Didier ALBRAND Enseignant à l IUT Aix-Marseille Université, département Mesures physiques. Michel BARDE Enseignant au lycée Marcel-Pagnol de Marseille

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1 Physique Chimie BA BAC Objectif BA re S Didier ALBRAND Enseignant à l IUT Aix-Marseille Université, département Mesures physiques Michel BARDE Enseignant au lycée Marcel-Pagnol de Marseille Nathalie BARDE Enseignante au lycée Saint-Charles de Marseille Anne-Laure RAMON Enseignante au lycée Marcel-Pagnol de Marseille

2 Les alcanes sont des hydrocarbures (ils sont constitués uniquement des éléments Ils sont dits saturés, car ils ne comportent que des liaisons simples et pas de cycle Les alcanes ont pour formule brute C n H 2n + 2. Des alcanes de même formule brute, mais de formules développées différentes sont Un alcool est une molécule organique dans laquelle un groupe hydroxyle Selon l emplacement du groupe hydroxyle sur la chaîne carbonée, on distingue Remarque : contrairement aux alcanes, les alcools peuvent présenter une chaîne Dans un alcool, le groupe hydroxyle est hydrophile et la chaîne carbonée MODE D EMPLOI Ce livre reprend à la base toutes les notions du programme de Première S et les met en œuvre à travers des exercices simples qu il est indispensable de maîtriser. Il vous permettra ainsi d assimiler parfaitement le cours et de savoir l appliquer dans des exercices de difficulté variée. Chacun des dix-huit chapitres comporte cinq grandes parties : LE COURS CHAPITRE 12 Les alcanes et les alcools COURS 2 Les alcools Les alcanes et les alcools MÉTHODES CORRIGÉS 12 1 Les alcanes carbone et hydrogène). (ils sont acycliques). Nombre d atomes Formule Nom de l alcane Formule brute de carbone semi-développée méthane n = 1 CH 4 CH 4 éthane n = 2 C 2 H 6 propane n = 3 C 3 H 8 CH 2 butane n = 4 C 4 H 10 (CH 2 ) 2 pentane n = 5 C 5 H 12 (CH 2 ) 3 hexane n = 6 C 6 H 14 (CH 2 ) 4 des isomères de constitution : C 6 H CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH CH 2 CH 2 3 hexane 2-méthylpentane Nomenclature : les deux exemples précédents montrent que c est la chaîne carbonée principale (chaîne carbonée la plus longue) qui donne son nom à l alcane (voir plus loin l exercice d apprentissage 1). Le groupe greffé est appelé groupe méthyle. L hexane est un alcane linéaire. Le 2-méthylpentane est un alcane ramifié. est fixé sur un atome de carbone tétragonal (c est-à-dire un atome de carbone lié à quatre atomes). trois classes d alcool : Alcool primaire Alcool secondaire Alcool tertiaire carbonée cyclique. Exemple : le cyclohexanol L atome de carbone portant le groupe est lié au moins à deux atomes d hydrogène L atome de carbone portant le groupe n est lié qu à un seul atome d hydrogène L atome de carbone portant le groupe n est lié à aucun atome d hydrogène H 2C H 2C H 2C CH 2 CH CH 2 H C Le nom d un alcool acyclique dérive du nom de l alcane de même chaîne carbonée en remplaçant le «e» final par la terminaison «ol» et en tenant compte de la position du groupe hydroxyle (voir plus loin l exercice d apprentissage 2). Exemple : CH C méthanol 2,3-diméthylbutan-2-ol est hydrophobe. Une longue chaîne carbonée limite l interaction des molécules de l alcool avec les molécules d eau : la miscibilité de l eau et des alcools à chaîne carbonée linéaire diminue lorsque la longueur de la chaîne augmente. H H C C Un cours clair et structuré, avec tout ce qu il faut savoir LES MÉTHODES Chaque méthode correspond à une compétence clé qu il faut maîtriser. Elle est illustrée par un exercice type, corrigé et commenté. 