Physique-Chimie 3e - Cahier d'activités - 2023

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Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
Les espèces chimiques et l'identification
Ch. 2
Les transformations chimiques
Ch. 3
Les états de la matière
Ch. 4
Les mélanges et la solubilité
Ch. 5
L'organisation de la matière dans l'Univers
Thème : 2 Mouvements et interactions
Ch. 6
La vitesse des systèmes
Ch. 7
Les nature des mouvements
Ch. 8
La modélisation des actions
Thème 3 : Énergie, transferts et conversions
Ch. 9
Les différentes formes d’énergie et les conversions
Ch. 10
Les circuits électriques et les lois
Ch. 11
La puissance électrique et la consommation
Thème 4 : Signaux pour observer et communiquer
Ch. 12
Les signaux lumineux et sonores
Annexes
Fiches méthodes
Thème 1 - Organisation et transformations de la matière

Brevet

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Ressources numériques

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Sujet Brevet 1 : guidé
15 min
Développement durable

Les dépôts sauvages

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Compétences

✔ Distinguer atomes, molécules et ions.
✔ Connaître la structure d'un atome et ses constituants.
✔ Mettre en œuvre des tests caractéristiques.
✔ Déterminer une masse volumique.
✔ Exploiter des mesures pour différencier des espèces chimiques, des corps purs ou des mélanges.

Introduction

De nombreuses décharges sauvages, en dehors des déchetteries conventionnelles, sont recensées chaque jour. La pollution qui en résulte ne peut alors pas être traitée et a des conséquences néfastes sur l'environnement. On retrouve parfois des barils dans ces dépôts. On se propose d'étudier le liquide issu de l'un de ces barils.
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Doc. 1
Étude de l'échantillon

On dépose une goutte de l'échantillon sur du sulfate de cuivre anhydre \mathrm{CuSO}_4.
Ce solide devient bleu.
En ajoutant quelques gouttes d'hydroxyde de sodium \left(\mathrm{Na}^{+} ; \mathrm{HO}^{-}\right) à l'échantillon, un précipité de couleur rouille se forme.
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Doc. 2
Masses volumiques

MatériauAluminiumAcierPlomb
Masse volumique \left(\mathrm{kg} / \mathrm{m}^3\right)2 7007 80011 350
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Questions

1. Un noyau de cuivre est représenté par la notation { }_{29}^{63} \mathrm{Cu}. Déterminer le nombre de protons, de neutrons et d'électrons que contient un ion cuivre \mathrm{Cu}^{2+}. Justifier la réponse.
Aide
1. Dans le symbole d'un noyau \mathrm{_Z^A X}, \mathrm{A} donne le nombre de nucléons (protons + neutrons) et \mathrm{Z} le nombre de protons. L'ion cuivre \mathrm{Cu}^{2+} est un ion positif (cation) : il se forme quand l'atome de cuivre perd deux électrons.
2. À l'aide de la fiche 5, préciser le nom des espèces chimiques identifiées dans l'échantillon étudié dans le Doc. 1.
Aide
2. Comparer les résultats obtenus dans le Doc. 1. aux tests d'identification fournis.
3. Un échantillon du baril est prélevé. Sa masse est m = \text{46,8 } g pour un volume \text{V = 6,0 mL}. Déterminer la nature du matériau constituant le baril.
Aide
3. Le Doc. 2 indique que les matériaux se différencient par leur masse volumique. Il faut donc calculer la masse volumique \rho de l'échantillon et comparer le résultat aux données du Doc. 2.
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Sujet Brevet 2 : non guidé
15 min
Enjeux énergétiques

La voiture à dihydrogène

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Compétences

✔ Distinguer atomes, molécules et ions.
✔ Interpréter une formule chimique en termes atomiques.
✔ Connaître la structure d'un atome et ses constituants.
✔ Distinguer les types de transformations.
✔ Interpréter les transformations chimiques comme des redistributions d'atomes sans modification de la masse totale.

Introduction

Avec la fin programmée pour 2035 de la vente de véhicules thermiques neufs basés sur la combustion de carburants, les constructeurs se tournent vers de nouvelles technologies, comme les voitures à dihydrogène, souvent appelées voitures à hydrogène dans le langage courant.
Le dihydrogène \mathrm{H_2} nécessaire au fonctionnement de ces véhicules peut être produit à partir de matières fossiles. On parle alors de dihydrogène « gris ». On peut aussi le produire par électrolyse de l'eau \mathrm{H_2O} en utilisant de l'énergie électrique provenant de sources renouvelables.
On parle alors de dihydrogène « vert ». En roulant, ce type de voiture n'émet pas de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2}.


Placeholder pour voiturevoiture
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Doc. 1
Quelques atomes d'hydrogène

Ce document présente quelques informations sur différents atomes d'hydrogène.

