Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac

1. Constitution et transformations de la matière

Composition et évolution d'un système

Ouverture de thème p. 16-17

Ch. 1

Modélisation des transformations acide-base

Ch. 2

Analyse physique d'un système chimique

Ch. 3

Méthode de suivi d'un titrage

Ch. 4

Évolution temporelle d'une transformation chimique

Ch. 5

Évolution temporelle d'une transformation nucléaire

BAC

Thème 1

Prévision et stratégie en chimie

Ouverture de thème p. 146-147

Ch. 6

Évolution spontanée d'un système chimique

Ch. 7

Équilibres acide-base

Ch. 8

Transformations chimiques forcées

Ch. 9

Structure et optimisation en chimie organique

Ch. 10

Stratégies de synthèse

BAC

Thème 1 bis

Trouver son sujet et bien le délimiter

Grand oralp. 270-271

Pile à combustible au méthanol

Sujet BACp. 272-273

Acides soufrés

Sujet BACp. 274-275

Composition du plexiglas

Sujet BACp. 276-277

Synthèse de l’Ala-Asp-Ala

Sujet BACp. 278-279

Sujet BACp. 280-281

Fabrication d’une pile cuivre-argent

Sujet BACp. 282-283

Vinaigre et constante d’acidité

Sujet BACp. 284-285

Durée de synthèse

Sujet BACp. 286-287

Substitution et élimination

Sujet BACp. 288-289

Cuivrage d'un objet par électrolyse - Exclusivité numérique

2. Mouvement et interactions

Ouverture de thème

Ch. 11

Description d'un mouvement

Ch. 12

Mouvement dans un champ uniforme

Ch. 13

Mouvement dans un champ de gravitation

Ch. 14

Modélisation de l'écoulement d'un fluide

BAC

Thème 2

3. Conversions et transferts d'énergie

Ouverture de thème

Ch. 15

Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16

Bilans d'énergie thermique

BAC

Thème 3

4. Ondes et signaux

Ouverture de thème

Ch. 17

Propagation des ondes

Ch. 18

Interférences et diffraction

Ch. 19

Lunette astronomique

Ch. 20

Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Ch. 21

Évolutions temporelles dans un circuit capacitif

BAC

Thème 4

Annexes

Ch. 22

Méthode

Rabats de début

Thème 1 bis
Exclusivité numérique
Sujet Bac expérimental 10

Cuivrage d'un objet par électrolyse

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Énoncé

Le cuivrage est une technique permettant de recouvrir d'une fine couche de cuivre des pièces d'acier soumises à l'oxydation par l'air ambiant. Cette couche de cuivre s'oxyde à l'air à la place de l'acier et forme une couche protectrice. C'est par cette méthode que les pièces de 2 centimes d'euro sont protégées.

Mettre en œuvre le recouvrement d'un objet par du cuivre et comparer la masse réellement déposée à la masse attendue.

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Doc. 1
Protocole de dépôt de cuivre

Le cuivrage consiste à effectuer une électrodéposition de cuivre métallique \text{Cu(s)} à la surface d'un objet grâce au passage d'un courant électrique dans une solution dans laquelle l'objet est immergé.

L'objet à recouvrir de cuivre est relié à la borne négative du générateur électrique de courant continu. À la borne positive du générateur est connectée une électrode de cuivre. Un ampèremètre est intégré au circuit pour mesurer l'intensité du courant délivré par le générateur.

Les deux électrodes sont placées dans un bécher contenant une solution composée entre autres d'ions cuivre (II) \text{Cu}^{2+}\text{(aq)}. Plus la concentration en ion est élevée, plus le dépôt est efficace. Il faut agiter en permanence pour assurer l'homogénéité de la solution.

Lorsque le courant électrique circule, un dépôt de cuivre métallique \text{Cu(s)} se forme à la surface de l'objet selon la demi-équation : \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2\: \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{s}).

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Doc. 2
Pièce de 2 centimes

Photographie macro d'une pièce de 2 centimes d'euro. On distingue le chiffre 2, l'inscription EURO CENT et un globe terrestre.

