Régent Bouchard - Lideclidec.qc.ca/pdf/81129_Science_et_Technologie_4.pdf · La notation de Lewis 82 ... Formules 207. I. EXAMENS. CONSIGNES Chaque examen est composé de 2 sections

auteursRégent BouchardClaudette Gagné

révision linguistiqueJulie Paquin

conception graphiqueLIDEC inc.

page couvertureLIDEC inc.

Tous droits de reproduction, d’édition, d’impression, de traduction, d’adaptation et de représentation, en totalité ou en partie réservés pour tous les pays. La reproduction d’un extrait quelconque de cet ouvrage, par quelque procédé que ce soit, tant électronique que mécanique, en particulier par photocopie ou par microfilm, est interdite sans l’autorisation écrite du détenteur des droits d’auteur.

© LIDEC inc., 2016

Dépôt légalBibliothèque nationale du Québec, 2016Bibliothèque nationale du Canada, 2016

ISBN 978-2-7608-8112-9Imprimé au Canada

Nous reconnaissons l’appui du Gouvernement du Canada.

LE «PHOTOCOPILLAGE» TUE LE LIVRE

AVANT-PROPOS

Ce cahier a été conçu spécialement pour préparer les élèves à l’épreuve écrite de l’examen de fin d’études secondaires du programme 055-410, SCIENCE ET TECHNOLOGIE.

Le cahier comprend 6 examens, les corrigés correspondants ainsi qu’un résumé du cours.

Les examens sont rédigés dans l’esprit et sur le modèle des épreuves ministérielles en vue d’une préparation optimale aux sections A et B de l'épreuve écrite.

Chaque examen est suivi de son corrigé. Chaque corrigé comprend la grille de correction de la section A, ainsi que le solutionnaire de la section B.

Les connaissances abordées dans le résumé du cours sont divisées selon les quatre univers du programme de formation. Elles sont présentées dans l’ordre proposé dans la colonne 4e secondaire du document Progression des apprentissages, science et technologie (parcours de formation générale) MÉLS 2010.

Ce résumé permettra de faire un retour sur les connaissances prescrites et facilitera la révision en vue de l’examen de fin d’études secondaires.

Les auteurs

TABLE DES MATIÈRES

I. EXAMENS 1

CONSIGNES 2EXAMEN 1 3Corrigé 13EXAMEN 2 15Corrigé 25EXAMEN 3 27Corrigé 37EXAMEN 4 39Corrigé 49EXAMEN 5 51Corrigé 61EXAMEN 6 63Corrigé 73

II. RÉSUMÉ DU COURS 75

1. L’UNIVERS MATÉRIEL 77

1.1. ProPriétés des solutions 77Concentration 77Électrolytes 78Échelle de pH 79Les indicateurs acidobasiques 81

1.2. transformations 821.2.1 transformations chimiques 82

Combustion 82Réaction de neutralisation acidobasique 82Loi de la conservation de la masse 82Balancement d’équations chimiques 82

1.2.2 transformations de l’énergie 82Loi de la conservation de l’énergie 82Rendement énergétique 82Distinction entre chaleur et température 82

1.3. organisation 82Modèle atomique Rutherford-Bohr 82La notation de Lewis 82Le tableau de classification périodique des éléments 82

1.4. électricité et électromagnétisme 821.4.1 l’électricité 82

Les charges électriques 82L’électricité statique 82L’électrocinétique 82La loi d’Ohm 82Les circuits électriques 82La puissance et l’énergie électrique 83

1.4.2 l’électromagnétisme 83Le magnétisme 83Le champ magnétique d’un courant électrique 83

2. L’UNIVERS VIVANT 85

2.1. diversité de la vie 85Écologie 85

Étude des populations 85Dynamique des communautés 85Dynamique des écosystèmes 85

2.2. maintien de la vie 85Photosynthèse et respiration 85

3. LA TERRE ET L’ESPACE 87

3.1. caractéristiques de la terre 873.1.1 la lithosPhère 87

Les minéraux 87Les minerais 87Les horizons du sol 87Le pergélisol 87Les cycles biogéochimiques 87

3.1.2 l’hydrosPhère 87Le bassin versant 87La salinité 87Les circulations océaniques 87Glacier et banquise 87

