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Méthodes d'épreuve

Expliquer un raisonnement scientifique

Relier les données, le modèle utilisé et la conclusion, avec les unités nécessaires.

Les étapes

  1. Écris ce que la question demande et relève les données utiles avec leurs unités.
  2. Choisis la relation, le modèle ou le mécanisme qui permet de répondre. Explique pourquoi il convient à cette situation.
  3. Déroule le calcul ou le raisonnement. Convertis les unités avant de remplacer les valeurs.
  4. Donne une conclusion dans le contexte de la question. Dans un calcul, indique l'unité et vérifie l'ordre de grandeur.
  5. Distingue une observation, une interprétation et une conclusion. Pour une expérience, identifie la variable modifiée et les conditions gardées constantes.

Une séance de 15 minutes

Lis la consigne et les documents, puis rédige ta réponse avant d'ouvrir la correction. Compare ensuite les étapes du corrigé à ton raisonnement.

Exercice de méthode

Expérience et données fictives. Deux lots de 30 graines de la même espèce reçoivent la même quantité d'eau, la même lumière et le même substrat.

Protocole

Le lot A reste à 20 °C et le lot B à 30 °C pendant sept jours. On compte ensuite les graines germées.

LotTempératureGraines germéesGraines semées
A20 °C2430
B30 °C1830

Consigne

Calcule le taux de germination de chaque lot et explique ce que cette expérience permet de conclure sur l'effet de la température.

Voir la réponse expliquée

Données et calcul

Le taux de germination vaut (nombre de graines germées / nombre de graines semées) × 100. Pour A : (24 / 30) × 100 = 80 %. Pour B : (18 / 30) × 100 = 60 %. L'écart est de 20 points de pourcentage.

La relation, les valeurs et l'unité sont écrites. Un écart de taux se mesure ici en points de pourcentage.

Interprétation

Dans les conditions de cette expérience, le taux de germination est plus faible à 30 °C qu'à 20 °C. La température est la variable modifiée ; l'eau, la lumière, le substrat et l'espèce sont gardés identiques.

La conclusion se rattache aux conditions du protocole, sans changer plusieurs facteurs à la fois.

Limite

Un seul essai sur deux lots ne permet pas d'affirmer que toutes les espèces germent moins bien à 30 °C. Répéter l'expérience permettrait de vérifier la stabilité du résultat.

La portée de la conclusion reste limitée à ce qui a été testé.

Pour continuer

Exercice 1

Expérience 1 : on plonge un ruban de magnésium dans une solution d'acide chlorhydrique en excès ; un gaz se dégage jusqu'à la disparition complète du magnésium. Expérience 2 : on mélange une solution de chlorure de fer(III), qui contient des ions FeX3+\ce{Fe^3+}, et une solution de thiocyanate de potassium, qui contient des ions SCNX−\ce{SCN-} ; le mélange devient rouge sang à cause de l'ion complexe FeSCNX2+\ce{FeSCN^2+}, mais sa couleur n'évolue plus au bout de quelques instants et l'on détecte encore des ions FeX3+\ce{Fe^3+} et SCNX−\ce{SCN-} dans le mélange.

  1. 1.1.

    Écrire l'équation pondérée de la réaction de l'expérience 1, avec les états physiques. (2 pts)

  2. 1.2.

    La réaction de l'expérience 1 est-elle complète ou limitée à un équilibre ? Justifier. (2 pts)

    • complète
    • limitée à un équilibre
  3. 1.3.

    Écrire l'équation de l'expérience 2 en utilisant le symbole qui convient entre les réactifs et le produit. Justifier ce choix. (2 pts)

  4. 1.4.

    À l'équilibre, la couleur du mélange de l'expérience 2 n'évolue plus. Les réactions directe et inverse se sont-elles arrêtées ? Justifier. (2 pts)

    • non : elles se poursuivent à la même vitesse
    • oui : elles sont arrêtées
Voir la correction
  1. Expérience 1

    Le magnésium disparaît entièrement : au moins un réactif est totalement consommé, la réaction est complète et s'écrit avec une flèche simple : Mg(s)+2 HCl(aq)→MgClX2(aq)+HX2(g)\ce{Mg(s) + 2HCl(aq) -> MgCl2(aq) + H2(g)}.

