ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Etude des gaz (Marrakech)
Maroc  -  Première (2ème année)  -  Gaz

Activité 1: Problème de volumes égaux de gaz différents

 


Dans les quatre bouteilles de la figure 5, les gaz sont à la même pression et à la même température.
Discutez en dyade avant de donner une réponse commune aux questions suivantes
  1. Selon vous, ces bouteilles contiennent-elles le même nombre de molécules ?
  2. Si oui, expliquez pourquoi ?
  3. Si non, quelle est celle qui contient le plus grand nombre de molécules et pourquoi ?


But: Problème de volumes égaux de gaz différents

Les élèves ont déjà étudié la loi d’Avogadro en chimie. Ils connaissent déjà la relation où la quantité de matière des gaz est exprimée en fonction du volume et du volume molaire. Mais il s’agit dans ce cours de les pousser à se poser des questions sur une loi acceptée comme telle dans le cours précité ; et de leur donner les moyens de la redécouvrir en travaillant sur un problème qu’on ne pourrait résoudre qu’en utilisant le modèle microscopique des gaz et la notion de volume d’encombrement des molécules des gaz.

Corrigé: Problème de volumes égaux de gaz différents

Ayant un même volume, les quatre bouteilles contiennent le même nombre de molécules de gaz.

Préparation: Problème de volumes égaux de gaz différents

Chaque dyade fournit une réponse écrite sur une fiche.
Les réponses sont communiquées à la classe. Ensuite, le professeur passe à la vérification des hypothèses des élèves. Les dyades essayent de répondre à la question suivante :
Comment pourrait-on déterminer le nombre de molécules de chacun des gaz dans les quatre bouteilles ? Faites une proposition de mesure expérimentale ou de calcul.
Réponses (propositions) attendues :
- Le calcul est possible en partant du volume v d’une molécule de chaque gaz. On connaît le volume V des bouteilles, donc :

  V
N=-
v
BR> Le professeur communique à la classe les valeurs des volumes propres des différentes molécules. Pour O2 , v= ….. ; pour Cl2 = …. Etc.
- Une mesure de la masse m des gaz contenue dans les bouteilles permet d’avoir la réponse puisqu’on connaît la masse molaire M de chacun.
  m
N=- * NA (constante d’Avogadro)
M
Le professeur communique à la classe les valeurs des masses des volumes de gaz égaux de la situation étudiée.
Il propose, par suite, à la classe de procéder à des vérifications en remplissant les tableaux suivants :

O2 Cl2 CO2 CH4
V



v



N=V/v





O2 Cl2 CO2 CH4
m



M



NA



N = m.NA/M




Ensuite, le professeur intervient pour trancher en faveur de la deuxième proposition.
Dés que les élèves saisissent qu’il fallait analyser la situation au moyen du modèle microscopique des gaz, ils deviennent capables de donner un sens à la loi d’Avogadro.
Dans ce cas, le professeur demande aux élèves de calculer le volume d’encombrement d’une molécule de gaz.

Ve = Vb/N
où Vb : volume de la bouteille et N = m/mind
Pour montrer l’importance du vide dans les gaz, on va demander aux élèves de comparer le volume d’encombrement Ve au volume propre Vp de chaque molécule.
A l’issue du débat, le professeur énoncera la loi d’Avogadro : des volumes égaux de gaz différents, pris dans les mêmes conditions de température et de pression, contiennent le même nombre de molécules.

Comportement des élèves: Problème de volumes égaux de gaz différents

D’après les travaux de didactique, on s’attend à ce que les élèves produisent des réponses qui ressemblent aux suivantes.
  • les bouteilles ne contiennent pas le même nombre de molécules parce que leurs molécules ne contiennent pas le même nombre d’atomes
  • les bouteilles ne contiennent pas le même nombre de molécules parce que leurs molécules ont des volumes différents
  • puisque le volume molaire est une constante, les volumes des gaz étant égaux, ils contiennent une même quantité de matière donc un même nombre de molécules.

Sequence 1
Sequence 2

Activité n° 1: Problème de volumes égaux de gaz différents

Ce dialogue a lieu lors de l’activité1 (« problème de volumes égaux de gaz différents») de la partie3 (« la loi d'Avogadro») , lorsque les élèves traitent la situation C. Les élèves comparent les nombres de molécules de gaz contenus dans les bouteilles de même volume, pris aux mêmes pression et température

(Double-cliquez sur la vidéo pour la lancer)

F non, les bouteilles ne contiennent pas le même nombre de molécules
G elles ont le même volume
F même si on a le même volume, il faut voir le nombre de molécules d’un gaz. Comme ici par exemple, le gaz est composé. Il contient le carbone et l’oxygène par comparaison avec l’oxygène et le carbone…. le carbone est simple, il ne contient qu’un seul élément, ce qui signifie que….
G on a le même volume, on a un volume constant pour ce composé, ce simple et le composé….
F on a les variables suivantes : la pression, le volume, la masse molaire et la température et on considère cette dernière constante…
G si on considère la masse molaire…
F on a une température constante et la pression aussi
G la pression est constante et le volume aussi
F et le volume, on a le même volume. Donc, le nombre de molécules contenues dans les bouteilles est le même.

Activité n° 1: Problème de volumes égaux de gaz différents

Cette séquence a lieu lors de l’activité1 (« problèmes de volumes égaux de gaz différents») de la partie3 (« la loi d'Avogadro»). Les élèves comparent les nombres de molécules de quatre gaz contenus dans des bouteilles de même volume, pris aux mêmes pression et température.

(Double-cliquez sur la vidéo pour la lancer)

G Puisque le volume est constant [les 4 bouteilles ont le même volume] et celui-ci [le volume molaire) est une constante, donc ils [les quatre volumes de gaz] ont la même quantité de matière. Tu es d’accord qu’elles [les quatre bouteilles] ont le même volume ?
F Une même quantité de matière ne veut pas dire un même nombre de molécules.
G Elles contiennent la même quantité de matière … on écrit alors n(Cl2) est égale à n(CH4). …. Donc le même nombre de molécules.
F Impossible ? imagine que tu as un kilo de pommes, un kilo de banane, un kilo de prunes et un kilo d’olives, Est ce que le nombre des olives est égal à celui des bananes ? ça va être selon la masse. Les molécules ont bien une masse ?
G Oui.
F Donc c’est selon la masse ; celle [la bouteille] qui contient le plus grand nombre de molécules est celle dont les molécules sont les plus légères.
G Les plus petites.
F Non, pas petites mais légères.