Chimie et Chimie Physique 2 [ LFSAB1302 ]

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LFSAB1102, LFSAB1301

Le cours est articulé autour de quatre thèmes :

• La notion de gaz parfait qui est abordée d'un point de vue empirique et via la théorie cinétique des gaz ;
• Les premier (systèmes ouverts et fermés) et second principes de la thermodynamique qui permettent de formaliser dans un cadre rigoureux les notions intuitives de conservation d'énergie, d'ordre-désordre et d'énergie libre ;
• Les équilibres chimiques en phase gazeuse et aqueuse qui illustrent particulièrement bien aussi toute la puissance de la thermodynamique. Appliqués aux mécanismes réactionnels en milieu aqueux, les concepts thermodynamiques permettent de comprendre et d'étudier les phénomènes de solubilité, de précipitation chimique, les équilibres rédox et plus particulièrement les réactions électrochimiques de la vie de tous les jours ;
• La cinétique chimique appelée à décrire de manière rigoureuse les concepts de vitesse de réaction, d'ordre de réaction, d'énergie d'activation et à mettre en évidence l'origine moléculaire de ces concepts. 

Eu égard au référentiel AA du programme « Bachelier en Sciences de l'Ingénieur, orientation ingénieur civil », ce cours contribue au développement, à l'acquisition et à l'évaluation des acquis d'apprentissage suivants :

• Connaissances en sciences fondamentales et polytechniques : AA1.1, AA1.2
  1.1. Appliquer les concepts, lois, raisonnements à une problématique disciplinaire de complexité cadrée.
  1.2. Décrire des outils de modélisation et de calcul adéquats pour résoudre une problématique disciplinaire cadrée.
• Démarche d'ingénierie : AA2.2
  2.2. Se documenter sur l'état des connaissances actuelles dans le domaine de la problématique posée.
• Projet disciplinaire ou pluridisciplinaire : AA3.1
  3.1. S'engager collectivement sur un plan de travail, un échéancier (et des rôles à tenir).
• Communiquer efficacement oralement et par écrit : AA4.5
  4.5. Faire un exposé oral convaincant en utilisant les techniques modernes de communication.

Plus précisément, au terme du cours, l'étudiant sera capable de :

• D'appliquer dans des développements théoriques et des applications simples la loi et les propriétés des gaz parfaits en se basant notamment sur les développements de la théorie cinétique des gaz ;
• De définir et d'appliquer dans le cadre d'exercices simples relevant des systèmes ouverts et fermés le premier principe de la thermodynamique pour les systèmes de composition constante ;
• De définir mathématiquement et d'appliquer la notion d'entropie en lien avec les échanges de chaleur. En particulier, l'étudiant(e) sera capable d'exposer et utiliser les conséquences de l'existence de l'entropie pour les cycles ;
• D'appliquer les principes de la thermodynamique aux systèmes dont la composition est variable (réactions chimiques) en s'appuyant sur les notions de potentiel chimique, d'équilibre chimique et d'enthalpie standard de réaction ;
• De décrire et calculer l'état d'une réaction d'oxydo-réduction dans une cellule électrochimique de même que l'impact d'un changement de paramètres (concentrations, etc.) sur la force électromotrice ;
• D'expliquer la notion de vitesse et d'ordre d'une réaction chimique globale ou extraite d'un mécanisme réactionnel ;
• Relier cinétique et équilibre pour des réactions élémentaires.

Acquis disciplinaires :

Pour l'essentiel, les étudiants sont évalués individuellement et par écrit.  Les questions de l'examen écrit sont formulées de manière à vérifier les acquis d'apprentissage disciplinaires cités ci-dessus.  Cet examen écrit porte sur la réponse à des questions relatives à la compréhension de la théorie ainsi que relatives à la capacité de résoudre des exercices du même type que ceux proposés durant les activités du cours.

Le dispositif du cours consiste en 12 exposés magistraux, 9 séances d'exercices dirigés (APE), et deux laboratoires.  L'un de ces laboratoires fait l'objet d'un travail préparatoire de recherche en équipe.

• Gaz parfaits et théorie cinétique des gaz ;
• Compléments sur le premier principe de la thermodynamique ;
• Premier principe pour les systèmes ouverts ;
• Second principe de la thermodynamique ;
• Solution et précipitation ;
• Équilibre thermodynamique  ;
• Équilibre chimique ;
• Oxydoréduction ;
• Électrochimie ;
• Cinétique chimique.

Supports sur le site de cours :

• Un syllabus complet et détaillé ;
• La copie des transparents présentés lors des cours magistraux ;
• Des podcasts des explications de certaines parties du cours ;
• Les énoncés et solutions des exercices proposés aux séances ;
• Les énoncés et instructions pour les laboratoires ;
• Des listes de questions tests d'autoévaluation de la compréhension de certaines parties du cours ;
• Une liste de symboles ;
• Le formulaire distribué avec les questions d'examen ;
• Un tableau de données thermodynamiques ;
• Les réponses aux questions d'exercice des examens.