Physique-Chimie 1re - Livre du professeur

Sous la direction de:
Stanislas ANTCZAK
Lycée Parc Chabrières, Oullins (69)
et
Olivier FIAT
Lycée Gay-Lussac, Limoges (87)
Romain BERTHELARD
Université Lyon 1, Villeurbanne (69)
Fabien BRUNO
Lycée La Martinière-Monplaisir, Lyon (69)
Astrid CHATARD
Lycée Stanislas, Paris (75)
Didier COINCE
Lycée Claude Lebois, Saint-Chamond (42)
Laure CUSSAC
Lycée Parc Chabrières, Oullins (69)
Clarisse GUICHARDANT
Lycée Parc Chabrières, Oullins (69)
Soraya HOSSNI-BOKHALDI
Lycée Parc Chabrières, Oullins (69)
Jean-Christophe JOUVY
Lycée Gay-Lussac, Limoges (87)
Nathalie LACORRE-CHUETTE
Lycée Gay-Lussac, Limoges (87)
Pierre LAGNAUD
Lycée Gay-Lussac, Limoges (87)
Franck MOUNIER
Lycée Albert Camus, Firminy (42)
Claude ZAHRA
Lycée Frédéric Faÿs, Villeurbanne (69)
PHYSIQUE
CHIMIE
re
1
Livre du professeur

* Se référer à l’achevé d’imprimer en fin de manuel, qui doit être postérieur à avril 2019. © Éditions Hatier, 2019.
Errata
Malgré toute l’attention que nous portons à nos ouvrages, il peut subsister quelques erreurs.
Tous les éléments ci-dessous ont été corrigés pour les réimpressions de nos ouvrages*.
•Dans l’ensemble du manuel, par conformité avec les
programmes, les expressions « concentration molaire »
et « concentration massique » ont été remplacées
respectivement par « concentration » et
« concentration en masse ».
• Dans l’ensemble du manuel, nous harmonisons la
valeur de la norme du champ de pesanteur terrestre :
g = 9,81 N·kg–1.
•Dans le rabat V et dans le chapitre 6, le mot
« préfixe » a été remplacé par « racine ».
•p. 48 :
-dans le tableau d’avancement du schéma bilan, il
faut lire « n2 – bx » et « n2 – bxf » ;
-dans l’encadré violet, il faut lire « xf = xmax ».
•p. 97, réponse à la question c : nous reprenons la
notation du cours « χC – χH » et « χO – χC », plutôt que
« Δχ ».
• p. 98, légende de la photo : nous précisons « nuages
(par condensation du gaz) ».
• p. 100, exercice 43 : nous supprimons le premier
atome d’hydrogène et sa liaison covalente :
②
•p. 103, exercice 67, 1re ligne de l’énoncé : nous
précisions « réaction particulière (non totale) ».
•p. 108 :
- 2e point de « Des clés pour réussir » : nous ajoutons
l’état « liquide (l) » ;
- encadré « Concentration d’une solution » :
ocolonne Cation du tableau : nous remplaçons
Hydronium par Oxonium ;
ocolonne de droite de l’encadré, 2e point : nous
précisons « avec n la quantité de matière de
soluté ».
•p. 141, réponse à la question b : nous repartons bien
du schéma de l’énoncé pour indiquer les deux pics
caractéristiques des liaisons C–O et O–H :
•p. 143, exercice 29 : nous corrigeons le nom de la
molécule  5-éthyl-3-méthyloctane
• p. 148, doc. : nous corrigeons « Le groupe
caractéristique du méthanoate de méthyle (famille des
esters) ».
•p. 163, réponse à la question c, dernière ligne : nous
remplaçons ρ par η.
• p. 164, équation de réaction dans l’énoncé : dans les
produits, nous supprimons le coefficient 2 devant
C3H8O3(aq).
