Des devoirs évalués par compétences DESCRIPTIF DU SUJET ...
Exercice 5 : Détermination d'un alcane. Un alcane ramifié, présent dans le
carburant GPL, a pour masse molaire M=58g.mol-11. 1. a. Écrire la formule
générale ...
part of the document
Des devoirs évalués par compétences
DESCRIPTIF DU SUJET
ObjectifProposer un devoir évalué par bilan de compétences.Niveau concerné1ère S thème 2 (« Comprendre »).Compétences exigibles au B.O.La matière à différentes échelles : du noyau à la galaxie.
Particules élémentaires : électrons, neutrons, protons.
Charge élémentaire e.
Interactions fondamentales : interactions forte et faible, électromagnétique, gravitationnelle.
Solide ionique ; interaction électrostatique ; loi de Coulomb.
Solide moléculaire ; interaction de Van der Waals ; liaison hydrogène.
Electronégativité. Effet du caractère polaire dun solvant lors dune dissolution.
Conservation de la matière lors dune dissolution.
Variation de température et transformation physique dun système par transfert thermique.
Nomenclature des alcanes et des alcools ; formule semi-développée.
Lien entre les températures de changement détat et la structure moléculaire dans le cas de leau, des alcools et des alcanes.
Nomenclature des alcanes et des alcools.Compétences évaluées
Cette épreuve permet d'évaluer les compétences de la démarche scientifique :
Connaître (RCO)
Sapproprier (APP)
Analyser (ANA)
Réaliser (REA)
Valider (VAL)
Communiquer (COM)
Mise en uvreDevoir prévu pour évaluation sommative dune durée de 1h30.
Lévaluation nécessite lutilisation de la feuille de calcul au format tableur correspondante.RemarquesLa compétence communiquer (COM) est évaluée globalement sur lensemble du devoir avec comme critères observables : présenter les résultats de manière adaptée (chiffres significatifs
) ; rédiger les réponses en utilisant une langue correcte et un vocabulaire scientifique adapté.
Cette méthode de notation a été testée avec une classe de première S. Les notations comparées des 34 copies, par points (méthode classique) puis à laide du tableau de compétences ont donné des moyennes comparables (le différentiel obtenu entre est de 0,5 point). Le maximum décart obtenu par copie est de 1 point (obtenu sur 6 copies seulement).AuteurFlorence TROUILLET Lycée Claude de France Romorantin (41)
ÉNONCÉ
NOM :
... Première S
L'usage des calculatrices est autorisé XX/XX/201X
DS de physique-chimie n°5NOTE :
RCO
A B C DAPP
A B C DANA
A B C DREA
A B C DVAL
A B C DCOM
A B C D
Vous soignerez la présentation et lorthographe de votre copie, vous rédigerez des phrases pour répondre aux questions posées et vous veillerez à garder un nombre de chiffres significatifs cohérents.
Ex n°1 : Latome dhélium (sur 6 pts.)
Lhélium est un gaz noble de numéro atomique Z = 2. Il est, après l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'Univers. Il possède deux isotopes stables : 4He (le plus abondant), et 3He. La grande majorité de l'hélium a été formée par la nucléosynthèse primordiale, dans les minutes suivant le Big Bang. De lhélium est également formé au cur des étoiles par la fusion nucléaire de l'hydrogène ; il est ensuite utilisé par les étoiles en fin de vie comme matière première pour la création d'éléments plus lourds, par des processus bien plus rapides, voire explosifs (supernovæ). L'hélium de l'Univers ne provient donc qu'en très faible partie des étoiles !
Dans cet exercice, nous allons étudier le noyau de latome dhélium 4He, constitué de 2 protons et 2 neutrons. On considèrera que ce noyau est compact, cest-à-dire que les nucléons sont jointifs (comme sur le schéma ci-contre).
