ENSEIGNER
samedi 23 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: 2nde - Chimique ou naturel ?
  -  _ (Anciens programmes)  -  Chimie

Activité 5: Espèces chimiques en solution : mélange de deux solutions ioniques

 
II. Mélange de deux solutions ioniques

 Expérience n°1

1. Travail expérimental :

Mélanger dans un tube à essais propre une solution d'hydroxyde de sodium (ou soude) et une solution de sulfate de cuivre. Observer.

2. Travail de réflexion :

a. Schématiser cette expérience et indiquer vos observations. b. Quels ions ont été introduits dans ce mélange ? Les écrire dans le tableau ci-dessous.

 

 

Anions

Cations

Solution 1

 

 

 

 

Solution 2

 

 

 


b.A l'aide du modèle des ions qui s'associent en solution, dire en considérant la charge de chaque sorte d’ions, lesquels seraient susceptibles de s'associer.

c. A l'aide des résultats des expériences du 1 (P.P.P. soluble ou insoluble), indiquer le nom du précipité.

 Expérience n°2

1.  Travail expérimental :

Mélanger dans un tube à essais propre une solution de chlorure de sodium et une solution de sulfate de cuivre. Observer.

2. Travail de réflexion :

a. Quels ions ont été introduits dans ce mélange ? Les écrire dans le tableau ci-dessous.

 

 

Anions

Cations

Solution 1

 

 

 

 

Solution 2

 

 

 

 

b. Quels ions seraient susceptibles de s'associer en solution?
c. En s'aidant du modèle des ions qui s'associent en solution, prévoir si l'espèce chimique ionique chlorure de cuivre est soluble dans l'eau.
d. Comment pourrait-on vérifier cette prévision par une expérience ?


But: Espèces chimiques en solution : mélange de deux solutions ioniques

Expérience 1
Les objectifs de cette expérince et des questions sont :
* Renforcer l’idée qu’une EC ionique est constituée de plusieurs ions.
* Faire pratiquer une démarche scientifique par étape.
* Pour la question 2.c : Faire fonctionner le modèle dans son intégralité, ce qui est indispensable pour sa compréhension et sa mémorisation.
* Pour la question d : faire le lien entre un évènement perceptible et le modèle (construction du savoir).

Expérience 2
Cette expérience permet de renforcer la maîtrise du modèle en diversifiant les situations rencontrées par l’élève.
Ici, il ne se forme pas de précipité. C’est l’occasion de détacher l’élève d’un certain « contrat ». En effet, le professeur a souvent tendance à ne montrer que les expériences qui amènent à un résultat « visible » et proche de la nouveauté théorique (ici l’interprétation de la formation d’un précipité). En montrant une expérience dans laquelle l’événement attendu ne se produit pas, le professeur permet à l’élève de s’interroger et de mieux comprendre les notions mises en jeu.
But de la question 2.d : Faire revenir l’élève à l’expérience après utilisation du modèle. C’est lorsque l’élève est capable de relier, dans les deux sens, le modèle et l’expérience qu’il construit des connaissances.

Comportement des élèves: Espèces chimiques en solution : mélange de deux solutions ioniques

Expérience 1
2.a · les élèves ne raisonnent pas à ce stade en PPP, mais en espèce chimique soluble ou insoluble.
· Ils ne distinguent pas souvent les observations des interprétations : ils incluent souvent des interprétations dans la réponse « vos observations » :
Jérémy, EstelleLes deux espèce chimique ne se mélangent pas. Une partie des cations et des anions ne peuvent pas coexister en solution. Les autres cations et anions peuvent coexister seulement de le précipité
Zoher On observe qu’à partir d’une solution de sulfate de cuivre et d’Hydroxyde de sodium les deux espèces chimiques se mélangent pas donc ne deviennent pas solubles.[cet élève dessine deux phases avec le sulfate de cuivre bleu en dessous et l’hydroxyde de sodium au dessus]

 2.b Dans l’ensemble les élèves arrivent bien à faire la liste, mais quelques-uns n’ont pas compris la différence entre un ion et une espèce chimique ionique («ion hydroxyde de sodium et ion sulfate de cuivre »). L’attribution anion cation est presque toujours bien maîtrisée, ce qui est déjà pas mal en début de seconde !

2.c -Pour de multiples raisons, il y a évidemment des élèves qui confondent s’associer et coexister ; c’est inévitable, et seule la répétition et la diversification des situations leur permettra d’utiliser le bon vocabulaire.
Mathieu Les ions d’hydroxyde et de cuivre s’associent et les ions de sulfate et de sodium s’associent aussi car ces couples sont électriquement neutres.
-La règle est plutôt bien appliquée (85%) et il y a parfois une relation entre un événement expérimental (solubilité ou absence de précipité) et une interprétation théorique (association ou coexistence). Cette relation n’est pas judicieuse ici car la question demande d’utiliser le modèle (la charge des ions) et pas l’expérience. Néanmoins les élèves capables de relier l’expérience au modèle sont sur la voie du succès…
Baptiste Les ions suivants :
*ions hydroxyde et les ions sodium : coexistent car il n’y a pas de précipité.
*ions sulfate et les ions cuivre : coexiste car il n’y a pas de précipité.
Andy Les ions hydroxyde et les ions sodium coexistent car l’espèce chimique « hydroxyde de sodium » est soluble. Les ions sulfate et les ions cuivre coexistent car l’espèce chimique « sulfate de cuivre » est soluble.
Geoffrey Les ions suivant coexistent :
*Hydroxyde et les ions sodium
* Sulfate et les ions cuivre
puisque nous observons aucun précipité.