  2. Expérience 2

    Aucun des deux réactifs n'est totalement consommé : la réaction est limitée à un équilibre, on la note avec la double flèche : FeX3+(aq)+SCNX−(aq)⇌FeSCNX2+(aq)\ce{Fe^3+(aq) + SCN-(aq) <=> FeSCN^2+(aq)}.

  3. Équilibre dynamique

    Quand la couleur n'évolue plus, les concentrations sont constantes. C'est parce que la réaction directe et la réaction inverse ont lieu à la même vitesse : l'équilibre est dynamique, les réactions ne sont pas arrêtées.

a) \ce{Mg(s) + 2HCl(aq) -> MgCl2(aq) + H2(g)} ; b) complète ; c) \ce{Fe^3+(aq) + SCN-(aq) <=> FeSCN^2+(aq)} ; d) elles se poursuivent à la même vitesse

Barème de cet exercice

  • 1.1 : Formules correctes des réactifs et des produits avec les états (1 point)
  • 1.1 : Équation pondérée : Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂ (1 point)
  • 1.2 : Réaction complète : le magnésium est entièrement consommé (1 point)
  • 1.2 : Un réactif totalement consommé implique une réaction irréversible (flèche simple) (1 point)
  • 1.3 : Équation Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺ pondérée (atomes et charges) (1 point)
  • 1.3 : Double flèche justifiée : aucun réactif n'est totalement consommé (1 point)
  • 1.4 : Les réactions directe et inverse se poursuivent (1 point)
  • 1.4 : Elles ont lieu à la même vitesse : les concentrations ne varient plus (équilibre dynamique) (1 point)

Exercice 2

À une réaction limitée à un équilibre est associée une constante d'équilibre notée KcK_c, qui ne dépend que de la température. Les concentrations à l'équilibre se notent entre crochets.

  1. 2.1.

    Donner l'expression de la constante d'équilibre KcK_c de la réaction NX2(g)+3 HX2(g)⇌2 NHX3(g)\ce{N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)} et donner son unité. (2 pts)

  2. 2.2.

    Donner l'expression de la constante d'équilibre KcK_c de la réaction 2 SOX2(g)+OX2(g)⇌2 SOX3(g)\ce{2SO2(g) + O2(g) <=> 2SO3(g)} et donner son unité. (2 pts)

  3. 2.3.

    Donner l'expression de la constante d'équilibre KcK_c de la réaction NX2OX4(g)⇌2 NOX2(g)\ce{N2O4(g) <=> 2NO2(g)} et donner son unité. (2 pts)

  4. 2.4.

    Donner l'expression de la constante d'équilibre KcK_c de la réaction CHX3COOH(l)+CX2HX5OH(l)⇌CHX3COOCX2HX5(l)+HX2O(l)\ce{CH3COOH(l) + C2H5OH(l) <=> CH3COOC2H5(l) + H2O(l)} et donner son unité. (2 pts)

Voir la correction
  1. Méthode

    Loi de Guldberg et Waage : pour a A+b B⇌c C+d D\ce{aA + bB <=> cC + dD}, Kc=[C]c⋅[D]d[A]a⋅[B]bK_c = \frac{[\ce{C}]^c \cdot [\ce{D}]^d}{[\ce{A}]^a \cdot [\ce{B}]^b}, concentrations à l'équilibre, produits au numérateur. L'unité de KcK_c est (mol/L)(c+d)−(a+b)(\mathrm{mol/L})^{(c+d)-(a+b)}.

  2. Réaction a

    Kc=[NHX3]2[NX2]⋅[HX2]3K_c = \frac{[\ce{NH3}]^2}{[\ce{N2}] \cdot [\ce{H2}]^3} ; unité : (mol/L)2−4=(mol/L)−2(\mathrm{mol/L})^{2-4} = (\mathrm{mol/L})^{-2}.

  3. Réaction b

    Kc=[SOX3]2[SOX2]2⋅[OX2]K_c = \frac{[\ce{SO3}]^2}{[\ce{SO2}]^2 \cdot [\ce{O2}]} ; unité : (mol/L)2−3=(mol/L)−1(\mathrm{mol/L})^{2-3} = (\mathrm{mol/L})^{-1}.

  4. Réaction c

    Kc=[NOX2]2[NX2OX4]K_c = \frac{[\ce{NO2}]^2}{[\ce{N2O4}]} ; unité : (mol/L)2−1=mol/L(\mathrm{mol/L})^{2-1} = \mathrm{mol/L}.