Donner la définition datomes isotopes. On pourra sappuyer sur les exemples proposés. (RCO)
Quelle est la charge dun proton ? Dun neutron ? (RCO)
Déterminer la distance minimale qui sépare le centre dun proton et le centre dun neutron. (ANA et REA)
Retrouver, par le calcul, que la distance minimale qui sépare les centres de deux protons est de 3,4 femtomètres. (ANA et REA)
Calculer la force dinteraction électrostatique qui sexerce entre deux protons. (REA)
Représenter les forces dinteractions électrostatiques qui sexercent entre deux protons sur un schéma. (Vous préciserez léchelle choisie). (REA)
Que vaut la force dinteraction électrostatique qui sexerce entre un neutron et un proton ? (ANA)
Calculer la force dinteraction gravitationnelle qui sexerce entre un proton et un neutron. (REA)
Justifier lexistence dune autre interaction assurant la cohésion du noyau dhélium. (VAL)
Données : Constante électrique : k = 9.109 N.C-2.m2 ;
Constante de gravitation : G = 6,67.10-11 N.kg-2. m2 ;
Charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C ;
Masse dun nucléon : mnucléon = 1,67.10-27 kg ;
Rayon moyen dun nucléon = 1,2 fm (1 femtomètre = 10-15 m)
Expression de la force électrostatique : EMBED Equation.3 ;
Expression de la force gravitationnelle : EMBED Equation.3
Ex n°2 : Les solvants (sur 5 pts.)
Un solvant est une substance, liquide à sa température d'utilisation, qui a la propriété de dissoudre, de diluer ou d'extraire dautres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. Les solvants sont utilisés dans des secteurs très diversifiés tels que le dégraissage, la peinture, la détergence, la synthèse organique, et représentent des quantités considérables en termes de tonnage et de chiffre d'affaires.
Vos documents :
Doc. 1 : le tétrachlorure de carbone
Le tétrachlorure de carbone est un composé chimique chloré de formule brute CCl4. À pression et température ambiante, c'est un liquide incolore, très volatil dont les vapeurs sont nocives pour les êtres vivants et dangereux pour la couche d'ozone. En chimie organique, le tétrachlorure de carbone est souvent employé en tant que solvant, même si son usage tend à diminuer en raison de sa forte toxicité. Il est ainsi souvent remplacé par le chloroforme ou le dichlorométhane.
Doc. 2 : Echelle délectronégativité de Pauling
L'électronégativité d'un élément est une grandeur qui caractérise sa capacité à attirer les électrons lors de la formation d'une liaison chimique avec un autre élément. La différence d'électronégativité entre ces deux éléments détermine la nature de la liaison covalente.
Le tableau ci-contre donne les valeurs de lélectronégativité établies selon les mesures de Pauling pour quelques éléments. Lorsquune liaison de covalence relie deux atomes dont la différence délectronégativité est comprise entre 0,3 et 2,0 alors la liaison est polarisée ; au-delà de 2,0, la liaison est ionique.
Doc. 3 : Leau
Leau est le solvant le plus courant. Son caractère polaire en fait notamment un solvant efficace pour beaucoup de corps solides trouvés sur Terre ; leau est ainsi quelquefois désignée sous le nom de « solvant universel ».