3.1.3 l’atmosPhère 87L’effet de serre 87La circulation atmosphérique 87

3.1.4 les régions climatiques 87Les biomes terrestres 87Les biomes aquatiques 87

3.2. Phénomènes géologiques et géoPhysiques 87Les ressources énergétiques 87L’exploitation des ressources : avantages et impacts 88

3.3. Phénomènes astronomiques 88Le système Terre-Lune 88Le flux d’énergie émis par le Soleil 88

4. L’UNIVERS TECHNOLOGIQUE 89

4.1. ingénierie mécanique 89Caractéristiques des liaisons 89La transmission du mouvement 89La transformation du mouvement 89

4.2. ingénierie électrique 89Fonction d’alimentation 89Fonction de conduction, d’isolation et de protection 89Fonction de commande 89

4.3. matériaux 89Propriétés mécaniques des matériaux 89

III. ANNEXES 205Tableau de classification périodique des éléments 207Formules 207

I. EXAMENS

CONSIGNES

Chaque examen est composé de 2 sections.

SECTION A – Questions à choix multipleCette section comprend les questions 1 à 15.Pour chaque question, encerclez la lettre correspondant à la réponse que vous choisissez.La bonne réponse apparait dans le corrigé de cette section à la fin de l’examen.

SECTION B – Questions à réponse construiteCette section comprend les questions 16 à 21.Pour chaque question, répondez dans l’espace prévu à cette fin en laissant toutes les traces de votre démarche, lorsque la solution le demande.Le solutionnaire apparait dans le corrigé de cette section à la fin de l’examen.

SECTION A Préparation à l’examen du ministère

8 © LIDEC inc.Science et technologie

EXAMEN 1

SECTION AQUESTIONS À CHOIX MULTIPLE

1. Le Québec possède d’importantes ressources minérales. Plusieurs minerais ont une valeur économique appréciable. Les mots minéral et minerai sont souvent confondus.

Lequel, parmi les énoncés suivants, est VRAI ?

A) Un minéral se trouve nécessairement dans une mine.

B) Un minéral est un minerai que l’on peut exploiter.

C) Un minéral est nécessairement un minerai.

D) Un minerai est une substance minérale existant en quantité suffisante pour en justifier l’exploitation.

2. Le territoire québécois comprend trois principaux biomes terrestres : la forêt tempérée, la taïga et la toundra. Chacun de ces biomes abrite plusieurs espèces animales.

Associez le biome à l’espèce animale qu’on pourrait y rencontrer.

1. La forêt tempérée a. Le bœuf musqué2. La taïga b. Le cerf de Virginie3. La toundra c. Le caribou

A) 1, a B) 2, b C) 3, a D) 3, b

3. Un bac électrolytique consiste essentiellement en un récipient contenant un solvant, le plus souvent de l’eau, et dans lequel sont immergées deux électrodes reliées à une source de courant continu.

Lorsqu’on dissout de l’hydroxyde de sodium dans l’eau d’un bac électrolytique :

A) l’ion sodium formé est attiré par l’anode.

B) l’ion sodium formé est repoussé par la cathode.

C) l’ion hydroxyde formé est attiré par l’anode.

D) l’ion hydroxyde formé est attiré par la cathode.

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9 SECTION APréparation à l’examen du ministère

4. Vous venez tout juste de réaliser la neutralisation d’un acide par une base.

Quel appareil vous permettra de vérifier la neutralité de la solution ?

A) Une balance

B) Un voltmètre

C) Un pH-mètre

D) Un ampèremètre

5. Dans la notation de Lewis, que représentent les points entourant le symbole d’un élément ?

A) Les neutrons présents dans le noyau de l’atome.

B) Le nombre de couches électroniques entourant le noyau de l’atome.

C) Les protons présents dans le noyau de l’atome.

D) Les électrons présents sur la couche périphérique de l’atome.

6. Le tableau périodique des éléments est un outil indispensable dans l’étude de la chimie.

Laquelle, parmi les propriétés suivantes, a un caractère périodique ?

A) Le rayon de l’atome

B) La masse de l’atome

C) Le numéro atomique

D) La masse du noyau

SECTION A Préparation à l’examen du ministère


7. Les quatre énoncés suivants se rapportent au principe de conservation lors d’une réaction chimique :

1. Le volume est conservé.2. La masse est conservée.3. Le nombre d’atomes est conservé.4. Le nombre de molécules est conservé.

