Exigences du Montana pour réussir le cours de chimie au lycée. | Chimie générale 1

La chimie est-elle requise au lycée au Montana?

Sur les 20 crédits requis pour obtenir un diplôme de fin d'études secondaires définis par le Montana Office of Public Instruction, les étudiants doivent obtenir 2 crédits en sciences. Cependant, les écoles et les districts ont le dernier mot sur les sujets abordés dans les cours de sciences. Le Montana a adopté une version modifiée du modèle NGSS. 

Le Montana Office of Public Instruction a collaboré avec Washington, l'Idaho et l'Oregon dans le cadre de la subvention Northwest Earth and Space Science Pipeline (NESSP) parrainée par la NASA. Le cours 1 est le cours intégré de physique et de chimie du lycée où les étudiants se voient proposer un scénario à enquêter qui intègre plusieurs concepts scientifiques en un seul cours. Par exemple, les sujets de chimie de la 9e année comprennent des concepts tels que :

 

Corps qui disparaissent

Comment une source chaude de Yellowstone peut-elle dissoudre une personne qui tombe dans les lacs bouillants d'acide ?

Qu'y a-t-il dans l'eau ?

  • Yellowstone est un supervolcan
  • Les événements en surface dépendent de l'activité en sous-surface
  • Le soufre présent dans les roches peut réagir avec l'eau chaude pour produire de l'acide sulfurique
  • Le sulfolobus dans les sources chaudes digère le soufre pour produire de l'acide sulfurique
  • L'eau de surface percole sous la surface où elle est chauffée par le panache mantellique, puis remonte sous forme de fluides surchauffés
  • L'acide sulfurique dans les sources chaudes est principalement produit par des bactéries sulfolobus (extrêmophiles)

Qu'y a-t-il dans le Corps et dans les Tongs ?

  • Les substances sont constituées de molécules qui sont elles-mêmes constituées d'atomes liés ensemble
  • Comparez et contrastez la structure moléculaire de base des graisses, des protéines, de l'hydroxyapatite de calcium et du polyuréthane
  • Les molécules sont composées d'atomes qui sont liés ensemble
  • Les atomes similaires sont liés de différentes manières pour former différentes molécules

Les atomes et le tableau périodique

  • Les atomes sont constitués de protons, neutrons et électrons.
  • Le tableau périodique est la pierre angulaire de la chimie. La position des éléments dans le tableau périodique est liée à la façon dont les atomes agissent, interagissent et se lient.
  • La manière dont les protons attirent les électrons et dont les électrons interagissent avec d'autres atomes est la base de la compréhension de la manière dont les éléments et les molécules interagissent

Les électrons de valence et la liaison chimique

  • Les atomes cherchent à compléter une coquille externe pleine d'électrons, appelée octet. Ils peuvent y parvenir en perdant ou en gagnant des électrons dans leur couche externe (orbitale de valence). Le nombre d'électrons qu'ils veulent perdre ou gagner dépend du nombre d'électrons dans leur orbitale de valence
  • Les atomes se lient en partageant des électrons ou en s'échangeant des électrons les uns avec les autres. Le nombre d'électrons partagés ou échangés peut être prédit en fonction du nombre d'électrons de valence
  • Les liaisons atomiques peuvent être non polaires, polaires covalentes ou ioniques. La différence d'électronégativité entre chaque atome dans une liaison détermine le type de liaison. L'électronégativité d'un atome est une mesure de sa capacité à attirer les électrons
  • Les électrons de liaison déterminent la manière dont les éléments interagissent les uns avec les autres
  • Le nombre d'électrons de liaison et le nombre d'éléments liés dans une molécule peuvent être prédits à partir du nombre d'électrons de valence de chaque atome dans la molécule
  • Les différences dans les liaisons dans les matériaux des tongs et dans un corps humain ont une incidence sur la façon dont ces matériaux interagissent avec l'eau acide

Changements physiques et chimiques

  • Les changements physiques préservent le type de substance tandis que les changements chimiques changent le type de substance.
  • La dissolution d'une substance dépend des composés impliqués.
  • La fusion n'est que l'absorption d'énergie.
  • Comprendre comment et pourquoi différentes substances se dissolvent, fondent ou réagissent chimiquement est important pour comprendre pourquoi la plupart du corps humain peut interagir dans les sources chaudes acides tandis que les tongs ne le peuvent pas.

Laboratoire de solubilité et d'attraction intermoléculaire

  • Similaire dissout similaire. Cela explique pourquoi les composés ioniques et les composés covalents polaires sont solubles dans des solvants polaires comme l'eau. Les composés non polaires sont solubles dans des solvants non polaires comme l'huile. Différents composants sont solubles dans différents solvants. Les graisses ne peuvent pas être dissoutes dans l'eau, mais les sels et le phosphate de calcium le peuvent.

