Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
Le pression d'un contenant de gaz scellé change lorsqu'il est chauffé. Les rapports Celsius ne peuvent pas prédire ce changement car le modèle de gaz utilise la température absolue.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Dans un modèle de gaz, les particules se déplacent aléatoirement et la pression résulte du transfert de moment au niveau des parois. L'équation du gaz parfait relie la pression, le volume, la quantité et la température absolue.
température absolue : Température sur l'échelle kelvin ; gaz parfait : Modèle de gaz avec des hypothèses simplificatrices spécifiées.
Choisir des preuves capables de le tester
À quantité et volume fixes, la pression est proportionnelle à la température en kelvin. À température et quantité fixes, la pression est inversement proportionnelle au volume. Indiquez quelles quantités sont fixes avant de choisir une relation.
Utiliser un appareil agréé avec une plage de température et une limite de pression définies par l'enseignant. Laisser atteindre l'équilibre thermique et enregistrer la pression en fonction de la température en kelvin. Ne jamais chauffer un récipient scellé improvisé.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Connues : la pression est 100 kPa à 300 K, avec volume et quantité fixes. À 330 K, p2/p1=T2/T1. p2=p1 T2/T1=100×330/300=110 kPa. Une élévation de 30 °C correspond à une variation de 30 K, mais le rapport de températures doit utiliser le kelvin.
Exemple :
À volume fixe, la pression est 120 kPa à 300 K. Trouvez la pression à 350 K. Utilisez la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Un gaz idéal est un modèle soumis à des conditions de validité. Zéro degré Celsius ne correspond pas à une absence totale de mouvement moléculaire, et l'énergie interne n'est pas déterminée uniquement par la pression.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Un rapport de pressions gazeuses peut toujours utiliser les températures Celsius. Cette affirmation est fausse : Un gaz idéal est un modèle avec des conditions de validité. Le zéro Celsius n'est pas l'arrêt du mouvement moléculaire, et l'énergie interne n'est pas déterminée uniquement par la pression.
Clé :
Modèles gazeux et température absolue : À quantité et volume fixes, la pression est proportionnelle à la température en kelvin. À température et quantité fixes, la pression est inversement proportionnelle au volume. Indiquez quelles quantités sont fixes avant de choisir une relation.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
Un cristal de sel conduit le courant lorsqu'il est dissous mais pas à l'état solide. Les ions existent dans les deux états ; leur capacité à se déplacer change.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
La liaison ionique est une attraction électrostatique entre des ions de charges opposées. Une liaison covalente implique des électrons partagés. La liaison métallique implique une attraction entre des ions métalliques positifs et des électrons délocalisés.
liaison ionique : Attraction entre ions de charges opposées ; électron délocalisé : Électron non confiné à un seul atome ou lien.
Choisir des preuves capables de le tester
Pour expliquer une propriété macroscopique, nommer la structure, les particules, les forces et les porteurs de charge mobiles. Les substances moléculaires simples peuvent avoir de fortes liaisons covalentes à l'intérieur des molécules mais de faibles attractions entre les molécules.
Comparer des substances à l'aide d'arguments tels que le point de fusion, la conductivité à l'état solide et fondu, et la solubilité. Une seule propriété ne suffit généralement pas à prouver une structure ; il faut utiliser un ensemble d'arguments.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Connu : un élément a un numéro atomique 12 et un nombre de masse 24. Protons = 12 ; neutrons = nombre de masse - numéro atomique = 24 - 12 = 12. Un ion 2+ a des électrons = 12 - 2 = 10. La charge change le nombre d'électrons, pas le noyau.
Exemple :
Un atome a un numéro atomique 17 et un nombre de masse 35. Trouver son nombre de neutrons. Utiliser la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
La fusion d'une substance moléculaire simple surmonte généralement les attractions intermoléculaires ; elle ne nécessite pas la rupture de toutes les liaisons covalentes au sein de chaque molécule.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Toutes les substances covalentes ont des points de fusion bas. Cette affirmation est fausse : la fusion d'une substance moléculaire simple surmonte généralement les attractions intermoléculaires ; elle ne nécessite pas la rupture de toutes les liaisons covalentes au sein de chaque molécule.
Clé :
Particules, liaisons et propriétés macroscopiques : Pour expliquer une propriété macroscopique, nommer la structure, les particules, les forces et les porteurs de charge mobiles. Les substances moléculaires simples peuvent avoir de fortes liaisons covalentes à l'intérieur des molécules mais de faibles attractions entre les molécules.
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: atomic number and the structure of the atom from Structure 1.2, arithmetic with powers of ten, and the wave relation c = fλ. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
3.2
Electron configurations 电子排布
English
What would explain this observation?
A hydrogen discharge tube glows, and a prism splits the light into a few exact coloured lines — not a continuous rainbow. Why only those colours?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
An electron in an atom can only occupy fixed energy levels 能级. When it falls from a higher level to a lower one, it emits one photon whose energy equals the gap: E₂ − E₁ = hf. A line emission spectrum 发射光谱 is the set of these exact photon energies, so each element shows its own pattern of lines.
Electrons fill the levels in a fixed order from lowest energy: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. An orbital 轨道 holds at most two electrons with opposite spins. The electron configuration lists the occupied sublevels, for example iron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, written compactly as [Ar] 4s² 3d⁶.
energy level: A fixed energy an electron may have in an atom; orbital: A region holding at most two electrons with opposite spins; emission spectrum: The exact set of light frequencies an element emits.
Choose evidence that can test it
The emission lines of hydrogen fall at exact frequencies predicted by the level gaps. If electrons could have any energy, the spectrum would be continuous — the observed separate lines are the evidence for fixed levels.