Lesquels de ces énoncés sont véridiques ?

A) 1 et 3 seulement

B) 1 et 2 seulement

C) 2 et 3 seulement

D) 2 et 4 seulement

8. La rouille est le résultat de l’oxydation du fer. L’équation suivante représente cette réaction chimique, mais elle n’est pas équilibrée.

Fe + O2 → Fe2O3

Laquelle des équations suivantes représente correctement la formation de la rouille ?

A) 2 Fe + 3 O2 → 4 Fe2O3

B) 4 Fe + 2 O2 → 3 Fe2O3

C) 2 Fe + 4 O2 → 3 Fe2O3

D) 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

9. Quelle amélioration le physicien danois Niels Bohr a-t-il apportée au modèle atomique de Rutherford ?

A) Il a déterminé la masse d’un électron.

B) Il a introduit la notion de couches électroniques.

C) Il a découvert la présence de neutrons dans le noyau atomique.

D) Il a démontré la neutralité de l’atome.


11 SECTION APréparation à l’examen du ministère

10. Lorsque l’on frotte l’extrémité d’une tige en plastique avec un morceau de laine, des électrons libres sont transférés de la laine au plastique.

Après avoir effectué cette manipulation, vous approchez à tour de rôle la tige, puis le morceau de laine, d’une petite sphère suspendue à un fil et chargée négativement.

Lequel des énoncés suivants décrit correctement ce que vous pourrez observer ?

A) La tige attire la sphère et le morceau de laine la repousse.

B) La tige repousse la sphère et le morceau de laine l’attire.

C) La tige et le morceau de laine attirent la sphère.

D) La tige et le morceau de laine repoussent la sphère.

11. Le graphique suivant montre la variation de l’intensité du courant qui traverse un résistor soumis à une tension variable.

Quelle est la valeur de la résistance de ce résistor ?

A) 0,2 W B) 0,8 W C) 5 W D) 8 W


12 Section BPréparation à l’examen du ministère

SECTION BQUESTIONS À RÉPONSE CONSTRUITE

16. L’étiquette d’une bouteille d’eau minérale de 500 mL indique que celle-ci a une teneur en sels minéraux de 505 ppm.

Quelle quantité de sels minéraux cette bouteille contient-elle ?

17. La circulation thermohaline prend naissance dans l’Atlantique Nord à l’est du Groenland. Son ralentissement, une conséquence du réchauffement climatique, pourrait provoquer un refroidissement de l’Europe.

Expliquez ce phénomène.


13 Section BPréparation à l’examen du ministère

18. Sur la carte du temps suivante, seules les températures sont indiquées, ainsi qu’une ligne de front météorologique.

Cette ligne de front représente-t-elle un front froid ou un front chaud ?

Justifiez votre réponse.

19. Tel qu’illustré par le triangle du feu, il y a trois composantes à l’entretien d’un feu.

A) Quelles sont ces composantes ?

B) Lors d’une fin de soirée en camping, vous éteignez le feu de camp en le recouvrant de sable.

De quelle composante le privez-vous ?

MONTRÉAL

QUÉBEC

RIMOUSKI

8

12

98 10

1112

16

14

14

13

14

16

15


14 CorrigéPréparation à l’examen du ministère

EXAMEN 1CORRIGÉ

SECTION AQUESTIONS À CHOIX MULTIPLE

SECTION BQUESTIONS À RÉPONSE CONSTRUITE

1. D

2. C

3. C

4. C

5. D

6. A

7. C

8. D

9. B

10. B

11. C

12. B

13. B

14. A

15. C

16. Une concentration de 1 ppm équivaut à 1 mg/L.

505 ppm = 505 mg / L 500 mL = 0,500 L 505 mg / L × 0,500 L = 253 mg

17. La circulation thermohaline est amorcée par la plongée vers le fond océanique de l’eau de surface devenue plus froide, plus salée et donc plus dense.

Le réchauffement de cette eau aurait pour conséquence le ralentissement de la circu-lation thermohaline, ce qui ralentirait le Gulf Stream qui se dirige vers le nord-est dans l’Atlantique Nord et réchauffe l’Europe.

L’effet de réchauffement de l’Europe dû au Gulf Stream serait donc diminué, provoquant alors un refroidissement.

18. Cette ligne représente un front froid.

Dans nos latitudes, les fronts météorologiques se dirigent généralement vers l’est.

