Ce matériel regroupe les deux premières parties du thème « Transformation de la matière » du programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STL : les réactions acido-basiques en solution aqueuse et les réactions d'oxydo-réduction.
Côté acide-base, le programme prolonge le diagramme de prédominance et le pKa vus en première. Les questions font définir la constante d'acidité et le pKa d'un couple, puis calculer le coefficient de dissociation d'un acide faible à partir de sa concentration apportée et du pH mesuré, par conservation de la matière. L'effet de la dilution est traité qualitativement : un acide faible dilué est proportionnellement plus dissocié. Le choix d'un couple pour préparer une solution tampon se fait à partir d'un tableau de pKa, en retenant celui dont le pKa est le plus proche du pH visé. La dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau est reliée à ses effets environnementaux, en particulier l'acidification des océans et la fragilisation des coraux, et l'influence du pH sur une extraction est étudiée à partir de la forme prédominante d'une espèce acide.
Côté oxydo-réduction, le nombre d'oxydation sert à identifier l'oxydant et le réducteur et à compter les électrons échangés : manganèse dans l'ion permanganate, chrome dans l'ion dichromate. L'élève écrit des demi-équations en milieu acide et l'équation d'une réaction d'oxydo-réduction, par exemple entre les ions permanganate et les ions fer(II). Les oxydants et réducteurs usuels du programme (dioxygène, dichlore, diiode, eau oxygénée, ion fer(II)) sont rappelés.
La pile est présentée comme deux demi-piles reliées par un pont salin : il faut en préciser la polarité, l'anode (siège de l'oxydation) et la cathode (siège de la réduction), le sens des électrons, du courant et des ions, puis calculer la quantité d'électricité disponible à partir de la quantité de matière du réactif limitant avec la constante de Faraday.
Toutes les données numériques figurent dans les énoncés. Le travail écrit comporte huit exercices rédigés, dont un exercice complet sur la pile zinc-cuivre.
Programme de terminale STL, thème « Transformation de la matière » : réactions acido-basiques (constante d'acidité, pKa, coefficient de dissociation, solution tampon, dissolution du dioxyde de carbone, extraction) et réactions d'oxydo-réduction (nombre d'oxydation, couples, demi-équations, réaction en milieu acide, demi-pile, pile, pont salin, anode, cathode, quantité d'électricité).
Dans une pile zinc-cuivre, l'électrode de zinc plonge dans une solution d'ions Zn2+, celle de cuivre dans une solution d'ions Cu2+ ; en fonctionnement, le zinc est oxydé et les ions Cu2+ sont réduits. Quelle proposition est correcte ?
L'électrode de zinc est l'anode, pôle négatif, et les électrons circulent dans le circuit extérieur du zinc vers le cuivre
L'oxydation a lieu à l'anode : le zinc, qui libère des électrons, est l'anode et le pôle négatif. Les électrons partent du zinc et arrivent au cuivre (cathode, pôle +) ; le courant circule en sens inverse, du cuivre vers le zinc dans le circuit extérieur.
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