12 Les alcanes et les alcools Les alcanes et les alcools 12 COURS MÉTHODES CORRIGÉS COURS MÉTHODES CORRIGÉS Intitulé de la méthode à acquérir Corrigé détaillé et commenté 1 Nommer et écrire la formule d un alcane EXERCICE TYPE 1 Nommer l alcane de formule semi-développée : CH CH C 2H 5 2 Écrire la formule semi-développée du 2,3-diméthylbutane. CORRIGÉ COMMENTÉ 1 Cherchons la chaîne carbonée la plus longue ; elle est repérée en rouge : CH CH CH CH C 2H 5 CH 2 Elle comporte cinq atomes de carbone : c est un pentane. Recherchons les ramifications de la chaîne ; deux groupes (appelés groupes méthyle) sont ainsi repérés en bleu : CH CH Le groupe est un groupe méthyle, mais la terminaison «e» est élidée dans CH 2 le nom de la molécule (méthyl). Le composé est un diméthylpentane. Sur la chaîne carbonée principale, numérotons les atomes de carbone et nommons les alcanes ; deux numérotations sont possibles : CH CH CH CH CH 2 CH ,3-diméthylpentane 3,4-diméthylpentane Le nom choisi est celui qui donne les plus petits numéros possibles pour les atomes de carbone portant les ramifications ; l alcane est donc le 2,3-diméthylpentane. 2 Le préfixe «but» signifie que la chaîne carbonée la plus longue comprend quatre atomes de carbone : C C C C Le préfixe «diméthyl» signifie que la chaîne comporte deux ramifications correspondant à des groupes méthyle. Ces groupes sont fixés sur les atomes de carbone n 2 et n 3 de la chaîne : C C C C Le composé est un alcane ; il ne comporte que des liaisons simples entre atomes de carbone. Complétons la formule avec des atomes d hydrogène pour que chaque atome de carbone respecte la règle de l octet, c est-à-dire établisse quatre liaisons : CH CH 2,3-diméthylbutane À RETENIR Pour nommer un alcane, il est indispensable de repérer la chaîne carbonée la plus longue. Le nombre d atomes de carbone détermine le préfixe à utiliser : 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C méth éth prop but pent hex hept Il faut indiquer la position des groupes fixés sur la chaîne en numérotant les atomes de carbone de manière à obtenir les plus petits numéros possibles. Le nom de l alcane est alors précédé des noms de ces groupes (méthyl-, éthyl-...) écrits dans l ordre alphabétique. Attention aux représentations données : l alcane représenté ci-contre n est pas le 2-éthylbutane mais le 3-mé- 3 CH CH 2 CH thylpentane car la chaîne carbonée la plus longue contient C 2H 5 5 atomes de carbone. À retenir : le résumé de la méthode à mettre en œuvre pour résoudre l exercice Conception graphique Couverture : Stéphanie Benoit Intérieur : Françoise Bouvard I.S.B.N HACHETTE LIVRE 2017, 58, rue Jean Bleuzen, CS 70007, Vanves Cedex Tous droits de traduction, de reproduction et d adaptation réservés pour tous pays. Composition, schémas et mise en pages Soft Office Édition Emmanuel Meier

3 B LES 12 Les alcanes et les alcools COURS MÉTHODES CORRIGÉS Les alcanes et les alcools 12 COURS MÉTHODES CORRIGÉS Bien appliquer le cours et les méthodes 4 5 min Méthode 1, p. 188 Nommer les alcanes de formules semi-développées : a) CH CH 2 b) CH 2 CH c) CH CH Corrigé p min Méthode 1, p Représenter, dans chaque cas, la formule semi-développée des alcanes dont les noms sont donnés ci-dessous : a) 2-méthylpentane ; b) 3-méthylpentane. 2 Le nom des alcanes suivants n est pas correct. Écrire leur formule, puis justifier en les renommant : a) 1-méthylpentane ; b) 4-méthylpentane ; c) 5-méthylpentane. Corrigé p min Méthode 1, p. 188 Un alcane a pour formule semi-développée : H 3C CH CH 2 CH C 2H 5 1 Pourquoi l appellation 4-éthyl-2-méthylpentane est-elle inexacte? 2 Nommer l alcane. Corrigé p min Méthode 2, p Nommer les alcools de formules semi-développées : a) b) CH CH c) CH 2 CH CH 2 C CH min Méthode 2, p. 190 Écrire les formules semi-développées des alcools suivants : a) 2,2-diméthylpropan-1-ol ; b) 2,3-diméthylbutan-2-ol. Corrigé p. 199 S entraîner 9 15 min Écrire les formules semi-développées, puis nommer tous les alcanes correspondant à la formule brute : a) C 4 H 10 ; b) C 5 H 12. Corrigé p min Nommer les alcanes suivants (se reporter au chapitre 7 pour l écriture topologique) : a) C 2H 5 C CH 2 CH CH 2 b) Corrigé p min Nommer les alcools suivants et préciser leur classe (se reporter au chapitre 7 pour l écriture topologique) : a) b) Des exercices progressifs (3 niveaux de difficulté) et minutés pour bien s entraîner 2 Préciser la classe de chacun d eux. Corrigé p. 198 Corrigé p EXERCICE-BILAN 12 Les alcanes et les alcools Les alcanes et les alcools 12 COURS MÉTHODES CORRIGÉS