Doc. 4 : Deux solides, le diiode et le fluorure de calcium
Questions :
Parmi les deux solides présentés (doc. 4), reconnaître le solide ionique et le solide moléculaire. (APP)
Les liaisons carbone-chlore et hydrogène-oxygène sont-elles polarisées ? (APP)
Justifier le caractère polaire de la molécule deau (on pourra saider dun schéma). (ANA)
Le tétrachlorure de carbone ne peut pas dissoudre le fluorure de calcium solide mais il peut dissoudre des cristaux de diiode car il est apolaire. Justifier le caractère apolaire du tétrachlorure de carbone. (ANA)
Leau dissout le fluorure de calcium. Ecrire léquation de dissolution du fluorure de calcium CaF2(s) solide dans leau. (ANA)
Soit une solution de fluorure de calcium dont la concentration en ions fluorure est de 1,0.10-1 mol.L-1. Quelle est la concentration molaire en soluté apporté C de cette solution ? (ANA et REA)
Ex. n°3 : LADN (sur 2 pts)
Si lon représente le lien entre les deux bases azotées adénine et thymine en interactions dans un brin dADN, on obtient :
Quelle liaison représentent les pointillés entre les deux bases azotées thymine et adénine ? (RCO)
Enoncer la propriété de latome dazote qui permet la création de cette liaison ? (RCO)
Les brins seraient-ils aussi solidement attachés sil sagissait dinteractions de Van der Waals ? Justifier. (ANA)
Ex. n°4 : Antisepsie (sur 7 pts)
Le propan-1-ol est un alcool qui se forme en même temps que léthanol, en très petite quantité, lorsquune fermentation ne se déroule pas correctement.
Le propan-1-ol est un des principes actif du Stérillium®, solution utilisée en chirurgie pour désinfecter les mains et des avant-bras (antisepsie chirurgicale).
Questions de connaissances
Que se passe-t-il lors de la vaporisation pour un corps pur ? Cocher la bonne réponse (RCO) :
( Il y a rupture dinteractions moléculaires avec accroissement de lagitation thermique des molécules ;
( Il y a seulement rupture des interactions moléculaires, la température restant constante.
Quelles sont les interactions moléculaires qui sexercent au sein des alcools ? Cocher la bonne réponse (RCO) :
( les forces de Van der Waals et les liaisons hydrogène ;
( seulement les forces de Van der Waals ;
( seulement les liaison hydrogène.
Quelles sont les interactions moléculaires qui sexercent au sein des alcanes. Cocher la bonne réponse (RCO) :
( les forces de Van der Waals et les liaisons hydrogène ;
( seulement les forces de Van der Waals ;
( seulement les liaison hydrogène.
Quelles sont les interactions moléculaires les plus fortes ? Cocher la réponse (RCO) :
( les forces de Van der Waals ;
( les liaison hydrogène.
Autour du propan-1-ol
Du propane ou du propan-1-ol, lequel possède la température débullition la plus basse ? Justifier votre réponse à laide des interactions intermoléculaires. (APP)
Donner la formule semi-développée du propan-1-ol et donner sa formule topologique. (REA)
Représenter un alcool isomère du propan-1-ol et le nommer. (REA)
Identifier la classe du propan-1-ol. (ANA)
Température débullition de divers alcools
AlcoolTempérature débullition (en °C)éthanol78propan-1-ol97pentan-1-ol1372-méthylbutan-1-ol1302,2-diméthylpropan-1-ol113On a réalisé les mesures des températures débullition de divers alcools. Les résultats sont regroupés dans le tableau ci-contre.
Quel est le point commun entre le pentan-1-ol, le 2-méthylbutan-1-ol et le 2,2-diméthylpropan-1-ol ? (ANA)
Interpréter les mesures obtenues pour les 3 alcools à chaîne linéaire. (ANA)
Interpréter les mesures obtenues pour le pentan-1-ol, le 2-méthylbutan-1-ol et le 2,2-diméthylpropan-1-ol. (ANA)
Présentation de la démarche suivie pour évaluer ce devoir
Evaluation des exercices :
Les compétences évaluées dans ce devoir sont celles présentées dans la grille « sujet décrit au baccalauréat ».
Pour chaque exercice, les questions ont été regroupées par domaines de compétences et organisées de façon à évaluer globalement chaque domaine dans une progression qui suit le cheminement de la démarche scientifique. Cela facilite lévaluation des compétences mises en uvre et donne du sens à lévaluation.