  5. Réaction d

    Kc=[CHX3COOCX2HX5]⋅[HX2O][CHX3COOH]⋅[CX2HX5OH]K_c = \frac{[\ce{CH3COOC2H5}] \cdot [\ce{H2O}]}{[\ce{CH3COOH}] \cdot [\ce{C2H5OH}]} ; unité : (mol/L)2−2=(mol/L)0(\mathrm{mol/L})^{2-2} = (\mathrm{mol/L})^0 : Kc n'a pas d'unité.

a) Kc=[NHX3]2[NX2]⋅[HX2]3K_c = \frac{[\ce{NH3}]^2}{[\ce{N2}] \cdot [\ce{H2}]^3} ; b) Kc=[SOX3]2[SOX2]2⋅[OX2]K_c = \frac{[\ce{SO3}]^2}{[\ce{SO2}]^2 \cdot [\ce{O2}]} ; c) Kc=[NOX2]2[NX2OX4]K_c = \frac{[\ce{NO2}]^2}{[\ce{N2O4}]} ; d) Kc=[CHX3COOCX2HX5]⋅[HX2O][CHX3COOH]⋅[CX2HX5OH]K_c = \frac{[\ce{CH3COOC2H5}] \cdot [\ce{H2O}]}{[\ce{CH3COOH}] \cdot [\ce{C2H5OH}]}

Barème de cet exercice

  • 2.1 : Expression de Kc : produits au numérateur, réactifs au dénominateur, exposants égaux aux coefficients (1 point)
  • 2.1 : Unité de Kc justifiée par les exposants (1 point)
  • 2.2 : Expression de Kc : produits au numérateur, réactifs au dénominateur, exposants égaux aux coefficients (1 point)
  • 2.2 : Unité de Kc justifiée par les exposants (1 point)
  • 2.3 : Expression de Kc : produits au numérateur, réactifs au dénominateur, exposants égaux aux coefficients (1 point)
  • 2.3 : Unité de Kc justifiée par les exposants (1 point)
  • 2.4 : Expression de Kc : produits au numérateur, réactifs au dénominateur, exposants égaux aux coefficients (1 point)
  • 2.4 : Unité de Kc justifiée par les exposants (1 point)

Exercice 3

Lors d'une sortie sur le RAVeL, une cycliste parcourt 24 km en 1 h 30 min.

  1. a.

    Calculer sa vitesse moyenne en km/h.

  2. b.

    Exprimer cette vitesse en m/s.

Voir la correction
  1. a) Vitesse moyenne en km/h

    Grandeur recherchée : la vitesse moyenne vv. Formule : v=ΔxΔtv = \frac{\Delta x}{\Delta t}. La durée est 1 h 30 min=1,5 h1\,\mathrm{h}\,30\,\mathrm{min} = 1{,}5\,\mathrm{h}. Calcul : v=241,5=16 km/hv = \frac{24}{1{,}5} = 16\,\mathrm{km/h}.

  2. b) Conversion en m/s

    1 m/s=3,6 km/h1\,\mathrm{m/s} = 3{,}6\,\mathrm{km/h}, donc on divise par 3,6 : v=163,6≈4,4 m/sv = \frac{16}{3{,}6} \approx 4{,}4\,\mathrm{m/s}. Contrôle en unités SI : 24 000 m5 400 s≈4,4 m/s\frac{24\,000\,\mathrm{m}}{5\,400\,\mathrm{s}} \approx 4{,}4\,\mathrm{m/s}.

a) v = 16 km/h ; b) v ≈ 4,4 m/s

Barème de cet exercice

  • a : Grandeur cherchée nommée et formule écrite : v = Δx/Δt (1 point)
  • a : Application numérique avec les valeurs de l'énoncé : 24 km divisés par 1,5 h (1 point)
  • a : Résultat chiffré, unité comprise : 16 km/h (1 point)
  • b : Grandeur cherchée nommée et formule écrite : 1 m/s = 3,6 km/h (1 point)
  • b : Application numérique avec les valeurs de l'énoncé : 16 divisé par 3,6 (1 point)
  • b : Résultat chiffré, unité comprise : 4,4 m/s (1 point)

Programme et consignes

Les consignes dépendent du cycle. Vérifie celles de ton inscription ; les exemples officiels ne couvrent pas tout le programme.