Fusion vs. Dissolution vs. Réaction

  • L'acide sulfurique interagit avec le sel, l'œuf, la farine d'os, mais pas avec la graisse ou les tongs.
  • L'électro-négativité des principales liaisons des molécules peut aider à prédire comment la matière interagit (dissolution vs réaction).
  • Les réactions de l'acide sulfurique expliquent la décomposition rapide du corps de Colin Scott.
  • La chaleur de la source chaude a accéléré le processus de réaction et de dissolution.
  • Les prédictions des étudiants appliquent leur compréhension conceptuelle des réactions à une expérience réelle. La révision de leurs explications basée sur des preuves leur permet de réviser leur explication ou de vérifier leur compréhension.

Que s'est-il passé avec le corps et les tongs ? Tâche de performance Redux

  • Type de liaison des liaisons centrales pour les principales substances du corps et des tongs.
  • Compréhension conceptuelle au niveau atomique des interactions spécifiques de la matière pour le phénomène.
  • Application des observations et de l'apprentissage directement au phénomène.

Laboratoire et analyse de la conservation de la masse

  • Collecter des données quantitatives pour montrer mathématiquement que la matière (les atomes) est conservée lors d'une réaction chimique.
  • Le corps n'a pas "disparu", il s'est plutôt dissous, fondu ou réagi chimiquement et tous les atomes sont toujours présents dans la piscine ou font partie du gaz dans l'air autour de la piscine.

Sequoias Géants

Quels sont les processus chimiques qui se produisent lorsque un sequoia géant grandit?

Photosynthèse
Éléments/molécules communs; transfert d'énergie

  • Les étudiants apprennent les entrées et les sorties de la photosynthèse
  • Commence à réfléchir à la façon dont l'énergie est transférée/utilisée
  • Les arbres nécessitent du CO 2, H 2 O et la lumière du soleil pour effectuer la photosynthèse. Les sorties de la photosynthèse sont le glucose (C 6 H 12 O 6 ) et O 2.
    • DCI LS1.C- Organisation de la matière et flux d'énergie chez les organismes
    • PE HS-LS1-5- Utiliser un modèle pour illustrer comment la photosynthèse transforme l'énergie lumineuse en énergie chimique stockée
    • DCI PS3.B Conservation de l'énergie et transfert d'énergie : L'énergie ne peut pas être créée ou détruire, mais elle peut être transportée d'un endroit à un autre et transférée entre les systèmes
  • Les étudiants apprennent sur le glucose et comment un arbre utilise le glucose
  • Les étudiants commencent à considérer le concept de conservation de l'énergie et examinent le principal produit de la photosynthèse et comment un arbre l'utilise

Loi de la conservation de la matière

  • Dans le cadre de cette analyse d'enquête en laboratoire, on demande aux étudiants d'utiliser des modèles moléculaires pour modéliser la conservation de la masse/matière
  • Dans le cadre de cette analyse d'enquête en laboratoire, on demande aux étudiants de concevoir une investigation qui démontrerait la conservation de la masse dans le contexte de la réaction de la photosynthèse.
  • Notes/cours sur la relation entre les moles et la masse
  • Option pour la stœchiométrie

POGIL-Prédiction des produits et des réactifs

  • Les étudiants utilisent des affirmations, des preuves et des raisonnements pour justifier que la matière, et donc la masse, est conservée lors d'une réaction chimique.
  • Les étudiants comprennent que la matière (et la masse) sont conservées lors d'une réaction chimique telle que la photosynthèse.
  • Explore plus en détail comment un arbre ajoute de la masse en grandissant (c'est-à-dire les processus moléculaires auxquels les arbres et les plantes sont soumis pendant la photosynthèse)
    • DCI PS1.B- Réactions chimiques : Le fait que les atomes soient conservés, associé à la connaissance des propriétés chimiques des éléments impliqués, peut être utilisé pour décrire et prédire les réactions chimiques.
    • PE HS-PS1-7 - Utiliser des représentations mathématiques pour soutenir l'affirmation selon laquelle les atomes, et donc la masse, sont conservés lors d'une réaction chimique.
  • Les étudiants étudient le concept de conservation de l'énergie via le transfert d'énergie
  • Où va l'énergie lumineuse de la photosynthèse ? L'énergie ne peut pas être créée ou détruite, mais elle peut être transportée d'un endroit à un autre et transférée entre les systèmes
  • Les étudiants commencent à étudier ce qui arrive à l'énergie lumineuse dans le processus de photosynthèse
  • Les étudiants commencent à comprendre que l'énergie lumineuse du soleil est transformée en énergie chimique stockée dans le glucose.
    • DCI PS3.B - Conservation de l'énergie et transfert d'énergie : Les systèmes non contrôlés évoluent toujours vers des états plus stables, c'est-à-dire vers une distribution plus uniforme de l'énergie (par exemple, l'eau coule vers le bas, les objets plus chauds que leur environnement se refroidissent). 
  • Les étudiants étudient l'énergie de liaison dans le glucose et développent un modèle pour illustrer que l'énergie rayonnante du soleil est convertie en énergie chimique à l'intérieur de la masse d'un arbre
  • L'énergie lumineuse qu'un arbre absorbe lors de la photosynthèse est convertie en énergie chimique dans les liaisons du glucose
  • La masse d'un arbre est principalement constituée de glucose
    • DCI PS1.B- Réactions chimiques : Le fait que les atomes soient conservés, associé à la connaissance des propriétés chimiques des éléments impliqués, peut être utilisé pour décrire et prédire les réactions chimiques.
    • PE HS-PS1-7 - Utiliser des représentations mathématiques pour soutenir l'affirmation selon laquelle les atomes, et donc la masse, sont conservés lors d'une réaction chimique.
    • DCI PS3.D : Énergie dans les processus chimiques. Bien que l'énergie ne puisse pas être détruite, elle peut être convertie en formes moins utiles, par exemple en énergie thermique dans l'environnement environnant.
    • DCI PS1.A - Structure et propriétés de la matière
    • PE HS-PS1-4 - Développer un modèle pour illustrer que la libération ou l'absorption d'énergie d'un système de réaction chimique dépend des changements de l'énergie totale de liaison.
  • Les étudiants étudient ce qui se passe avec le taux de photosynthèse lorsqu'il y a plus d'eau, de dioxyde de carbone ou de lumière ?
    • Modifier la température ou la concentration des particules réagissantes modifiera le taux auquel une réaction se produit.
    • Quels facteurs ont le plus d'influence sur le taux de photosynthèse ?
    • Comment la manipulation de la quantité de CO2, H2O ou d'énergie lumineuse affectera-t-elle le taux de production de glucose lors de la photosynthèse ?
  • Appliquer les principes scientifiques et les données probantes pour expliquer les effets de la modification de la température ou de la concentration des particules réagissantes sur le taux auquel une réaction se produit.