COURS MÉTHODES CORRIGÉS 12 5 min Faire le bilan et s évaluer Classer les alcanes suivants dans l ordre croissant de leur température d ébullition (se reporter au chapitre 7 pour l écriture topologique) : a) b) c) min On réalise la distillation fractionnée d un mélange de deux alcanes linéaires de températures d ébullition respectives égales à 68,7 C et 125,6 C (sous une pression P = 1 bar). Le montage est reproduit ci-contre : Tête de colonne Chaque exercicebilan (avec barème) permet de s assurer qu on maîtrise bien l ensemble du chapitre Corrigé p min 1 On dispose de deux récipients contenant chacun un liquide incolore : de l eau et de l hexane. L hexane a pour densité (par rapport à l eau) d 1 = 0,67. a) Donner la formule semi-développée de l hexane. b) Quelle expérience simple, ne nécessitant qu un tube à essais, peut-on effectuer pour distinguer le contenu des deux récipients? 2 Deux autres récipients contiennent respectivement de l eau et de l éthanol (d 2 = 0,78). a) Écrire la formule semi-développée de l éthanol. b) Pourrait-on effectuer la même expérience qu en 1 pour distinguer l eau et l éthanol? Justifier. 3 a) Écrire la formule semi-développée de l hexan-1-ol. b) Est-il envisageable de reproduire l expérience de la question 1 avec l hexan-1-ol? Corrigé p A C A 4 3 R 10 3 points 1 Attribuer leurs noms aux éléments de verrerie notés ➀, ➁ et ➂. / 1,5 2 a) Quel est le sens de circulation de l eau dans le réfrigérant? L indiquer / 0,5 par des flèches sur le schéma. b) Pourquoi l eau doit-elle circuler dans le sens choisi? / 0,5 3 Les alcanes sont l octane et le pentane. a) Donner la formule semi-développée de ces deux composés. / 1 b) Donner la formule topologique de chacun d eux. / 1 4 Attribuer à chaque alcane sa température d ébullition, en justifiant. / 1 5 a) Peut-il y avoir des liaisons hydrogène entre molécules d alcanes? Justifier. b) Justifier que les molécules d alcanes sont très peu polaires. c) Quel type d interaction pourrait-il exister entre ces molécules? / 0,5 d) Comment expliquer la différence des températures d ébullition des deux alcanes? 6 Après quelques minutes de chauffage, les premières gouttes de liquide apparaissent en tête de colonne. a) De quel liquide pur sont constituées ces gouttes? b) Quelle température indique le thermomètre? 7 Lorsque la température croît à nouveau rapidement, on cesse le chauffage. a) De quel liquide est constitué le résidu? b) Le distillat se retrouve-t-il dans le récipient A ou dans l erlenmeyer B? / 1 Même question pour le résidu. Corrigé p Dans chaque exercice-bilan, les questions sont classées par niveau de difficulté : C : connaître le cours A : savoir l appliquer R : maîtriser le raisonnement LES CORRIGÉS 12 Les alcanes et les alcools COURS MÉTHODES CORRIGÉS Les alcanes et les alcools 12 COURS MÉTHODES CORRIGÉS 1 Énoncé p B et C ; 2 A et B ; 3 A et B ; 4 C ; 5 C ; 6 C ; 7 B. 2 Énoncé p A et C ; 2 A ; 3 B et C ; 4 A et B ; 5 A et B ; 6 B. Remarque : «tétragonal» signifie que l atome de carbone est lié à quatre autres atomes ; «tétravalent» signifie que l atome de carbone est entouré de quatre liaisons. 3 Énoncé p A et C ; 2 C ; 3 A ; 4 A. 4 Énoncé p. 194 a) et b) Il s agit du même composé : 2-méthylbutane. c) 2,3-diméthylbutane. Les chiffres sont séparés par une virgule ; un tiret les sépare du nom du radical. Le nom du radical est attaché au nom de la chaîne carbonée la plus longue. b) CH 2 CH 2 CH Énoncé p a) CH CH CH 2 3 CH 2 CH 2 CH CH CH a) CH 2 CH 2 CH 2 b) CH CH 2 hexane 2-méthylpentane c) CH 2 CH 2 CH 2 hexane 6 Énoncé p La chaîne carbonée la plus longue est celle représentée en rouge ; le «groupe éthyle C 2 H 5» n est pas une ramification mais appartient à la chaîne carbonée principale : H 3C CH CH 2 CH H 3C CH CH 2 CH CH C 2H 3 5 CH 2 2,4-diméthylhexane 7 Énoncé p a) 2-méthylbutan-2-ol ; b) 3-méthylbutan-2-ol ; c) 2-méthylbutan-1-ol. 2 a) Alcool tertiaire ; b) alcool secondaire ; c) alcool primaire Énoncé p. 195 a) CH b) 3 C CH 2 CH C 9 Énoncé p. 195 a) CH 2 CH 2 CH b) butane 2-méthylpropane CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 C pentane 2-méthylbutane 2,2-diméthylpropane 10 Énoncé p. 195 a) 4-éthyl-2,2-diméthylhexane La lettre «d» de diméthyl n est pas prise en compte b) 3-éthyl-2-méthylpentane. dans l ordre alphabétique. 