Hydrogène 1

Symbole : \mathrm{^1_1H}
Numéro atomique : 1
Nombre d'électrons : 1
Nombre de nucléons : 1

Hydrogène 2 (deutérium)

Symbole : \mathrm{^2_1H}
Numéro atomique : 1
Nombre d'électrons : 1
Nombre de nucléons : 2

Hydrogène 3 (tritium)

Symbole : \mathrm{^3_1H}
Numéro atomique : 1
Nombre d'électrons : 1
Nombre de nucléons : 3
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Doc. 2
Électrolyse de l'eau

L'équation de la réaction de l'électrolyse de l'eau est la suivante.
2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightarrow 2 \mathrm{H}_2+\mathrm{O}_2
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Questions

1. À l'aide des informations du Doc. 1, préciser le nombre de protons dans chacun des atomes d'hydrogène \mathrm{H} présentés ainsi que leurs nombres de neutrons et d'électrons. Justifier la réponse.
2. À l'aide des informations fournies, donner la composition en atomes d'une molécule d'eau.
3. Indiquer si l'électrolyse de l'eau est une transformation physique ou chimique. Justifier la réponse.
4. Pour faire le plein d'une voiture à hydrogène, il est nécessaire d'électrolyser 2 \times 10^{24} molécules d'eau \mathrm{H}_2 \mathrm{O}. En déduire le nombre de molécules de dihydrogène \mathrm{H_2} et de dioxygène \mathrm{O_2} formées. Justifier la réponse.
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Sujet Brevet 3 : guidé
15 min
Changement climatique

Les incendies de forêts

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Compétences

✔ Interpréter une formule chimique en termes atomiques.
✔ Évoquer quelques gaz de l'atmosphère et les gaz à effet de serre.
✔ Utiliser une équation de réaction chimique pour décrire une transformation.
✔ Connaître quelques propriétés des transformations chimiques.
✔ Identifier les gaz à effet de serre produits lors de transformations chimiques

Introduction

L'été 2022 a été marqué par une sécheresse inédite en France, causant de nombreux incendies de forêts. Ce phénomène risque de se reproduire de plus en plus fréquemment à cause du changement climatique.

Placeholder pour feu de forêtfeu de forêt
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Doc. 1
Combustion du bois

Le bois est composé en partie de cellulose. La cellulose est un polymère, c'est-à-dire une chaîne de molécules de glucose \mathrm{C}_6 \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_6. Quand il brûle, le glucose réagit avec le dioxygène \mathrm{O_2} présent dans l'air pour former de l'eau \mathrm{H_2O} et du dioxyde de carbone \mathrm{CO_2}.
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Questions

1. À l'aide du Doc. 1, préciser la composition atomique d'une molécule de glucose.
Aide
1. La formule du glucose donnée dans le Doc. 1 indique les atomes qui la constituent et le nombre de chacun d'eux.
2. À l'aide du Doc. 1, préciser les réactifs (combustible et comburant) et les produits formés dans la réaction de combustion du glucose.
Aide
2. Le combustible et le comburant sont les réactifs d'une réaction de combustion. Les produits sont les espèces chimiques formées par une réaction.
3. Parmi les propositions suivantes, indiquer celle qui correspond à l'équation de réaction de combustion de la cellulose. Justifier la réponse.

Aide
3. Une équation de réaction traduit la conservation des atomes au cours d'une transformation. Elle doit être équilibrée.



4. Expliquer en quoi les incendies de forêts participent également au changement climatique.
Aide
4. La vapeur d'eau \mathrm{H_2O} et le dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} sont des gaz à effet de serre.
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Sujet Brevet 4 : non guidé  
15 min
Changement climatique

L'acidification des océans

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Compétences

✔ Interpréter une formule chimique en termes atomiques.
✔ Identifier expérimentalement le caractère acide ou basique d'une solution.
✔ Associer le caractère acide ou basique à la présence d'ions \mathrm{H}^{+} et \mathrm{HO^-}.

Introduction

Les océans absorbent une partie du dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} présent dans l'atmosphère, contribuant ainsi à ralentir le processus de réchauffement climatique. En se dissolvant dans l'eau, le dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} entraîne une modification du pH des océans. L'acidification des océans diminue alors la quantité d'ions hydrogénocarbonate \mathrm{HCO_3^-} nécessaires à la formation du squelette des coraux et autres structures calcaires.
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Doc. 1
Évolution du pH des océans

Le graphique ci-contre montre l'évolution du pH des océans au cours du temps et les prévisions pour les décennies à venir.
Placeholder pour évolution du pH des océansévolution du pH des océans
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Questions

1. À l'aide des informations fournies, préciser la composition en atomes d'une molécule de dioxyde de carbone.
2. Proposer un protocole pour mesurer le pH d'un échantillon d'eau de mer.
3. Compléter le schéma ci-dessous en plaçant les propositions suivantes au bon endroit : acide, basique, neutre, ions hydroxyde \mathrm{HO^-} majoritaires, ions hydrogène \mathrm{H^+} majoritaires.
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4. À l'aide du Doc. 1, indiquer comment évolue le pH des océans au cours du temps.
5. Expliquer l'expression « acidification des océans ».
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