 

Construction d'un Biolite

Étudier les principes de la combustion

Qu'est-ce que le feu?

  • Diagramme d'une réaction de combustion au niveau moléculaire
  • Compréhension du feu - pouvoir observer le mouvement des molécules dans la transformation de l'énergie chimique en énergie thermique
  • Billet de sortie : équations de combustion, la transformation de l'énergie

Chaleur vs Température vs Énergie thermique

  • Puzzle Chaleur/Température/Énergie thermique
  • Activité avec bloc de glace
  • Différenciation entre chaleur, température et énergie thermique
  • Différences de chaleur et taux de transfert de chaleur avec différents matériaux.
  • Puzzle chaleur vs température vs chaleur spécifique
  • Discussion en classe sur la température et le transfert de chaleur

Combustion

  • Laboratoire de calorimétrie/combustion mesurant quantitativement l'efficacité de différents combustibles
  • Démonstration avec bouteille "Woosh Bottle"
  • Calculs quantitatifs des transformations d'énergie
  • Conservation de l'énergie et flux d'énergie dans les systèmes et entre les systèmes (énergie chimique stockée en énergie thermique, lumineuse, etc.)
  • Élaboration d'un diagramme d'efficacité énergétique et de la "perte" d'énergie
  • Source d'énergie et transformation de l'énergie dans le poêle
  • Équilibre entre oxygène, combustible et chaleur - efficacité et signification de "sans fumée"
  • Démonstration que l'énergie est simplement transférée ou transformée et conservée dans les systèmes
  • L'efficacité énergétique est liée à l'énergie utilisable provenant des liaisons dans les substances (énergie chimique)
  • Rapport de laboratoire sur la calorimétrie et l'efficacité de combustion avec une analyse quantitative et qualitative des données de transfert et de transformation d'énergie
  • Analyse et explication de l'activité à l'aide d'une modélisation et d'un raisonnement fondé sur les preuves (définition du système par rapport à l'environnement/aux environs)

Effet thermoélectrique

  • Démonstration thermoélectrique avec compréhension
  • Oiseau buveur
  • Changement de température dû au matériau
  • Comprendre l'effet thermoélectrique
  • Montre comment différentes températures créent un flux d'électrons/énergie
  • Modélisation de l'effet thermoélectrique

Activité de batterie

  • Conception, construction, révision d'un système de charge d'énergie
  • Comprendre le flux d'énergie à travers un système, en particulier la première loi de la thermodynamique
  • Spécifier un changement des conditions qui produira des quantités accrues de produits à l'équilibre
  • Établir une corrélation entre l'énergie chimique de la batterie et celle du bois brûlé dans le poêle
  • Montre le seuil nécessaire de potentiel électrique pour charger une batterie 
  • Diagramme de Venn comparant et contrastant la batterie expérimentale avec celle du réchaud BioLite 

 

Montana accorde-t-il des crédits pour la réussite de l'examen AP de chimie ?

Montana n'exige pas des établissements d'enseignement supérieur qu'ils attribuent des crédits pour les cours AP, cependant, beaucoup ont leurs propres politiques en vigueur pour accorder des crédits pour les scores AP supérieurs à 3.