principe de Le Chatelier

  • Constante d’équilibre

    • Constante d’ionisation de l’eau

    • Constantes d’acidité et de basicité

    • Constante du produit de solubilité

  • Relation entre le pH et la concentration molaire des ions hydronium et hydroxyde






Repères culturels possibles

Histoire

Ressources du milieu

Événement

Amedeo Avogadro

Robert Boyle

Jacques Charles

Louis Joseph Gay-Lussac

Antoine Laurent de Lavoisier

Henry Louis Le Chatelier

Edme Mariotte

Maud Leonora Menten

William Thomson


Association francophone pour le savoir (ACFAS)

Conseil de développement du loisir scientifique (CDLS)

Conseil national de recherches Canada (CNRC)

Institut de chimie du Canada (ICC)

Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA)


Expositions scientifiques

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