The first ionisation energies of successive elements rise in steps and fall at the start of each new shell, matching the order in which sublevels fill. Compare a measured spectrum or ionisation pattern with the configuration model before accepting an explanation.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: the red Balmer line of hydrogen has wavelength λ = 656 nm = 656 × 10⁻⁹ m; c = 3.00 × 10⁸ m/s and h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s. The photon energy equals the level gap: E = hf and f = c/λ, so E = hc/λ. Substitution: E = (6.63 × 10⁻³⁴ × 3.00 × 10⁸)/(656 × 10⁻⁹) = 3.03 × 10⁻¹⁹ J. This is the energy gap between the n = 3 and n = 2 levels.
Example:
The ultraviolet line of hydrogen has λ = 122 nm. Find the photon energy using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: E = 6.63 × 10⁻³⁴ × 3.00 × 10⁸ / (122 × 10⁻⁹) = 1.63 × 10⁻¹⁸ J — about five times the red line's energy, because it spans the larger gap down to n = 1.)
Check the conclusion and its limits
The filling order 4s before 3d is an empirical energy order for NEUTRAL atoms; when atoms lose electrons to form ions, the 4s electrons leave first (iron forms Fe²⁺ as [Ar] 3d⁶, not [Ar] 4s² 3d⁴). The simple order also has noted exceptions such as chromium [Ar] 4s¹ 3d⁵.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
Electrons in an atom can occupy any energy between the shells. This claim is false: the separate lines of an emission spectrum appear only because electrons fall between fixed energy levels; a continuum of allowed energies would give a continuous spectrum, which is not observed.
Key:
Electron configurations: electrons occupy fixed energy levels, and the photon energy of each emission line equals the gap between two levels, E = hc/λ. Sublevels fill in the order 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p, with at most two opposite-spin electrons per orbital.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
4.2
Quantités, équations et réactif limitant
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
La masse la plus faible de réactif n'est pas nécessairement le réactif limitant. L'équation bilan compare les quantités de particules, et non directement les grammes.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Le mole (mole) mesure la quantité de matière. Utiliser la masse molaire pour convertir la masse en quantité. Les coefficients de l'équation équilibrée donnent des rapports en moles ; ils ne donnent pas des masses égales.
mole : Unité SI de quantité de matière ; réactif limitant : Le réactif qui limite la quantité possible de produit.
Choisir des preuves capables de le tester
Calculer la quantité disponible pour chaque réactif et diviser par son coefficient. Le ratio le plus faible limite la réaction. Utiliser ce réactif pour calculer le rendement maximal théorique avant de comparer avec le rendement réel.
Écrire d'abord l'équation équilibrée, inclure les unités dans les masses molaires, puis convertir chaque masse donnée ou volume de solution en quantité. Convertir les centimètres cubes en décimètres cubes avant d'utiliser la concentration en moles par décimètre cube.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Données connues : 2.0 g de Mg réagissent avec un excès d'acide. Utilisez quantité = masse / masse molaire. Avec une masse molaire du Mg = 24.0 g par mole, la quantité de Mg = 2.0/24.0 = 0.0833 mol. Dans Mg + 2HCl → MgCl2 + H2, la quantité de H2 = quantité de Mg = 0.0833 mol.
Exemple :
Calculez la quantité dans 5.0 g d'une substance ayant une masse molaire de 100 g par mole. Utilisez la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Un excès d'acide signifie que l'acide ne limite pas le calcul stipulé. Un coefficient de 2 devant HCl ne double pas la quantité d'hydrogène.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Les coefficients de l'équation équilibrée donnent toujours les rapports de masse des réactifs. Cette affirmation est fausse : Un excès d'acide signifie que l'acide ne limite pas le calcul stipulé. Un coefficient de 2 devant HCl ne double pas la quantité d'hydrogène.
Clé :
Quantités, équations et réactif limitant : Calculez la quantité disponible pour chaque réactif et divisez par son coefficient. Le plus petit rapport limite la réaction. Utilisez ce réactif pour calculer le rendement maximum théorique avant de comparer au rendement réel.
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: the ionic, covalent and metallic models from Structure 2.1–2.3, and density from earlier physical science. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
9.2
From models to materials 材料
English
What would explain this observation?
A copper wire bends without breaking and carries current; a ceramic plate snaps but never conducts; a plastic bag stretches and melts over a candle. Why do these materials behave so differently?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
The bonding model predicts the bulk properties 宏观性能: a metallic material 金属材料 has positive ions in a sea of delocalised electrons, so it conducts and is malleable. An ionic lattice is hard but brittle and conducts only when molten or dissolved. A giant covalent network has a very high melting point. Simple molecular substances and polymers melt low, and polymer chains can slide and flex.
A composite 复合材料 combines materials so the product has properties neither part has alone, such as carbon fibres in a resin. Choosing a material means matching its model-derived properties to a design requirement, then checking measurable quantities such as strength, density and conductivity.
bulk property: A measurable property of a material sample, such as strength or conductivity; composite: A material made of two or more components whose combined properties exceed the parts; metallic material: A material of metal ions held by delocalised electrons.
Choose evidence that can test it
Test the model by measuring what it predicts: bend and stretch samples of a metal, an ionic solid and a polymer under the same conditions and compare conductivity in solid and molten states where the school permits. The model is supported only if the observed properties match the bonding in the structure.
Compare candidate materials for one application using measured properties, not names: a bicycle frame needs high strength per unit mass, a window needs transparency and scratch resistance.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: an aluminium alloy has strength 300 MPa and density 2.7 g/cm³; a steel has strength 500 MPa and density 7.8 g/cm³. The design needs strength per unit mass, so compute the ratio: alloy 300/2.7 ≈ 111 MPa per g/cm³; steel 500/7.8 ≈ 64 MPa per g/cm³. The alloy gives more strength for the same mass, so it suits a light frame even though the steel is stronger in absolute terms.
Example:
A carbon-fibre composite has strength 1,100 MPa at density 1.4 g/cm³. Find its strength-to-density ratio and compare it with the alloy above, using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: 1,100/1.4 ≈ 786 MPa per g/cm³ — about seven times the alloy, which is why racing frames use it despite the cost.)