•p. 166 :
-données : nous précisons « > 211 » pour la
température d’ébullition de l’acide salicylique ;
-exercice 35 :
o3e ligne de l’énoncé : nous ajoutons 1 chiffre
significatif à VExp  « VExp = 5.0 mL » ;
onous reformulons la fin de l’énoncé : « … with
an unknown mass of salicylic acid. The synthesis
also produces water and has a yield of 90%. »
•p. 168 :
-exercice 41, données du menthol : nous corrigeons :
ola température d’ébullition  « 212 » ;
ola température de fusion  « 41 ».
-exercice 42, équation de réaction dans l’énoncé :
nous corrigeons les formules brutes de l’acide
éthanoïque et du méthanoate d’éthyle  resp.
CH2O2 et CH6O2
•p. 175, exercice 12 : nous corrigeons la formule brute
du premier produit de la réaction  C3H6O
•p. 185, réponse à la question c :
-nous précisions  à la place de « M » ;
-nous corrigeons l’expression littérale du calcul de la
masse molaire de l’heptane  7MC + 16MH
•p. 186, légende du doc. : nous corrigeons le nom de
la molécule b  3-éthyl-2-méthylpentane
•p. 202, paragraphe 1 d, dernière ligne de l’exemple :
nous supprimons un chiffre significatif dans le résultat
final  3,6 × 10–47 N
•p. 223, encadré bleu du paragraphe 1 b : nous
corrigeons « rapport » en « quotient ».
•p. 226, encadré « PRESSION » du schéma bilan : nous
reformulons « P faible » et « P forte », à droite des
deux petits schémas.

© Éditions Hatier, 2019.
•p. 237, exercice 54, doc. 1, 9e ligne : il manque
l’expression de la hauteur du liquide dans le réservoir
•p. 257, exercice 48, question 1 : nous corrigeons les
coordonnées du vecteur vitesse initiale   cos()
 sin()
•p. 271, exercice 14 : nous corrigeons la formulation
de l’énoncé  « Si un courant électrique circule : »
•p. 290 :
-paragraphe 2 c, 3e ligne de l’exemple : nous
corrigeons la valeur de xB – xA = –3,00 m ;
-Point Maths dans la marge : nous corrigeons le
résultat du produit scalaire  ay × by
-paragraphe 2 d : nous corrigeons la valeur de xB – xA
dans l’application numérique de AB
1,00+ (3,00)
•p. 299, exercice 50, question 3 : nous corrigeons la
vitesse du système à l’arrivée  vB = 120 km·h–1
•p. 307, exercice 3 : les positions du repère et des
points G sur les photos ont été corrigées.
•p. 308, question 1b : nous corrigeons « la norme v de
la vitesse du ballon à ces quatre positions. »
•p. 328, encadré Signal périodique, dernière ligne : nous
précisons « puis diviser par le nombre de périodes. »
•p. 342, « Astuce » en bas de page : nous corrigeons
« puis on divise par le nombre de motifs. »
•p. 343, exercice 32, question c : nous corrigeons la
distance entre les deux points  0,92 m
•p. 367 :
-réponse à la question a : on commence par calculer
la distance focale de la lentille pour pouvoir placer F
et F’ sur le schéma.
-réponse à la question b : nous supprimons un
chiffre significatif à la vergence, dans l’application
numérique  5,0 (et non 5,00)
•p. 380, encadré « Des clés pour réussir » : nous
corrigeons la notation de la célérité  v (et non c)
•p. 381, donnée : nous ajoutons un chiffre significatif à la
valeur de la vitesse de la lumière  c = 3,00 × 108 m·s–1
•p. 387, nous remplaçons « l’électron » par « l’atome » :
- 2e encadré bleu du paragraphe 3 b :
•Si hν < ΔE21, l’atome… / • Si hν = ΔE21 , l’atome…
-docs 6 et 7 : « L’atome passe du niveau d’énergie… »
•p. 389, exercice 16, réponse B : nous ajoutons un
chiffre significatif à la valeur de l’énergie  –6,0 eV
•p. 392, données : nous ajoutons un chiffre significatif
à l’équivalent en joules de l’électron-volt.