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Doc. 3
Détermination de la masse de métal déposé

L'efficacité de l'électrodéposition est vérifiée par comparaison de la masse m de métal réellement déposée et de la masse théorique m_\text{th} attendue.

Pour un dépôt de cuivre \text{Cu(s)}, cette masse théorique m_\text{th} a pour expression :

m_{\mathrm{th}}=\frac{I \cdot \Delta t \cdot M(\mathrm{Cu})}{2 F}

m_\text{th} : masse théorique de dépôt de cuivre (g)
I : intensité du courant d'électrolyse (A)
\Delta t : durée de l'électrolyse (s)
M\text{(Cu)} : masse molaire du cuivre (g·mol^-1)
F : constante de Faraday (C·mol^-1)

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Données

Constante de Faraday : F = 96 \:500 C·mol^-1
Masse molaire du cuivre : M\text{(Cu)} = 63{,}5 g·mol^-1

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Doc. 4
Matériel nécessaire

200 mL d'une solution de sulfate de cuivre (II) (\text{Cu}^{2+} \text{(aq)} \: ; \text{SO}_4^{2-} \text{(aq)}) à 1{,}0 mol⋅L^-1 en soluté apporté
200 mL d'une solution de sulfate de cuivre (II) (\text{Cu}^{2+} \text{(aq)} \: ; \text{SO}_4^{2-} \text{(aq)}) à 0{,}010 mol⋅L^-1 en soluté apporté
Générateur de courant continu réglable (12 V - 1 A)
Ampèremètre avec une indication de branchement
Chronomètre
Plaque de cuivre préalablement décapée
Électrode de graphite étiquetée « pièce à recouvrir » prépesée (masse indiquée)
Dispositif pour maintenir les électrodes verticales
Bécher en verre haut de 200 mL
Agitateur magnétique et un turbulent
Éprouvette graduée de 250 mL
Balance au centigramme
Sèche-cheveux électrique
Fils électriques
Pissette d'eau distillée

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Questions

1
Schématisation de l'expérience à réaliser (15 minutes conseillées)
1. Schématiser le montage permettant de déposer du cuivre métallique sur une électrode de graphite et le légender. Décrire brièvement le déroulement de l'expérience.

Cliquez pour accéder à une zone de dessin

Appel n°1

Appeler le professeur pour lui présenter le protocole et le schéma, ou en cas de difficulté.

2
Mise en œuvre du protocole (25 minutes conseillées)
2. Réaliser le montage à l'aide du matériel à disposition sans déclencher le générateur.

Appel n°2

Appeler le professeur pour lui présenter le montage, puis déclencher le générateur en sa présence.

3. Après vérification du professeur, réaliser le cuivrage durant \Delta t = 10 min , l'intensité I devant être proche de 1{,}0 A.

4. Noter les valeurs précises de I et \Delta t à la fin de l'expérience. En attendant, répondre aux questions suivantes.

5. Proposer un protocole pour déterminer la masse de cuivre déposée sur la tige de graphite.

Appel n°3

Appeler le professeur pour lui présenter le protocole, ou en cas de difficulté.

3
Masse de cuivre déposée (20 minutes conseillées)
6. Déterminer les incertitudes u(\Delta t) et u(I) en considérant qu'elles correspondent à la résolution de leur appareil de mesure respectif.

7. Calculer la masse théorique de cuivre déposée ainsi que l'incertitude sur cette masse u(m_\text{th}) sachant que :

\dfrac{u\left(m_{\mathrm{th}}\right)}{m_{\mathrm{th}}}=\sqrt{\left(\dfrac{u(I)}{I}\right)^{2}+\left(\dfrac{u(\Delta t)}{\Delta t}\right)^{2}}

8. Mesurer la masse de cuivre réellement déposée et l'incertitude sur cette mesure.

9. Comparer les masses théorique et réelle. Citer deux sources d'erreur expérimentale expliquant la différence entre ces deux valeurs.

Défaire le montage et ranger la paillasse

Se Préparer aux ECE

Pour préparer l'épreuve expérimentale, réaliser le schéma d'une expérience d'élecaux trolyse en y incluant tous les éléments nécessaires et en les légendant.

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