Bac - Spé Physique Chimie - 10 Formules à Connaitre Absolument

📚 Les 10 Formules et Lois Indispensables en Chimie pour le Bac (Spécialité Physique-Chimie) 🎯

(Avec année, chapitre et application concrète)

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1️⃣ Loi de conservation des éléments chimiques

📌 Année : Première
📌 Chapitre : Constitution et transformations de la matière
📌 Formule : Le nombre d’atomes de chaque élément est conservé lors d’une réaction chimique.
📌 Application : Équilibrage d’une équation chimique

• Exemple : Lors de la combustion du méthane : $$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$$ Les atomes de carbone, d’oxygène et d’hydrogène sont conservés.

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2️⃣ Loi des gaz parfaits (Boyle-Mariotte et Gay-Lussac)

📌 Année : Première
📌 Chapitre : Constitution et transformations de la matière
📌 Formule :

$$PV = nRT$$

📌 Application : Calcul du volume d’un gaz produit lors d’une réaction

• Exemple : Quelle est la quantité de dioxygène ($O_2$) occupée par 1 mol de gaz à 25°C et 1 atm ? $$V = \frac{nRT}{P} = \frac{(1)(0,0821)(298)}{1} \approx 24,5 \text{ L}$$ Une mole de gaz parfait occupe 24,5 L dans ces conditions.

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3️⃣ Loi de Beer-Lambert (Spectrophotométrie UV-visible)

📌 Année : Première
📌 Chapitre : Détermination de la composition d’un système par des méthodes physiques et chimiques
📌 Formule :

$$A = \varepsilon \cdot l \cdot C$$

📌 Application : Détermination de la concentration d’un colorant dans une boisson

• Exemple : Un jus de fruit contient un colorant jaune. En mesurant son absorbance, on peut retrouver sa concentration et s’assurer qu’elle respecte la législation.

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4️⃣ Loi de Kohlrausch (Conductimétrie des solutions ioniques)

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Détermination de la composition d’un système par des méthodes physiques et chimiques
📌 Formule :

$$\sigma = \sum (\lambda^o_i \cdot [C_i])$$

📌 Application : Mesure de la salinité d’une eau minérale

• Exemple : Plus une eau contient d’ions (Na$^+$, Cl$^-$, etc.), plus sa conductivité est élevée. En mesurant la conductivité, on peut en déduire la concentration en sels minéraux.

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5️⃣ Équation de la vitesse d'une réaction chimique

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Modélisation de l’évolution temporelle d’un système, siège d’une transformation
📌 Formule :

$$v = k \cdot [A]^m \cdot [B]^n$$

📌 Application : Dégradation du peroxyde d’hydrogène ($H_2O_2$)

• Exemple : Le peroxyde d’hydrogène utilisé dans les désinfectants se décompose avec le temps : $$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$$ La vitesse de cette réaction dépend de la concentration en $H_2O_2$ et de la présence d’un catalyseur comme la catalase.

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6️⃣ Loi d'Arrhenius (Dépendance de la vitesse avec la température)

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Modélisation de l’évolution temporelle d’un système, siège d’une transformation
📌 Formule :

$$k = A \cdot e^{-E_a / RT}$$

📌 Application : Cuisson des aliments

• Exemple : Une pâte à gâteau met plus de temps à cuire à 180°C qu’à 200°C, car l’augmentation de température accélère les réactions chimiques responsables de la cuisson.

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7️⃣ Loi des équilibres chimiques (Constante d’équilibre K)

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Prévision de l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique
📌 Formule :

$$K(T) = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$$

📌 Application : Synthèse industrielle de l’ammoniac ($NH_3$)

• Exemple : Dans le procédé Haber-Bosch, on fait réagir $N_2$ et $H_2$ pour produire de l’ammoniac, mais la réaction s’équilibre. On ajuste la pression et la température pour favoriser la formation de $NH_3$.

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8️⃣ Loi de Nernst (Potentiel d'une pile électrochimique)

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Prévision de l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique
📌 Formule :

$$E = E^0 - \frac{RT}{nF} \ln Q_r$$

📌 Application : Prévision de la tension d’une pile saline (Zn/Cu)

• Exemple : La pile zinc-cuivre fonctionne grâce à un transfert d’électrons. Avec la loi de Nernst, on peut prédire la diminution de sa tension au fur et à mesure qu’elle se décharge.

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9️⃣ Loi de Hess (Enthalpie de réaction)

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Énergie : conversions et transferts
📌 Formule :

$$\Delta H_{\text{réaction}} = \sum \Delta H_{\text{produits}} - \sum \Delta H_{\text{réactifs}}$$

📌 Application : Calcul de l’énergie dégagée par une combustion

• Exemple : Lors de la combustion du méthane ($CH_4$) : $$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$$ En utilisant les valeurs de $\Delta H$, on trouve que la combustion libère 802 kJ/mol.

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🔟 Loi de la décroissance radioactive

📌 Année : Terminale
📌 Chapitre : Modélisation de l’évolution temporelle d’un système, siège d’une transformation nucléaire
📌 Formule :

$$N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$$

📌 Application : Datation au carbone 14

• Exemple : Les archéologues utilisent cette loi pour estimer l’âge des fossiles en mesurant la quantité de carbone 14 restant dans un échantillon.

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📌 Conclusion

Ces 10 formules et lois, issues exclusivement des programmes officiels de première et terminale, sont indispensables pour comprendre et maîtriser la chimie au lycée. Appliquez-les dans vos exercices et annales ! 🚀

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