1 eV = 1,60 × 10–19 J
•p. 396 :
-exercice 48, question 6 : la question porte sur la
série de Paschen (et non Balmer) ;
-exercice 49 :
oquestion 1 : « Les longueurs d’onde des
principales raies visibles du spectre du mercure
valent 405, 439, 546 et 577 nm… »
oquestion 2a : « Quelle est la transition
énergétique que subit cet atome lorsqu’il émet un
photon correspondant au pic bleu du spectre ? »
Corrigés des exercices en fin de manuel
•p. 445, chapitre 1, exercice 3 : nous corrigeons le
nombre de chiffres significatifs dans le résultat final
4,0 × 103 g (et non 3,95 × 103 g)
•p. 450, chapitre 6, exercice 6 : il manque la réponse à
la question c  « c. La masse de produit formé est
m = xmax () = 49 g. »
•p. 451, chapitre 8, exercice 12 : nous corrigeons
l’équation de la réaction.
2 C3H8O(g) + O2(g)  2 C3H6O(g) + 2 H2O(l)
• p. 456 :
-chapitre 13, exercice 49, question 3a : nous
corrigeons l’expression du travail du poids.
 = –mg(hm – h’)
-chapitre 14, exercice 2, question 2a : nous ajoutons
la conversion de Δt en secondes.
Δt = 7 h 41 min = 27 660 s
•p. 458, chapitre 16, exercice 37 : nous ajoutons un
chiffre significatif dans la valeur de OA
dans
l’application numérique  8,0 (et non 8)
3

Thème 1 ● Constitution et transformations de la matière
© Éditions Hatier, 2019.
1. Outils de description d’un système chimique
Activités p. 16 à 19
①La mole dans les analyses sanguines
1. a. et b. On obtient la dernière ligne en divisant la masse
par la quantité de matière.
Espèce
Calcium
Acide urique
Masse dans un litre de sang
(en g)
9,920 × 10–2 4,20 × 10–2
Quantité de matière dans un
litre de sang (en mol)
2,48 × 10–3 2,50 × 10–4
Masse molaire (en g·mol–1)
40,0
168
2. Un ion Ca2+ contient 20 – 2 = 18 électrons car l’atome
de calcium a perdu deux électrons pour former cet ion.
Cet ion a donc pour masse :
 = 40mn + 18me = 6,68 × 10–23 g
Sa masse molaire est donc :
 = NA ×  = 6,02 × 1023 × 6,68 × 10–23
= 40,2 g·mol–1
Au chiffre de virgule près, c’est bien la même valeur
que celle du tableau ci-dessus.
3. a. Dans une molécule d’acide urique, on trouve 5
atomes de carbone, 4 atomes d’hydrogène, 4 atomes
d’azote et 3 atomes d’oxygène.
b. Dans une mole d’acide urique, on trouve donc 5 moles
d’élément carbone, 4 moles d’élément hydrogène,
4 moles d’élément azote et 3 moles d’élément hydrogène.
On en déduit la relation :
 = 5MC + 4MH + 4MN + 3MO
= 168,0 g·mol–1
4. La masse molaire du cholestérol est :
 = 27MC + 46MH + MO = 386,0 g·mol–1
Dans un litre de sang, on a m = 2,02 g de cholestérol
donc la quantité de matière de cholestérol par litre de
sang est : n = 
=, , = 5,23 × 10–3 mol
ce qui est en dessous de la limite des valeurs
recommandées.
Bilan
La masse molaire d’un ion est égale à la somme
des masses molaires des atomes ou de l’atome qui
le constituent.
Pour calculer la masse molaire d’une molécule, on
additionne les masses molaires atomiques.
Dans le tableau, les grandeurs en mol·L–1 sont des
concentrations en quantité de matière, les grandeurs
en g·L–1 sont des concentrations en masse.
La concentration en masse et la concentration en quantité
de matière sont liées par la masse molaire : Cm = cM.
②Quantité de matière dans un solide et un
liquide
Remarque
Cette activité peut être utilisée comme activité
expérimentale (la question 2c comporte une
manipulation).