Pour évaluer chaque exercice par compétences, il faut renseigner un tableau construit sur le modèle des tableaux utilisés pour la notation des résolutions de problèmes scientifiques en Terminale S. On a construit un tableau par exercice. Chaque tableau reprend les domaines de compétences mobilisés. Pour chacun, on a détaillé les critères de réussite pour le niveau A. Ces critères correspondent aux capacités mobilisées dans les questions. Il sagit dune évaluation globale du domaine avec un positionnement sur 4 niveaux de compétences. Si les indicateurs apparaissent dans leur totalité, le niveau obtenu est le niveau A. Sils apparaissent partiellement, cest le niveau B qui est obtenu. Sils apparaissent de manière insuffisante, le niveau obtenu est le niveau C. Sils ne sont pas présents, cest niveau est D.
Pour chaque domaine de compétences, on choisit ensuite un poids. Ici, pour chaque exercice, on a choisi des poids dont la somme correspond au nombre de points indiqués sur lénoncé. On est bien évidemment libre de procéder autrement.
Ce tableau est un outil du professeur qui peut être communiqué aux élèves. Cela leur permettra de mesurer finement leurs acquis. On peut faire aussi le choix de ne pas le donner et de se contenter de transmettre bilan de compétences établi sur les 4 exercices qui figure dans le bandeau. Tout dépend de la stratégie poursuivie par le professeur.
Transformation du bilan de compétences en note chiffrée :
L'évaluation de ce devoir peut très bien s'arrêter au bilan de compétences ; cependant, si on souhaite rendre aux élèves une note sur 20, alors on procédera comme il suit.
Le tableau rempli, on complète la feuille de calcul correspondante (tableur). On commence par choisir le nombre de points sur lequel on veut noter cet exercice dans la cellule I1 (ici notation sur 20 points). On choisit ensuite daffecter les points pour les niveaux atteints en complétant les cellules K6 à K9 : par exemple, 3 points pour le niveau A, 2 points pour le niveau B, 1 point pour le niveau C et zéro pour le niveau D.
On renseigne alors les compétences évaluées (elles figurent en jaune sur la feuille de calculs adossée à ce devoir ; les autres compétences ont été laissées pour permettre une adaptation facilitée de cette feuille à un autre devoir) ainsi que leurs poids respectifs. Ici, le domaine « communiquer » avec comme critères, la présentation des résultats avec un nombre de chiffres significatifs cohérent ou la qualité de la rédaction est évalué globalement sur lensemble du devoir (on a mis 0 comme poids aux domaines Com de chaque exercice pour privilégier lévaluation globale du domaine).
Il reste à placer les croix dans les colonnes respectives. On obtient alors automatiquement une note chiffrée que lon peut arrondir au point ou au demi-point ainsi que le bilan de compétences du devoir (après avoir paramétré les cellules indiquant les pourcentages limites).
Correction du DS par compétences
Exercice 1 :
Deux atomes sont isotopes sils ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents.
Un proton porte la charge électrique +e ; un neutron est neutre.
La distance minimale qui sépare le centre dun proton et le centre dun neutron est égale à 2R soit 2,4 fm.
La distance minimale qui sépare les centres de deux protons sobtient avec le théorème de Pythagore : dp-p = QUOTE = 3,4 fm.
Interaction électrostatique entre deux protons : QUOTE 19,9 N.
Représentation des forces dinteractions électrostatiques qui sexercent entre deux protons : Flèches de 2 cm avec 10 N par cm : forces répulsives.
La force dinteraction électrostatique qui sexerce entre un neutron et un proton est nulle (le neutron nest pas chargé).
Interaction gravitationnelle : F = QUOTE = 3,23.10-35 N.
La cohésion du noyau ne peut résulter de l'interaction gravitationnelle (attractive mais trop faible devant linteraction électrique répulsive) mais dune autre interaction (l'interaction forte) qui compense la répulsion électrique.
Exercice 2 :
Parmi les deux solides présentés, le solide ionique est le fluorure de calcium (assemblage régulier et ordonné dions) et le solide moléculaire est le cristal moléculaire de diiode.