Check the conclusion and its limits
A single ratio never settles a design choice: toughness, cost, corrosion resistance, manufacturability and end-of-life all matter. Bonding models describe ideal structures; real materials contain defects that lower measured strength below the model's prediction.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
The strongest material in absolute terms is always the best choice for a design. This claim is false: the best choice depends on the requirement — per unit mass the weaker-looking alloy beats the steel, and other criteria such as cost and corrosion can outweigh strength entirely.
Key:
From models to materials: bonding models predict bulk properties — metallic conducts and bends, ionic is hard and brittle, giant covalent resists heat, molecular and polymer materials melt low and flex. Material selection compares measured properties against a stated requirement, often as a ratio such as strength per density.
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: electron configurations from Structure 1.3 and the nuclear-atom model from Structure 1.2. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
10.2
The periodic table: classification of elements 元素周期表
English
What would explain this observation?
Lithium, sodium and potassium all fizz with water — and each more violently than the last. Why do these elements behave like a family?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
Elements are ordered by atomic number. A vertical group 族 contains atoms with the same number of outer electrons, so they react alike. A horizontal period 周期 fills one more electron shell across its length. The block 区 (s, p, d or f) names which sublevel is being filled.
Across a period the first ionisation energy 第一电离能 rises overall, because the nuclear charge grows at almost unchanged shielding; it dips where a new sublevel starts (B after Be) and where a p orbital first holds a paired electron (O after N). Down a group it falls as the outer electron is farther away and more shielded.
group: A column of the periodic table whose atoms share an outer-electron count; period: A row of the table filling one electron shell; block: The region of the table named by the sublevel being filled; first ionisation energy: The energy needed to remove one electron from each atom in one mole of gaseous atoms.
Choose evidence that can test it
Compare the reactions of two or more members of one group under the same conditions, such as lithium and potassium with cold water: same products, different vigour — evidence that shared outer configuration drives the chemistry.
Plot measured first ionisation energies across a period. The model predicts the rise and the two dips at the sublevel boundary and the first paired p electron; check whether the data show exactly those dips.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: the first ionisation energies of magnesium and aluminium are 738 and 578 kJ/mol. The trend rises across a period, yet Al lies below Mg. The electron removed from aluminium is in 3p, while magnesium loses from 3s: the 3p electron is higher in energy and better shielded, so less energy is needed — a difference of 738 − 578 = 160 kJ/mol.
Example:
The first ionisation energies of sodium and magnesium are 496 and 738 kJ/mol. Find the difference and explain its direction using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: 738 − 496 = 242 kJ/mol higher for magnesium; the 3s electron in Mg feels one more proton at nearly the same shielding, so it is held more tightly.)
Check the conclusion and its limits
The block model explains the MAIN trends; transition-metal chemistry has additional d-orbital detail beyond this classification lesson, and ionisation values are measured for gaseous atoms, not for reacting solids.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
Elements in the same group react alike because they have the same number of electrons. This claim is false: they share the number of OUTER electrons — sodium has 11 electrons in total and potassium 19, yet both react as Group 1 metals because each has one outer electron.
Key:
The periodic table: classification of elements: group = shared outer-electron count and similar reactions; period = a filling shell; block = the sublevel being filled. Ionisation energy rises across a period with dips at the sublevel boundary and the first paired p electron, and falls down a group.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
Deux composés peuvent avoir la même formule moléculaire mais des structures différentes. Leurs groupes fonctionnels aident à prédire les réactions auxquelles ils sont soumis.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Une série homologue partage un groupe fonctionnel et une formule générale. Les isomères de structure partagent une formule moléculaire mais diffèrent par les connexions atomiques. Les alcènes contiennent une double liaison carbone-carbone.
groupe fonctionnel : Groupe d'atomes déterminant des réactions caractéristiques ; isomère : Compartissant une formule mais différant par la structure.
Choisir des preuves capables de le tester
Distingez l'addition, la substitution, l'oxydation et la polymérisation en suivant les liaisons avant et après la réaction. Les conditions et les réactifs appartiennent à la flèche de réaction ; ce ne sont pas des étiquettes interchangeables.
Dessinez des formules développées ou structurales avec le bon nombre de liaisons pour chaque atome de carbone. Utilisez un comptage des atomes de carbone pour vérifier une synthèse proposée. Au niveau avancé, suivez les réactifs et les conditions à travers des itinéraires en plusieurs étapes.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Connu : l'éthène ajoute le brome sur toute sa double liaison. La charpente à deux atomes de carbone reste intacte et chaque atome de carbone gagne un atome de brome, donnant 1,2-dibromoéthane. Une mole d'éthène réagit avec une mole de brome dans cette réaction d'addition.
Exemple :
Combien de moles de brome réagissent complètement avec 0.15 mol d'éthène ? Utilisez la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
La décolorisation du brome fournit une preuve d'insaturation lors d'un test approprié. Ce n'est pas la preuve qu'un échantillon inconnu est spécifiquement de l'éthène.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Les composés ayant la même formule moléculaire ont toujours des propriétés identiques. Cette affirmation est fausse : La décolorisation du brome fournit une preuve d'insaturation lors d'un test approprié. Ce n'est pas la preuve qu'un échantillon inconnu est spécifiquement de l'éthène.
Clé :
Structures organiques et voies réactionnelles : Distinguez l'addition, la substitution, l'oxydation et la polymérisation en suivant les liaisons avant et après la réaction. Les conditions et les réactifs appartiennent à la flèche de réaction ; ce ne sont pas des étiquettes interchangeables.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
Une tasse se réchauffe lorsque deux solutions réagissent. L'élévation de température mesure l'énergie transférée aux alentours ; elle ne correspond pas directement à la variation d'enthalpie.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Les réactions exothermiques transfèrent de l'énergie vers les alentours. Les réactions endothermiques prélevent de l'énergie des alentours. La rupture de liaisons nécessite de l'énergie ; la formation de liaisons libère de l'énergie.
exothermique : Transfert d'énergie vers l'environnement ; enthalpie : Changement de chaleur à pression constante pour un processus donné.