Les températures indiquées sur la carte sont plus basses derrière le front.

19. A) Les composantes de l’entretien d’un feu sont :

le combustible, le comburant, la température d’ignition.

B) Le feu de camp est privé d’oxygène, soit de comburant.

II. RÉSUMÉ DU COURS

Les connaissances sont présentées selon le contenu du document

Progression des apprentissages au secondaire

Science et technologie (parcours de formation générale)

Programme de formation de l’école québécoise, MÉLS 2010

Résumé du cours Préparation à l’examen du ministère


1. L’UNIVERS MATÉRIEL

1.1. PROPRIÉTÉS DES SOLUTIONS

Concentration

Une solution est un mélange homogène de deux ou plusieurs substances. Le solvant est habituellement le principal constituant d’une solution. Le soluté est la substance dissoute dans le solvant.

La concentration d’une solution est la proportion de la quantité de soluté par rapport à la quantité de solution. On l’exprime souvent en grammes par litre (g/L), en pourcentage (%) ou en parties par million (ppm).

Une concentration de 1 ppm équivaut à 1 mg/L.

Par exemple, un échantillon de 200 mL d’eau de mer contient 6,8 g de sel. La concentration en sel de cette eau est :

a) en g/L : 6,8 g ÷ 0,200 L = 34 g/L

b) en % : 6,8 g ÷ 200 mL × 100 % = 3,4 %

c) en ppm : 1 ppm = 1 mg/L

6,8 g = 6 800 mg 200 mL = 0,200 L 6 800 mg / 0,200 L = 34 000 ppm

Note : En réalité, la concentration en ppm, présentée ici pour illustrer le calcul, ne serait pas appropriée. On l’utilise surtout pour exprimer de très faibles concentrations.


17 Résumé du coursPréparation à l’examen du ministère

Électrolytes

L’eau a la propriété de dissoudre de nombreuses substances. Les solutions aqueuses qui en découlent peuvent être classées en trois catégories : les acides, les bases et les sels. Ces solutions ont une propriété commune : elles permettent le passage du courant électrique. Ce sont des électrolytes.

Cette propriété, la conductibilité électrique, provient de la dissociation électrolytique du soluté. Certaines molécules sont formées d’atomes unis par un lien ionique, c’est-à-dire un lien résultant d’un transfert d’un ou de plusieurs électrons d’un atome à un autre.

Par exemple, le sel de table, le chlorure de sodium (NaCl), se forme grâce au transfert d’un électron de l’atome de sodium vers l’atome de chlore. L’atome de sodium, ayant perdu un électron, acquiert une charge nette positive (Na+) et devient un ion positif. L’atome de chlore, ayant gagné un électron, devient un ion négatif (Cl-).

C’est la force électrostatique (+, -) qui unit les deux atomes dans la molécule. À l’état solide, le chlorure de sodium ne conduit pas le courant électrique car les ions sont pri-sonniers d’un réseau cristallin. La dissolution de ce composé ionique dans l’eau permet aux ions de se séparer et d’acquérir la mobilité nécessaire au passage du courant. Dans un bac électrolytique, l’ion sodium (Na+) est attiré par l’électrode négative, la cathode, alors c’est pourquoi il porte le nom de cation. Inversement, l’ion chlore (Cl-), attiré par l’électrode positive, l’anode, est un anion.

En résumé, les facteurs qui permettent d’expliquer la propriété électrolytique d’une solution sont :

1. Les atomes du soluté sont unis par un lien ionique. 2. Il y a présence d’ions mobiles dans la solution.

Par exemple, une solution de sel remplit ces conditions, alors que ce n’est pas le cas pour une solution de sucre (C12H22O11).

Une solution de sucre est un non-électrolyte.

Les électrolytes ne conduisent pas tous aussi bien le courant électrique. Tout dépend du degré d’ionisation de la molécule.

Un électrolyte fort est une substance qui s’ionise presque complètement dans l’eau et forme une solution qui conduit bien le courant électrique.

L’acide chlorhydrique (HCl), l’hydroxyde de sodium (NaOH) et le chlorure de sodium (NaCl) constituent des électrolytes forts.

Un électrolyte faible est une substance qui ne s’ionise que partiellement dans l’eau et forme une solution qui conduit faiblement le courant électrique.