Latome de carbone est moins électronégatif que latome de chlore. La liaison CCl est polarisée. De même pour la liaison OH.
Leau possède 2 liaisons OH polarisées : il apparaît des charges partielles sur ces 3 atomes. Du fait de la géométrie coudée de la molécule, les centres des charges + et sont distincts : la molécule est polaire.
Le tétrachlorure de carbone est un solvant apolaire. Il possède 4 liaisons C-Cl polarisées mais, du fait de la géométrie tétraédrique de la molécule, les centres des charges + et sont confondus : la molécule est apolaire.
CaF2(s) QUOTE Ca2+(aq) + 2 F-(aq)
[F-(aq)] = 2 × C donc C = 5,0.10-2 mol.L-1.
Exercice 3 :
Les pointillés entre les deux bases azotées représentent des liaisons hydrogène.
Une liaison hydrogène sétablit entre un atome dH et un atome fortement électronégatif comme O, F, Cl, N. Cest le cas ici avec lazote.
La liaison covalente est plus intense que la liaison H, elle-même plus intense que linteraction de Van der Waals : les brins dADN ne seraient pas aussi solidement attachés sils étaient liés par des forces de Van der Waals.
Exercice 4 :
Lors dun changement détat, il y a seulement rupture des interactions intermoléculaires.
Au sein des alcanes : forces de Van der Waals ;
Au sein des alcools : forces de Van der Waals et liaisons hydrogène.
Les liaisons intermoléculaires les plus fortes sont les liaisons H.
Cest le propane qui la température débullition la plus basse. En effet, dans les alcanes ne s'exercent que les forces de Van der Waals alors que dans les alcools, il y a en plus les liaisons H qui s'établissent et ces dernières sont plus intenses que les interactions de Van der Waals.
Formule semi-développée et topologique du propan-1-ol :
Isomère du propan-1-ol : propan-2-ol
Classe du propan-1-ol : classe I.
a) Ce sont des isomères de constitutions car ils ont la même formule brute mais des formules semi-développées différentes.
Au sein d'une même famille de composés, les températures de changement d'état augmentent avec la longueur de la chaîne (plus il y a d'atomes dans la chaîne et plus les interactions de Van der Waals sont intenses : il faudra fournir davantage dénergie pour les rompre ( Teb plus importante).
Au sein d'une même famille de composés, les températures de changement d'état diminuent, pour des isomères, quand le nombre de ramifications augmente (plus la chaîne est ramifiée et moins les molécules peuvent se rapprocher : l'intensité des forces de Van der Waals diminue et il faut fournir moins dénergie pour les rompre ( Teb plus faible).
Tableau à compléter pour chaque élève :
Dans le cadre d'une pédagogie de contrat, il est important de rendre aux élèves un bilan détaillé concernant leurs acquis et les domaines dans lesquels ils ont eu des difficultés ; le tableau qui suit est une façon d'établir ce bilan.
Compétences évaluéesPoidsCritère de réussite correspondant au niveau AABCDExercice 1Connaître (RCO)
Restituer une connaissance.1Donner la définition disotopes.Donner la charge du proton et du neutron.Analyser (ANA)
Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.