Choisir des preuves capables de le tester
Utilisez énergie transférée = masse × capacité thermique massique × variation de température. Convertissez les joules en kilojoules avant de diviser par la quantité de réaction. Une enthalpie molaire de réaction exothermique porte un signe négatif.
Utiliser une isolation et un couvercle, mesurer les températures initiales de manière cohérente, agiter et enregistrer une série température-temps. Estimer la température de réaction par une extrapolation appropriée plutôt que d'ignorer le refroidissement pendant la mesure.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Données connues : 100 g de solution s'élèvent de 5.0 °C ; la capacité thermique massique est de 4.18 J par gramme par degré. q = mcΔT. q = 100 × 4.18 × 5.0 = 2,090 J = 2.09 kJ. Si 0.050 mol réagissent, ΔH = -q/n = -2.09/0.050 = -41.8 kJ par mole.
Exemple :
50 g d'eau s'élèvent de 4 °C. Utiliser c = 4.2 J par gramme par degré pour trouver q. Suivre la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Les pertes de chaleur abaissent généralement l'élévation de température observée. La solution qui gagne de la chaleur et la réaction qui perd de la chaleur ont des signes opposés.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
La rupture de liaisons libère de l'énergie. Cette affirmation est fausse : une perte de chaleur abaisse généralement l'élévation de température observée. La solution gagnant de la chaleur et la réaction perdant de la chaleur ont des signes opposés.
Clé :
Calorimétrie et énergie chimique : Utilisez énergie transférée = masse × capacité thermique massique × variation de température. Convertissez les joules en kilojoules avant de diviser par la quantité de réaction. Une enthalpie molaire de réaction exothermique porte un signe négatif.
13
Réactivité 1.2 · Cycles énergétiques dans les réactions
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: enthalpy change and calorimetry from Reactivity 1.1, balancing equations, and arithmetic with signed quantities. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
13.2
Energy cycles in reactions 能量循环
English
What would explain this observation?
Some enthalpy changes cannot be measured directly: carbon and hydrogen will not simply combine into methane in a calorimeter. How can we still know the enthalpy change of that reaction?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
Hess's law 盖斯定律: the total enthalpy change of a reaction is the same whatever route is taken, because energy is conserved. An energy cycle links the direct route to an indirect route through shared substances, so the unknown change is found from measurable ones.
With standard enthalpy of formation 标准生成焓 data the rule is ΔH = ΣΔHf(products) − ΣΔHf(reactants). With standard enthalpy of combustion 标准燃烧焓 data the cycle runs through the combustion products: ΔH = ΣΔHc(reactants) − ΣΔHc(products). Elements in their standard states have ΔHf = 0.
energy cycle: A diagram linking two routes between the same start and end points; standard enthalpy of formation: The enthalpy change when one mole of a compound forms from its elements under standard conditions; standard enthalpy of combustion: The enthalpy change when one mole burns completely under standard conditions.
Choose evidence that can test it
Measure the enthalpies of combustion of carbon, hydrogen and methane by calorimetry; each is directly measurable. The cycle then predicts the formation enthalpy of methane, and the same method applied to a reaction that CAN be measured directly (such as neutralisation) confirms that route and direct measurement agree within experimental uncertainty.
State the states of every substance and the standard conditions; an enthalpy value without states is incomplete.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: ΔHc(C) = −394 kJ/mol, ΔHc(H₂) = −286 kJ/mol, ΔHc(CH₄) = −890 kJ/mol. The target is ΔHf for C (s) + 2H₂ (g) → CH₄ (g). By Hess's law along the combustion route: ΔHf = [ΔHc(C) + 2ΔHc(H₂)] − ΔHc(CH₄). Substitution: ΔHf = [−394 + 2 × (−286)] − (−890) = −966 + 890 = −76 kJ/mol. The negative sign means the formation of methane from its elements is exothermic.
Example:
Ethanol burns: C₂H₅OH (l) + 3O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 3H₂O (l). Using ΔHf(CO₂) = −394, ΔHf(H₂O) = −286 and ΔHf(C₂H₅OH) = −278 kJ/mol, find ΔHc of ethanol with the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: ΔH = [2 × (−394) + 3 × (−286)] − [−278 + 0] = −1646 + 278 = −1368 kJ/mol; oxygen is an element in its standard state, so its ΔHf is 0.)
Check the conclusion and its limits
Hess's law assumes the routes share the same start and end states and that the tabulated values apply at the stated conditions. Real calorimetry loses heat, so measured values carry uncertainty; the law itself is exact.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
The enthalpy change of a reaction depends on the route by which the reaction happens. This claim is false: Hess's law follows from the conservation of energy — the total change depends only on the start and end states, so an unmeasurable change can be computed from a measurable indirect route.
Key:
Energy cycles in reactions: ΔH is route-independent. Use ΔH = ΣΔHf(products) − ΣΔHf(reactants) from formation data, or ΔH = ΣΔHc(reactants) − ΣΔHc(products) from combustion data, keeping signs and states explicit.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
Atmosphère, ressources et décisions en cycle de vie
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
Un contenant réutilisable peut nécessiter plus d'énergie pour sa fabrication qu'un usage unique. Son impact dépend de la fréquence d'utilisation et de ce qui arrive en fin de vie.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Une analyse du cycle de vie prend en compte les matières premières, la fabrication, le transport, l'utilisation et les processus de fin de vie. Les gaz à effet de serre absorbent et émettent un rayonnement infrarouge ; la pollution et les effets climatiques sont liés mais constituent des questions distinctes.
analyse du cycle de vie : Évaluation couvrant la production, l'utilisation et l'élimination ; unité fonctionnelle : Le service commun utilisé pour une comparaison équitable.
Choisir des preuves capables de le tester
Définissez l'unité fonctionnelle avant de comparer des produits. Le même service rendu, comme transporter un litre d'eau cent fois, est plus juste que de comparer deux objets indépendamment de leur durée de vie.