Le vinaigre, l’acide acétique (CH3COOH) et l’ammoniaque (NH4OH) constituent des électrolytes faibles.



Échelle de pH

Outre leur propriété commune de conduire le courant électrique lorsqu’ils sont en solution, les acides, les bases et les sels se distinguent par des propriétés spécifiques.

Les acides ont un goût aigre. Les bases ont un goût amer. Les sels ont un goût salé.

Une autre propriété des acides et des bases est la libération d’ions en se dissolvant dans l’eau.

Les bases libèrent des ions OH- et les acides libèrent des ions H+. En fait, un acide en solution dans l’eau libère surtout des ions hydronium (H3O

+). Pour des raisons de simplicité, on représente parfois ces ions par H+ plutôt que par H3O

+.

C’est justement la concentration d’ions H+ qui a donné naissance à l’indice pH, le potentiel Hydrogène. Le pH d’une solution est une mesure de son acidité ou de son alcalinité (basicité).

Le pH correspond à l’exposant de la concentration en ions H+ de la solution, sans le signe « moins ». C’est une façon de simplifier la présentation de cette concentration. Le symbole [ ] indique une concentration.

Par exemple :

Solution acide A : [H+] = 0,0001 mol/L = 10-4 mol/L → pH = 4

Solution acide B : [H+] = 0,000001 mol/L = 10-6 mol/L → pH = 6

Une mole d’une substance (symbole : mol ) peut être considérée comme la quantité de cette substance dont la masse en grammes équivaut numériquement à sa masse atomique ou moléculaire.

Une solution de pH = 4 est cent fois plus acide qu’une solution de pH = 6. Plus le pH est petit, plus la solution est acide.

L’eau pure contient une très faible concentration en ions H+ et OH- : [H+] = [OH-] = 10-7 mol/L. Le pH de l’eau pure est 7. C’est le pH neutre.

Dans le cas d’une base, la concentration en ions OH- est supérieure à celle en ions H+. [OH-] > [H+]. Plus une solution est alcaline, plus sa concentration en ions OH- augmente et plus sa concentration en ions H+ diminue, ce qui entraine l’augmentation de son pH. Une solution de pH = 12 est 1 000 fois plus alcaline qu’une solution de pH = 9.


19 Résumé du coursPréparation à l’examen du ministère

L’échelle de pH est graduée de 0 à 14. Un pH de 0 correspond au degré d’acidité le plus élevé alors qu’un pH de 14 désigne le degré d’alcalinité le plus élevé. L’illustration suivante représente l’échelle de pH.

Le tableau ci-dessous identifie le pH de quelques substances familières.

le Ph de substances familières

Substance pH approximatif

Acide de batterie 0

Suc gastrique 1

Jus de citron 2,1

Vin 3,8

Tomate 4

Café noir 5

Lait 6,5

Sang 7,4

Eau de mer 7,9

Borax 9

Ammoniaque 10,8

Décolorant 12,4



Les indicateurs acidobasiques

Il est possible de mesurer le pH d’une solution à l’aide d’un pH-mètre.

On peut aussi mettre à profit la propriété de quelques substances, généralement d’origine organique, de changer de couleur selon qu’elles se trouvent en milieu acide ou en milieu basique. Ce sont les indicateurs acidobasiques ou indicateurs colorés.

Par exemple, le tableau suivant présente les couleurs prises par les indicateurs méthyl-orange et bleu de bromothymol dans des solutions de pH variant de 0 à 14.

Les intervalles de 3 à 4,4 du méthylorange et de 6 à 7,6 du bleu de bromothymol sont les points de virage de ces indicateurs.

L’indicateur universel est un mélange de plusieurs indicateurs et permet d’obtenir le pH approximatif d’une solution.

Le tableau ci-après illustre les couleurs prises par l’indicateur universel dans des solu-tions de pH 1 à 13.

pH Couleur

1 Rouge

2 Rouge

3 Rose

4 Rose-orangé

5 Jaune-orangé

6 Jaune-vert

7 Vert

8 Vert

9 Vert-bleu

10 Bleu

11 Bleu-Violet

12 Violet

13 Violet

Documents

Régent Bouchard - Lideclidec.qc.ca/pdf/81129_Science_et_Technologie_4.pdf · La notation de Lewis 82 ... Formules 207. I. EXAMENS. CONSIGNES Chaque examen est composé de 2 sections