Construire les étapes dune résolution de problème.1,5Analyser le schéma pour déterminer la distance minimale qui sépare le centre dun proton et celui dun neutron.Utiliser le théorème de Pythagore pour déterminer la distance minimale qui sépare le centre dun proton et celui dun neutron.Réaliser (REA)
Utiliser un modèle théorique. Effectuer des procédures courantes (calculs numériques, tracé de vecteurs).2,5Appliquer les formules données.Mener les calculs techniquement justes indépendamment derreurs résultant dune mauvaise analyse. Maîtriser correctement les unités.Représenter les forces à laide de vecteurs (sens, direction, longueur et vecteurs correctement nommés).Valider (VAL)
Interpréter des résultats pour valider une hypothèse.1Comparer les interactions entre elles pour justifier lexistence dune nouvelle interaction expliquant la cohésion du noyau.Exercice 2Sapproprier (APP)
Mobiliser ses connaissances. Extraire linformation utile.1Identifier le solide ionique et le solide moléculaire.Identifier une liaison polarisée.Analyser (ANA)
Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.3,5Etablir la polarité de la molécule deauExpliquer le fait que CCl4 ne puisse dissoudre CaF2 en établissant le caractère apolaire de ce solvant.Etablir la relation entre C et [F-].Réaliser (REA)
Utiliser un modèle théorique. Effectuer des calculs littéraux ou numériques.0,5Ecrire léquation de dissolution de CaF2 dans leau.Mener les calculs techniquement justes indépendamment derreurs résultant dune mauvaise analyse. Maîtriser correctement les unités.Exercice 3Connaître (RCO)
Restituer des connaissances.1Connaître le mode de représentation dune liaison H.Enoncer la propriété des atomes impliqués dans une liaison H.Analyser (ANA)
Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.1Exploiter ses connaissances sur les intensités comparées des liaisons H et des interactions de V der W pour estimer la « solidité » de la liaison.Exercice 4
Connaître (RCO)
Restituer des connaissances.2Définir ce qui se passe lors dun changement détat (quest. 1).Connaître le type de liaison intermoléculaire sexerçant au sein des alcools (quest.2).Connaître le type de liaison intermoléculaire sexerçant au sein des alcanes (quest. 3).Comparer les intensités des liaisons H et des forces de V der W (quest. 4).Sapproprier (APP)
Mobiliser ses connaissances. Extraire linformation utile.0,5Comparer les Teb du propane et du propan-1-ol en sappuyant sur ses connaissances (quest. 5).Reconnaître des isomères de constitution (quest. 9a).Analyser (ANA)
Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.
Adopter une démarche explicative.2Identifier la classe dun alcool (quest. 8).Interpréter lévolution des Teb des alcanes à chaîne linaire (quest. 9b).Interpréter lévolution de Teb des alcools isomères (quest. 9c).Réaliser (REA)
Effectuer une procédure courante.2,5Donner une formule développée à partir dun nom (quest.6).Donner une formule topologique à partir dun nom (quest. 6).Donner la formule dun isomère du propan-1-ol (quest. 7).Nommer un alcool (quest. 7).Bilan sur 20 :On utilise ensuite la feuille de calcul Excel qui génère automatiquement la note en fonction du positionnement pour chaque domaine de compétences :
Nom Prénom CompétenceCoefficient Niveau validéABCDExercice 1RCO1 x S'approprier0 Analyser1,5 x Réaliser2,5x Valider1x Communiquer0 Exercice 2RCO0 S'approprier1 x Analyser3,5 x Réaliser0,5x Valider0 Communiquer0 Exercice 3RCO1x S'approprier0 Analyser1 x Réaliser0 Valider0 Communiquer0 Exercice 4RCO2 x S'approprier0,5x Analyser2,5 x Réaliser2 x Valider0 Communiquer0 CommuniquerEval. globale1x Somme coeff.21Note max 63Note brute 44Note sur2013,97Note sur2013,97Note arrondie au point 14,0Note arrondie au 1/2 point 14,0
Elle permet aussi dobtenir le bilan du devoir (à noter dans le bandeau de lénoncé) :
POURCENTAGE PAR DOMAINES DE COMPETENCESBilan obtenuSavoirs (RCO)75AA : sup. ou égal à 75%S'approprier78AB : entre 50et75%Analyser49CC : entre25et50% Réaliser87AD : strictement < à 25%Valider100ACommuniquer100A
Académie dOrléans-Tours Des devoirs évalués par compétences PAGE \* MERGEFORMAT8
Proton
Neutron
F-
Ca2+
Fluorure de calcium
CaF2
Diiode I2