Énumérez les limites du système, les sources d'énergie et les hypothèses. Comparez séparément la demande en eau, les émissions et les déchets avant de porter un jugement. Expliquez quelles priorités influencent la décision et où les données sont incertaines.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Données connues : un article réutilisable nécessite 1,000 unités d'énergie pour être fabriqué et 10 par utilisation ; un article jetable nécessite 60 par utilisation. L'égalité survient lorsque 1,000 + 10n = 60n. En réarrangeant, on obtient 1,000 = 50n, donc n = 20 utilisations selon ce modèle simplifié.
Exemple :
Un article réutilisable coûte 600 unités d'énergie initialement et 5 par utilisation ; les articles jetables coûtent 35 par utilisation. Trouvez le nombre d'utilisations au point d'équilibre. Suivez la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Un modèle au point d'équilibre est sensible aux hypothèses concernant le nettoyage, le transport et l'élimination. Dénommé « recyclable » ne garantit pas qu'un objet soit réellement collecté et recyclé.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Un produit recyclable est toujours recyclé après usage. Cette affirmation est fausse : un modèle au point d'équilibre est sensible aux hypothèses concernant le nettoyage, le transport et l'élimination. Dénommé « recyclable » ne garantit pas qu'un objet soit réellement collecté et recyclé.
Clé :
Atmosphère, ressources et décisions liées au cycle de vie : Définissez l'unité fonctionnelle avant de comparer des produits. Le même service rendu, comme transporter un litre d'eau cent fois, est plus juste que de comparer deux objets indépendamment de leur durée de vie.
15
Réactivité 2.1 · Combien ? La quantité de changement chimique
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
15.2
Titrage et concentration défendable
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
La lecture d'une burette n'est pas le volume délivré. Le volume titré est la différence entre les lectures finale et initiale, et ces deux lectures comportent une incertitude.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Une titration mesure la quantité d'une solution nécessaire pour réagir avec une quantité connue d'une autre. L'équation donne le rapport stœchiométrique. Un point final de l'indicateur approxime le point d'équivalence lorsqu'un indicateur approprié est utilisé.
titre : Volume délivré entre deux lectures de burette ; point d'équivalence : Point de complétion stœchiométrique de la réaction.
Choisir des preuves capables de le tester
Calculer d'abord la quantité connue, appliquer le rapport stœchiométrique, puis diviser par le volume de la solution inconnue en décimètres cubes. Utiliser les volumes concordants conformément à la méthode scolaire et indiquer les valeurs acceptées.
Rincer la burette avec sa solution et la pipette avec la solution qu'elle transfère. Rincer l'erlenmeyer à l'eau distillée. Ajouter le titrant lentement près du point d'équivalence, agiter, et lire le ménisque au niveau des yeux. Utiliser une plaque blanche et porter une protection oculaire appropriée.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Connu : 25.0 centimètres cubes d'acide réagissent 1:1 avec 20.0 centimètres cubes de 0.100 mol par décimètre cube de base. n = cV = 0.100×0.0200 = 0.00200 mol. La quantité d'acide est 0.00200 mol. c = n/V = 0.00200/0.0250 = 0.0800 mol par décimètre cube.
Exemple :
Les lectures de burette sont 1.40 et 23.65 centimètres cubes. Calculez le volume versé. Utilisez la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
L'ajout d'eau distillée dans l'erlenmeyer modifie le volume mais pas la quantité transférée d'analyte. Ne pas moyenner un volume titre grossier avec des valeurs concordantes mesurées précisément.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Un ballon doit être rincé avec l'analyte pour éviter sa dilution. Cette affirmation est fausse : L'ajout d'eau distillée au ballon modifie le volume mais pas la quantité transférée d'analyte. Ne faites pas la moyenne d'un volume versé grossier avec des valeurs concordantes mesurées soigneusement.
Clé :
Titrage et concentration justifiée : Calculez d'abord la quantité connue, appliquez le rapport stœchiométrique, puis divisez par le volume de la solution inconnue en décimètres cubes. Utilisez les volumes versés concordants comme requis par la méthode scolaire et rapportez les valeurs acceptées.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
16.2
Vitesse, catalyseurs et points d'arrêt fiables
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
Une réaction plus rapide se termine plus tôt, mais elle ne produit pas nécessairement davantage de produit. La vitesse et le rendement final répondent à des questions différentes.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
La vitesse de réaction décrit le réactif consommé ou le produit formé par unité de temps. Une température plus élevée augmente la fraction de collisions ayant assez d'énergie. Un catalyseur fournit un chemin alternatif avec une énergie d'activation plus basse.
énergie d'activation : Barrière énergétique d'un mécanisme réactionnel ; vitesse : Variation d'une grandeur mesurée par unité de temps.
Choisir des preuves capables de le tester
Un graphique produit-temps présente une pente plus raide lorsque la vitesse est plus grande. Une tangente estime la vitesse instantanée ; une sécante donne la vitesse moyenne sur un intervalle. Le plateau final reflète la quantité totale de produit recueillie dans les conditions spécifiées.
Pour la production gazeuse, vérifier l'étanchéité de l'appareillage, démarrer le chronomètre de manière cohérente et enregistrer le volume à intervalles réguliers. Maintenir concentration, quantité de réactif et surface de contact constantes lors de variations de température.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Connus : le volume gazeux augmente de 10 à 34 centimètres cubes entre 20 et 60 s. Vitesse moyenne = changement de volume / changement de temps. Vitesse = (34 - 10)/(60 - 20) = 0.60 centimètres cubes par seconde. Ce n'est pas nécessairement la vitesse instantanée à 40 s.