11 Énoncé p. 195 a) 5-méthylhexan-3-ol : alcool secondaire. b) 3-méthylbutan-2-ol : alcool secondaire. 12 Énoncé p. 196 Les températures d ébullition des alcanes linéaires augmentent avec la longueur de la chaîne carbonée, donc θ eb (a) θ eb (c). Plus les alcanes isomères sont ramifiés, plus les températures d ébullition sont basses, donc : θ eb (c) θ eb (b). Ainsi : θ eb (b) θ eb (c) θ eb (a). 13 Énoncé p a) Formule semi-développée de l hexane : CH 2 CH 2 CH 2 CH 2. b) On mélange 1 ml d eau avec 1 ml d hexane : on Hydro : eau ; phobe : observe deux phases car l hexane n est pas miscible qui n aime pas. avec l eau (la chaîne carbonée est hydrophobe). L hexane est moins dense que l eau donc il surnage. 2 a) Formule semi-développée de l éthanol : CH 2. b) L éthanol et l eau sont miscibles : on observe une seule phase. Le mélange homogène obtenu ne permettrait pas de distinguer les deux liquides. 3 a) Formule semi-développée de l hexan-1-ol : CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH De nombreuses aides (rappels de cours, conseils, pièges à éviter ) complètent utilement les corrigés détaillés

4 SOMMAIRE 1 Lentilles convergentes L œil Cours....7 Méthodes : 1. Déterminer graphiquement les caractéristiques de l image d un objet plan situé entre l infini et le foyer objet Déterminer graphiquement l image d un objet plan situé entre le foyer objet et la lentille Utiliser les formules de conjugaison et de grandissement Exercices Corrigés Couleur des objets Cours Méthodes : 1. Utiliser la synthèse additive Utiliser la synthèse soustractive Exercices Corrigés Sources de lumière colorée Cours Méthodes : 1. Caractériser une source monochromatique par une longueur d onde dans le vide Exploiter la loi de Wien Exercices Corrigés Interaction lumière-matière Cours Méthodes : 1. Convertir les unités d énergie Exploiter un diagramme de niveaux d énergie Exploiter le spectre d une étoile Exercices Corrigés Pigments et colorants Cours Méthodes : 1. Interpréter la couleur d un mélange Expliquer le protocole expérimental d une synthèse Interpréter un chromatogramme Exercices Corrigés L avancement d une réaction Cours Méthodes : 1. Décrire l évolution d un système coloré Exploiter un tableau d avancement Déterminer les quantités de matière d un mélange stœchiométrique Déterminer la concentration d une espèce colorée Exercices Corrigés

5 7 Les molécules organiques colorées Cours Méthodes : 1. Écrire une formule topologique Reconnaître des doubles liaisons conjuguées et établir un lien avec le caractère coloré d une molécule Exercices Corrigés La liaison covalente Cours Méthode : 1. Établir la représentation de Lewis d une molécule Prévoir la géométrie des molécules Prévoir si une molécule présente une isomérie Z / E Exercices Corrigés Physique atomique et nucléaire Cours Méthodes : 1. Compléter une réaction nucléaire et l identifier Utiliser et comprendre la loi de décroissance radioactive Calculer une énergie libérée Exercices Corrigés Cohésion de la matière à l état solide Dissolution de composés ioniques ou moléculaires Cours Méthodes : 1. Prévoir si un solvant est polaire Écrire l équation de dissolution d un solide ionique Déterminer la concentration des ions dans une solution Préparer une solution de concentration donnée en ions Exercices Corrigés Aspects énergétiques liés aux transformations physiques et chimiques d un système Cours Méthode : 1. Calculer la variation d énergie thermique lors d un changement d état Mesurer expérimentalement une variation d énergie thermique lors d un changement d état Écrire et exploiter une réaction de combustion Exercices Corrigés Les alcanes et les alcools Cours Méthode : 1. Nommer et écrire la formule d un alcane Nommer et écrire la formule d un alcool. Reconnaître sa classe Exercices Corrigés Champs Cours Méthodes : 1. Représenter un vecteur champ magnétique Caractériser un vecteur champ gravitationnel Exercices Corrigés