Liste de matériel
•Balance, coupelle de pesée, spatule
•Béchers de 100 mL et 250 mL
•Pipette jaugée de 10 mL et 20 mL + poire à pipeter
•Éprouvettes graduées de 10 mL et 100 mL
•Éthanol, quantité suffisante pour 20 mL par binôme
• Poudre de fer
• Saccharose solide
1. Quantité de matière et nombre d’entités
dans un échantillon donné
a. La masse volumique de l’éthanol est ρ = 0,79 g·mL–1.
La masse de V = 10 mL d’éthanol est :
m = ρV = 0,79 × 10 = 7,9 g
b. Le nombre d’entités s’obtient en divisant la masse par
la masse d’une molécule.
Fer
Éthanol
Saccharose
9,27 × 10–26 kg
= 9,27 × 10
–23
g
7,64 × 10–26 kg
= 7,64 × 10
–23
g
5,68 × 10–25 kg
= 5,68 × 10
–22
g
15
9,27 × 10
=
1,6 × 1023
atomes
7,9
7,64 × 10
= 1,0 × 1023 molécules
34,2
5,68 × 10
= 6,02 × 1022 molécules
c. La quantité de matière est égale au nombre d’entités
divisé par la constante d’Avogadro.
Fer
Éthanol
Saccharose
1,6 × 10
6,02 × 10
= 2,7 × 10
–1
mol
1,0 × 10
6,02 × 10
= 1,7 × 10
–1
mol
6,02 × 10
6,02 × 10
= 1,00 × 10
–1
mol
2. Calculs des quantités de matière
a. La masse molaire d’une molécule est égale à la masse
des masses molaires des atomes qui la constituent.
La masse molaire de l’éthanol est donc :
 = 2MC + 6MH + MO = 46,0 g·mol–1
La masse molaire du saccharose est donc :
 = 12MC + 22MH + 11MO = 342,0 g·mol–1
La masse molaire du fer est : MFe = 55,8 g·mol–1
b. La masse de fer à prélever est :
m1 = nMFe = 0,10 × 55,8 = 5,58 g
La masse de saccharose à prélever est :
m3 = n= 0,10 × 342,0 = 34,2 g
La masse d’éthanol à prélever est :
m2 = n = 0,10 × 46,0 = 4,60 g
soit un volume V2 = 
 =,
, = 5,82 mL.
c. Pour les solides (fer, saccharose), on utilise une balance,
une coupelle de pesée, une spatule. Pour le prélèvement
de l’éthanol, on utilise une éprouvette graduée de 10 mL.
Remarque
En pratique, on mesure habituellement un volume de
5,8 mL d’éthanol avec une éprouvette graduée.
Bilan
Pour préparer un échantillon solide, les données à
recueillir sont la masse molaire M du solide, la quantité
de matière n à prélever.
4

Chapitre 1 ● Outils de description d’un système chimique
© Éditions Hatier, 2019.
On doit calculer la masse à prélever m = nM.
Puis, on utilise une balance, une spatule et coupelle de
pesée.
Pour préparer un échantillon liquide, on doit réaliser
les mêmes opérations que pour un solide mais on calcule
le volume de liquide en utilisant la masse volumique, qui
est une information supplémentaire à recueillir. On utilise
ensuite une éprouvette graduée pour mesurer le volume.
③ Préparation d’une solution
Liste de matériel
• Balance, coupelle de pesée, spatule
• Bécher de 100 mL
• Fioles jaugées de 50 mL et 100 mL
• Pipettes jaugées de 5 mL et 10 mL + poire à pipeter
• Pissette d’eau distillée
• Éprouvette graduée 100 mL
• Boîte de bouillie bordelaise ou sulfate de cuivre solide
1. Traitement d’un pêcher
a. Cette technique est une dissolution car on dissout
un soluté dans un solvant.
b. La concentration de la solution à préparer est :
c1 = 7,5 × 10–2 mol·L–1
La quantité de matière de solide à dissoudre est :
n1 = c1V = 7,5 × 10–2 × 100 × 10–3 = 7,5 × 10–3 mol
La masse de solide à dissoudre est donc :
m1 = n1M = 7,5 × 10–3 × 249,6 = 1,9 g
Manipulation : > Fiche 13 p. 439
2. Traitement d’un pied de melon
a. Cette technique est une dilution car on utilise une
solution plus concentrée (solution mère).
b. On réalise une dilution par 5, on prélève donc 10 mL
de solution mère avec une pipette jaugée.