Exemple :
Une réaction produit 24 centimètres cubes de gaz en 40 s. Trouver la vitesse moyenne. Utiliser la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Un catalyseur ne modifie pas la constante d'équilibre à température fixe. La méthode de perte de masse ne détecte pas toutes les réactions, et une fuite de gaz fausse une expérience de collecte.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Une réaction plus rapide produit toujours une quantité finale de produit plus grande. Cette affirmation est fausse : Un catalyseur ne modifie pas la constante d'équilibre à température fixe. La méthode de perte de masse ne détecte pas toutes les réactions, et une fuite de gaz fausse une expérience de collecte.
Clé :
Vitesse, catalyseurs et points d'arrivée fiables : Un graphique produit-temps présente une pente plus raide lorsque la vitesse est plus grande. Une tangente estime la vitesse instantanée ; une sécante donne la vitesse moyenne sur un intervalle. Le plateau final reflète la quantité totale de produit recueillie dans les conditions spécifiées.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
17.2
Équilibre et conditions variables
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
Une réaction réversible peut se poursuivre dans un récipient fermé tout en maintenant des concentrations mesurées constantes. Une composition constante ne signifie pas que les particules ont cessé de réagir.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
L'équilibre dynamique survient dans un système fermé lorsque les vitesses directe et inverse sont égales. Les concentrations de réactifs et de produits sont constantes, mais elles ne sont pas nécessairement égales.
équilibre : État où les vitesses directe et inverse sont égales ; réaction réversible : Réaction pouvant se produire dans les deux sens.
Choisir des preuves capables de le tester
Un changement de concentration ou de pression perturbe l'équilibre. Le système répond vers un nouvel équilibre. Les changements de température peuvent également modifier la constante d'équilibre ; un catalyseur modifie la rapidité avec laquelle l'équilibre est atteint.
Écrire l'équation bilan et préciser si la réaction directe est exothermique avant de prédire l'effet de la température. Compter les coefficients stœchiométriques gazeux lors de considérations de pression ; la pression n'a aucun effet sur la composition si les quantités gazeuses sont égales des deux côtés.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Données connues : dans A ⇌ B, les concentrations à l'équilibre sont [A] = 0.20 et [B] = 0.60 dans la même unité de concentration. Pour cette expression donnée, K = [B]/[A]. K = 0.60/0.20 = 3.0. Des vitesses égales n'impliquent pas K = 1.
Exemple :
Pour A ⇌ B, calculez [B]/[A] lorsque [B]=0.8 et [A]=0.2. Suivez la même séquence : données connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Ne pas invoquer un catalyseur pour affirmer un rendement d'équilibre supérieur. Pour les équilibres hétérogènes, les solides purs sont exclus de l'expression habituelle de l'équilibre.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Un catalyseur modifie la constante d'équilibre à température fixe. Cette affirmation est fausse : Ne pas invoquer un catalyseur pour affirmer un rendement d'équilibre supérieur. Pour les équilibres hétérogènes, les solides purs sont exclus de l'expression habituelle de l'équilibre.
Clé :
Équilibre et conditions changeantes : Un changement de concentration ou de pression perturbe l'équilibre. Le système répond vers un nouvel équilibre. Les changements de température peuvent également modifier la constante d'équilibre ; un catalyseur modifie la rapidité avec laquelle l'équilibre est atteint.
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: chemical equations and reversible reactions from Structure and Reactivity 2, logarithms, and the mole. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
18.2
Proton transfer reactions 质子转移
English
What would explain this observation?
Two bottles both labelled "0.1 mol/dm³ acid" give very different pH readings: 1.0 and 2.9. Same concentration, different acidity — how?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
In the Brønsted–Lowry model, an acid is a proton donor 质子给体 and a base is a proton acceptor. Every such reaction links a conjugate acid–base pair 共轭酸碱对 differing by exactly one H⁺: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ pairs NH₃ with NH₄⁺ and H₂O with OH⁻.
A strong acid 强酸 dissociates almost completely in water; a weak acid 弱酸 only partially, so the same concentration gives a different [H⁺]. Water itself ionises slightly: Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ mol²/dm⁶ at 298 K, and pH = −log[H⁺].
proton donor: A species that gives an H⁺ to another species; conjugate acid–base pair: Two species differing by exactly one proton; strong acid: An acid that dissociates almost completely in water; weak acid: An acid that only partially dissociates in water.
Choose evidence that can test it
Compare equal-concentration solutions: a strong acid conducts better and shows a lower pH than a weak acid of the same concentration, because more of its molecules have dissociated. Measure pH with a calibrated meter, not by estimating from the label.
Adding the conjugate base of a weak acid shifts its equilibrium toward the undissociated form — evidence that the dissociation is a genuine equilibrium, not a one-way reaction.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: HCl is a strong acid at 0.05 mol/dm³, so [H⁺] = 0.05 mol/dm³. pH = −log[H⁺]. Substitution: pH = −log(0.05) = 1.30. For 0.01 mol/dm³ NaOH, a strong base, [OH⁻] = 0.01; using Kw, [H⁺] = Kw/[OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 0.01 = 1.0 × 10⁻¹², so pH = 12.0.
Example:
A strong-acid solution has [H⁺] = 2.5 × 10⁻⁴ mol/dm³. Find its pH using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: pH = −log(2.5 × 10⁻⁴) = 3.60. pH is dimensionless; state the input concentration with its unit.)
Check the conclusion and its limits
pH = −log[H⁺] in this form assumes dilute solutions where concentration approximates activity; at high concentration the approximation weakens. Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ holds at 298 K and changes with temperature.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
A strong acid is the same thing as a concentrated acid. This claim is false: strength is the degree of dissociation and concentration is the amount per volume; a concentrated weak acid and a dilute strong acid both exist.
Key:
Proton transfer reactions: acids donate protons and bases accept them; every transfer links a conjugate pair differing by one H⁺. Strength (degree of dissociation) is not concentration, and pH = −log[H⁺] with Kw = [H⁺][OH⁻].