6 14 Conservation de l énergie Cours Méthodes : 1. Appliquer le principe de conservation de l énergie mécanique Exploiter un enregistrement Exercices Corrigés Les conversions d énergie Cours Méthodes : 1. Effectuer un bilan de puissance Relier la puissance à l énergie Étudier un générateur électrochimique Exercices Corrigés Piles et accumulateurs Cours Méthodes : 1. Écrire une demi-équation d oxydoréduction Écrire une équation d oxydoréduction Interpréter le fonctionnement d une pile Exercices Corrigés Les composés organiques oxygénés Cours Méthodes : 1. Nommer et écrire la formule d un aldéhyde Nommer et écrire la formule d une cétone Nommer et écrire la formule d un acide carboxylique Exercices Corrigés Synthétiser des molécules et fabriquer des matériaux nouveaux Cours Méthodes : 1. Écrire l équation de la réaction d oxydation d un alcool et d un aldéhyde Déterminer le rendement d une synthèse Exercices Corrigés Annexes Produits chimiques : savoir décoder les étiquettes Les chiffres significatifs Notation scientifique et ordre de grandeur Constantes fondamentales et grandeurs physiques Classification périodique des éléments

7 Lentilles convergentes L œil CHAPITRE 1 1 Lentilles minces convergentes Les systèmes optiques naturels (œil) ou réalisés par l Homme (appareil photographique ) comportent des lentilles. Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l une au moins n est pas plane. Elle modifie le trajet d un rayon lumineux. Ex. : une loupe, un verre de lunette Une lentille convergente a une épaisseur plus grande au centre que sur les bords. L axe de symétrie principal d une lentille est appelé axe optique. Il passe par le centre optique O. O axe optique lentilles convergentes Exemples de lentilles convergentes Schématisation d une lentille convergente Une lentille convergente fait converger un faisceau de lumière parallèle. Des rayons incidents parallèles à l axe optique convergent en un point F de l axe appelé foyer principal image de la lentille. Le point F, symétrique du foyer image F par rapport au centre optique, est appelé foyer principal objet. + Axe optique F O F 7

8 1 Lentilles convergentes L œil COURS MÉTHODES CORRIGÉS La grandeur algébrique OF (notée f ) est appelée distance focale. Elle est positive sur le schéma en prenant, pour convention, le sens de propagation de la lumière comme sens positif. Son inverse, notée C, est appelée vergence : avec f en mètre (m) et C en dioptrie (d). C = 1 f, Plus le foyer principal image F est proche du centre optique O, plus la valeur de la vergence est grande et plus la lentille est convergente. Marche des rayons de lumière particuliers 2 à travers une lentille convergente Les rayons passant par le centre optique O ne sont pas déviés. Les rayons incidents, parallèles à l axe optique, émergent en convergeant au foyer principal image F. Les rayons incidents, passant par le foyer principal objet F, émergent parallèlement à l axe optique. La marche de trois rayons lumineux est représentée sur les schémas de la page 9. 3 Images données par une lentille convergente Une lentille convergente donne, d un point objet A, un point image A : tous les rayons issus de A ressortent de la lentille en passant par A. Une lentille convergente permet d obtenir une image A B d un objet AB. Pour construire l image A B d un objet plan AB, perpendiculaire à l axe optique, on utilise trois rayons particuliers (représentés par des couleurs différentes sur le schéma ci-après). Si l on peut recueillir l image A B sur un écran, l image est dite réelle. C est le cas lorsque l objet est situé avant le foyer principal objet F (voir doc. ci-après). L image A B est perpendiculaire à l axe optique et située après la lentille. Elle est renversée et réelle. Ex. : un appareil photographique est un système de lentilles permettant d obtenir d un objet (arbre, personnage ), une image réelle sur un écran (capteur numérique ou film argentique). 8