Manipulation : > Fiche 13 p. 439
d. Pour préparer V2 = 50,0 mL de solution de
concentration c2 = 1,5 × 10–2 mol·L–1 par dissolution,
la quantité de matière de solide à prélever est :
n’ = c2V2 = 1,5 × 10–2 × 50,0 × 10–3 = 7,5 × 10–4 mol
La masse de solide à prélever est donc :
m’ = n’M = 1,5 × 10–3 × 249,6 = 0,19 g
On ne peut pas réaliser cette manipulation car la balance
manque de précision.
Bilan
Pour préparer un volume V d’une solution de
concentration en quantité de matière c, on peut réaliser :
• une dissolution :
On utilise un soluté de masse molaire M que l’on dissout
dans un solvant (ici, l’eau) dans une fiole jaugée de
volume V. On doit calculer la quantité de matière de
soluté à prélever n = cV, puis sa masse m = nM. La
manipulation est décrite par la fiche méthode 13 p. 439.
• une dilution :
On utilise une solution plus concentrée (solution mère
de concentration c0).
On doit calculer la quantité de matière de soluté à
introduire dans la solution fille : n = cV. Le volume de
solution mère qui contient cette quantité de matière
de soluté est V0 = 
 , à prélever à la pipette jaugée. La
solution est faite dans une fiole jaugée de volume V.
La manipulation est décrite par la fiche méthode 13
p. 439.
④ Volume molaire
Liste de matériel
• Éprouvettes de 10 et 50 mL (ou 100 mL)
• Pipette jaugée 1 mL
• Poire à pipeter
• Cristallisoir
• Erlenmeyer et tube de dégagement adapté
• Spatule
• Règle graduée
• Ruban de magnésium (de masse linéique 1,36 g·m–1,
ou adapter les valeurs)
• Hydrogénocarbonate de sodium solide
• Solution d’acide chlorhydrique de concentration
1,0 mol·L–1 dans flacon étiqueté « Acide chlorhydrique
1,0 mol·L–1 », quantité suffisante pour 20 mL par
binôme
1. Volume d’une mole de gaz
a. Le volume mesuré est compris entre 23 et 25 mL.
b. Le volume mesuré est compris entre 23 et 25 mL.
2. Volumes d’une mole de solides ou de liquides
On calcule d’abord la masse d’une mole de chaque
espèce. Le volume se calcule en divisant cette masse
par la masse volumique de l’espèce chimique considérée.
Nom
Eau
Éthanol
Diamant
Masse molaire
(en g·mol
–1
)
18,0 44,0 12,0
ρ (en g·mL–1)
1,0
0,79
3,5
Volume 18 mL
,
,
= 55,7 mL
,
,
= 3,4 mL
3. Loi d’Avogadro-Ampère
a. Cette loi énonce que le volume molaire des gaz est
indépendant de la nature du gaz, pour une pression et
une température données. Les deux volumes des gaz
mesurés aux questions 1a et 1b sont très proches. Comme
les deux quantités de matières sont égales, leurs volumes
molaires sont proches.
L’estimation du volume molaire s’obtient en divisant le
volume mesuré par la quantité de matière 1,0 × 10–3 mol.
On obtient un volume molaire des gaz voisin de
Vm = 25 L·mol–1.
b. Les valeurs des volumes molaires de l’éthanol, de l’eau
et du diamant sont très différentes (voir tableau). Il ne
semble pas exister de loi sur le volume molaire pour les
liquides et solides.
Bilan
Les incertitudes de mesures et les imprécisions expliquent
que la loi d’Avogadro-Ampère n’est
qu’approximativement vérifiée par l’expérience.
Pour améliorer la qualité des mesures effectuées, on doit
réaliser plusieurs mesures de volume (pour la même
expérience) et faire une moyenne du volume.
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