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
Une solution aqueuse de sel peut produire différents produits aux électrodes qu'un sel fondu. L'eau introduit des espèces compétitrices dans le système.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
Oxydation est une perte d'électrons et réduction est un gain d'électrons. En électrolyse, les cations se déplacent vers la cathode et les anions vers l'anode. La réduction a lieu à la cathode.
oxydation : Perte d'électrons ; réduction : Gain d'électrons.
Choisir des preuves capables de le tester
Prédisez les produits en utilisant l'électrolyte et le matériau d'électrode spécifiés. Dans une solution aqueuse, de l'hydrogène ou de l'oxygène peuvent se former car les espèces liées à l'eau entrent en compétition. Les sels fondus ne contiennent que les ions du sel.
Utilisez une alimentation basse tension à courant continu, des électrodes approuvées et l'évaluation des risques de l'établissement. Collectez les gaz uniquement par une méthode approuvée. Gardez les démonstrations de chlore sous contrôle enseignant ; ne demandez pas aux élèves de générer indépendamment des gaz dangereux.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Données connues : un ion cuivre gagne deux électrons. Demi-équation : Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Une mole de Cu²⁺ nécessite deux moles d'électrons. Pour 0.050 mol de cuivre, la quantité d'électrons = 2 × 0.050 = 0.100 mol.
Exemple :
Combien de moles d'électrons réduisent 0.20 mol de Cu²⁺ en cuivre ? Utilisez la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Les signes des électrodes dépendent du type de cellule. Dans une cellule d'électrolyse, la cathode est négative ; la réduction reste le processus définissant à la cathode dans toute cellule.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
La réduction signifie une perte d'électrons. Cette affirmation est fausse : Les signes des électrodes dépendent du type de cellule. Dans une cellule d'électrolyse, la cathode est négative ; la réduction reste le processus définissant à la cathode dans toute cellule.
Clé :
Redox et électrolyse : Prédisez les produits en utilisant l'électrolyte et le matériau d'électrode spécifiés. Dans une solution aqueuse, de l'hydrogène ou de l'oxygène peuvent se former car les espèces liées à l'eau entrent en compétition. Les sels fondus ne contiennent que les ions du sel.
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: covalent bonding from Structure 2.2 and alkane structure from Structure 3.2. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
20.2
Electron sharing reactions 自由基取代
English
What would explain this observation?
Methane and chlorine are mixed in the dark and nothing happens; the same mixture in sunlight reacts at once, and the product is never pure chloromethane — it always carries further-substituted molecules. Why?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
A covalent bond can break by homolytic fission 均裂: the shared pair splits so each atom keeps one electron, forming two free radicals 自由基 — atoms or groups with an unpaired electron, written with a dot, such as Cl•. A single-barbed (fishhook) arrow shows ONE electron moving.
Radical substitution runs as a chain: initiation 引发 (UV light splits Cl₂ into two Cl•), propagation 链增长 (a radical makes a product and another radical: CH₄ + Cl• → •CH₃ + HCl, then •CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•), and termination 终止 (two radicals join, ending the chain).
homolytic fission: Bond breaking that gives each atom one electron of the shared pair; free radical: A species with an unpaired electron, highly reactive; initiation: The step that first produces radicals; propagation: A chain step consuming one radical and producing another; termination: A step removing radicals by joining two of them.
Choose evidence that can test it
The reaction needs UV light or heat to start but then continues on its own — evidence for a chain in which each step regenerates a radical. Trace amounts of ethane among the products show that two •CH₃ radicals joined in a termination step.
A mixture of CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃ and CCl₄ forms because the product still has C–H bonds open to further propagation; single-substitution purity is evidence against a controlled, non-chain route.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: the bond enthalpies are Cl–Cl 242 kJ/mol and C–H 413 kJ/mol. Bond breaking is endothermic, so the weaker bond breaks first. Comparing the two: 413 − 242 = 171 kJ/mol less energy breaks Cl–Cl, which is why UV initiates the chain by splitting chlorine rather than methane.
Example:
The H–Cl bond enthalpy is 431 kJ/mol and the C–Cl bond in CH₃Cl is 339 kJ/mol. For the propagation step CH₄ + Cl• → •CH₃ + HCl, estimate the energy change using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: break C–H (+413), form H–Cl (−431): ΔH ≈ 413 − 431 = −18 kJ/mol — slightly exothermic, so the step proceeds readily once radicals exist.)
Check the conclusion and its limits
Bond enthalpies are averages measured over many compounds, so an estimate from them is approximate, not exact. The chain model for this reaction explains the UV start and the product mixture; it does not describe polar reagents, where heterolytic (electron-PAIR) mechanisms apply instead — the next lesson's model.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
In a radical substitution, every chlorine atom ends up substituted onto a methane molecule. This claim is false: termination joins radicals with each other (Cl• + Cl• → Cl₂, or two •CH₃ → C₂H₆), and propagation continues substituting the products, so the outcome is always a mixture.
Key:
Electron sharing reactions: homolytic fission splits a shared pair one electron each way, giving radicals; fishhook arrows track single electrons. Radical substitution chains through initiation, propagation and termination, which explains the UV trigger and the mixture of products.
Supported SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: covalent bonding and polarity from Structure 2.2, alkenes and halogenoalkanes from Structure 3.2, and radical (electron-sharing) mechanisms from Reactivity 3.3. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
21.2
Electron-pair sharing reactions 亲核取代
English
What would explain this observation?
Bromoethane shaken with warm sodium hydroxide solution turns into ethanol, while the same alkane skeleton with no C–Br bond ignores the hydroxide completely. What does the C–Br bond make possible?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
A covalent bond can also break by heterolytic fission 异裂: BOTH electrons of the shared pair move to one atom, forming ions. A double-barbed curly arrow shows an electron PAIR moving.
A nucleophile 亲核试剂 is an electron-pair donor (OH⁻, CN⁻, NH₃) that attacks a δ+ carbon. An electrophile 亲电试剂 is an electron-pair acceptor (Br₂, H⁺) that accepts a pair from an electron-rich region such as a C=C double bond. In the substitution of bromoethane, OH⁻ donates its pair to the δ+ carbon while Br⁻ leaves with the bonding pair: CH₃CH₂Br + OH⁻ → CH₃CH₂OH + Br⁻.
heterolytic fission: Bond breaking where one atom takes both shared electrons; nucleophile: An electron-pair donor attracted to a positive or δ+ centre; electrophile: An electron-pair acceptor attracted to an electron-rich region.
Choose evidence that can test it
The reaction rate depends on the concentrations of BOTH bromoethane and hydroxide, supporting a mechanism in which both meet in the key step. Bromide ions appear in solution as the alcohol forms, matching the leaving-group prediction.
Bromine water loses its orange colour with an alkene but not with the corresponding alkane — evidence that the electron-rich C=C is what attracts the electrophile.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: Mr(CH₃CH₂OH) = 46; Mr(CH₃CH₂Br) = 109; Mr(OH⁻) = 17. Atom economy measures how much reactant mass ends in the desired product: atom economy = Mr(desired product) / ΣMr(all reactants) × 100%. Substitution: 46/(109 + 17) × 100% = 46/126 × 100% = 36.5%. Substitution reactions have low atom economy because the leaving group carries mass away.
Example:
Chloroethane has Mr = 64.5. Find the atom economy of CH₃CH₂Cl + OH⁻ → CH₃CH₂OH + Cl⁻ using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: 46/(64.5 + 17) × 100% = 46/81.5 × 100% = 56.4% — a lighter leaving group raises the atom economy, though it is still far below an addition reaction's 100%.)
Check the conclusion and its limits
The arrow-pushing model shows electron flow in the key step; real rates also depend on the solvent and temperature, which this scheme does not capture. Atom economy compares routes on paper; a full process evaluation needs yield, energy and safety data too.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
A nucleophile is a negative ion, so any negative ion is a nucleophile and any positive species is an electrophile. This claim is false: the definition is about electron-PAIR donation — neutral NH₃ is a nucleophile because it carries a lone pair, and Br⁻ is a leaving group, not an attacking nucleophile, in this substitution.
Key:
Electron-pair sharing reactions: heterolytic fission moves both shared electrons to one atom; double-barbed arrows track electron pairs. Nucleophiles donate pairs to δ+ centres and electrophiles accept pairs from electron-rich regions; substitution and addition mechanisms follow from that flow.
Focus SL soutenu. Première évaluation 2025 ; programme actuel acquis ; guide complet de Chimie non acquis. Les exigences restantes du guide, de l'évaluation et des pratiques conservent leurs retenues enregistrées.
Prérequis : lisez les quantités et unités indiquées, utilisez l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous. Chaque leçon développe sa propre méthode avant un transfert autonome.
Ce sont des exemples pédagogiques originaux ou explicitement fictifs, pas des mesures réelles ni des enquêtes évaluées achevées par des apprenants.
22.2
Incertitude, pentes et tests de modèles
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
Une ligne passant près de chaque point de données est utile, mais sa pente peut rester incertaine. Un graphique constitue une preuve pour un modèle dans la plage de mesure.
Commencez par une prédiction. Énoncez les quantités ou caractéristiques que vous compareriez, puis décidez quels éléments de preuve pourraient distinguer deux explications.
Construire le modèle
La variation aléatoire rend les lectures répétées différentes. Une erreur systématique décale les résultats de manière constante. L'incertitude absolue a l'unité de mesure ; l'incertitude relative ou en pourcentage compare l'incertitude à la valeur mesurée.
incertitude : Limitation quantifiée sur le résultat d'une mesure ; erreur systématique : Biais de mesure constant.
Choisir des preuves capables de le tester
Pour un produit ou un quotient, l'addition des incertitudes relatives est une approximation courante de l'incertitude maximale. Pour une différence, additionner les incertitudes absolues. Une ordonnée à l'origine non nulle peut révéler un décalage ou un modèle incomplet.
Afficher les unités sur les axes et choisir une échelle raisonnable. Tracer les barres d'incertitude là où elles sont justifiées, dessiner une droite d'ajustement plutôt que de relier tous les points, et estimer les pentes les plus raides et les plus douces plausibles lorsque la méthode du cours le demande.
Travailler à partir de quantités connues
Énoncez les valeurs connues et leurs unités. Choisissez la relation dont les hypothèses s'adaptent à ce cas, puis réarrangez-la avant de substituer les valeurs.
Connu : longueur = 50.0 mm avec incertitude 1.0 mm. Incertitude en pourcentage = incertitude absolue/valeur ×100 = 1.0/50.0×100 = 2.0%. Pour un quotient de deux quantités mesurées indépendamment avec des incertitudes maximales en pourcentage de 2% et 3%, l'estimation maximale additionnée est 5%.
Exemple :
Une lecture de 40 cm a une incertitude absolue de 1 cm. Trouver l'incertitude en pourcentage. Utiliser la même séquence : quantités connues → modèle → relation → substitution → unité et interprétation.
Vérifier la conclusion et ses limites
Répéter les lectures réduit l'incertitude aléatoire dans une moyenne mais ne supprime pas automatiquement une erreur zéro. Ne pas donner plus de décimales que votre mesure ne peut justifier.
Revenez à l'observation initiale. Expliquez ce que le résultat soutient, quelles conditions il suppose, et une manière de tester une explication concurrente.
Avertissement :
Répéter une mesure élimine toujours un décalage de calibration. Cette affirmation est fausse : répéter des lectures réduit l'incertitude aléatoire dans une moyenne, mais ne supprime pas automatiquement une erreur de zéro. Ne donnez pas plus de décimales que votre mesure ne peut justifier.
Clé :
Incertitudes, pentes et validation de modèles : pour un produit ou un quotient, l'addition des incertitudes relatives constitue une approximation courante de l'incertitude maximale. Pour une différence, additionnez les incertitudes absolues. Une ordonnée à l'origine non nulle peut révéler un décalage ou un modèle incomplet.