-La bonne réponse complète est rare, mais les élèves pensent souvent au moins à une association justifiée par les charges.
Thomas Les ions susceptibles de s’associer sont le sulfate car il est positif et le sodium car le sodium est négatif.
Mathieu Les ions qui sont susceptibles de s’associer sont -les ions de sulfate et de sodium car ils ont des charges electriques opposées -les ions d’hydroxyde et de cuivre car ils ont des charges electriques opposées.

-Le lien avec les questions précédentes n’est pas toujours fait car les élèves proposent des associations qu’ils ont reconnues impossibles précédemment ; ils n’utilisent que l’aspect « neutralité électrique » et ne font pas référence aux expériences effectuées :
Anthony Les ions susceptibles de s’associer sont :
-les ions hydroxyde et cuivre
-les ions sulfate et sodium
-les ions sulfate et hydroxyde
-les ions cuivre et sodium

-La justification de l’association d’ions ou du nom (voir réponses à la question suivante) est parfois de nature « perceptible » : la couleur de la solution.
Geoffrey Dans la solution sulfate de cuivre qui est bleue, le sulfate étant négatif et le cuivre positif, ils font une solution neutre qui coexistent. Dans la solution hydroxyde de sodium qui est transparente, le sodium étant positif et l’hydroxyde étant négatif, ils font une solution neutre qui coexistent. Lors du mélange réalisé, un précipité bleu s’est formé. Sa couleur justifie que c’est du cuivre, et vu qu’il faut une solution neutre, le cuivre s’est associé avec de l’hydroxyde. Et par conséquent le sulfate à coexisté avec le sodium.

* Les élèves doivent pratiquer une démarche scientifique. En effet, il ne connaissent rien sur la solubilité de l’hydroxyde de cuivre, mais ils savent d’après la première partie que le sulfate de sodium est soluble. C’est donc par déduction qu’ils vont pouvoir trouver la bonne réponse.
* la plupart des réponses sont fausses (10/17) mais logiques avec les réponses à la question précédente :
Julien  :  Comme nous l’avons vue dans l’expérience 1, il y a une espèce chimique ionique solide qui se forme: le sulfate de sodium

* Un raisonnement correct est quand même tenu dans quelques cas :
Cyril  : Ce sera de l’hydroxyde de cuivre car le sulfate et le sodium coexistent en solution.
Même si la justification est parfois peu convaincante ou expérimentale :
Baptiste : L’espèce chimique ionique solide formée est l’hydroxyde de cuivre car ce produit n’est pas soluble.
Olivier : Le nom de l’espèce chimique solide forme est l’hydroxyde de cuivre car la solution est bleu.

* A noter la réponse intéressante d’un redoublant qui se souvient sûrement du TP sur l’élément cuivre et qui réinvestit la formule de l’ion qui n’a pas encore été étudiée :
Idris : Le nom de l’espèce ionique formée est : l’ion cuivre (Cu2+)

Expérience 2
2.b.
Baptiste Les ions qui pourraient s’associer sont : -Chlorure et cuivre, car le chlorure est négatif et le cuivre est positif. -sulfate et sodium, car le sulfate est négatif et le sodium positif.
Baptiste P :  Les ions qui seraient susceptibles de s’associer sont : le chlorure (ion négatif) et le cuivre (ion positif) puis le sodium (ion positif) et le sulfate (ion négatif) car la matière est électriquement neutre.

2.c
-beaucoup de réponses au niveau perceptible :
Baptiste : Oui, l’espèce chimique ionique chlorure de cuivre est soluble dans car l’eau est coloré en bleu sans dépôt.
Baptiste P : Le chlorure de cuivre est soluble car dans le tube à essai les 2 produits se mélangent.
Mathieu : L’espèce chimique ionique chlorure de cuivre est soluble dans l’eau car il n’y a pas de précipité dans la solution.

-Seulement 2 réponses avec une (mauvaise) allusion au modèle :
Thibaut : On peut penser que l’espèce chimique chlorure de cuivre ne sera pas soluble dans l’eau car les deux solutions ne vont pas coexister mais s’associer en solution.
-autre réponse intéressante :
Rémi Comme vu dans le tableau l’espèce chimique « sulfate de sodium » est soluble alors que l’espèce chimique « sulfate de cuivre » est insoluble. comme les anions de ces deux espèces sont identiques ont peut en déduire que ce sont les cations qui décident si l’espèce chimique est soluble ou non. On voit que le cuivre fait que la solution est non soluble, donc le chlorure de cuivre devrait être non soluble dans l’eau.[cet élève avait trouvé dans la partie I que le sulfate de cuivre était insoluble]

2.d -la distinction entre « solution », « soluble »... n’est pas franche.
Rémi : On peut vérifier cette prévision en mélangeant du chlorure de cuivre avec de l’eau. Si on observe un précipité, la solution n’est pas soluble.
-certains élèves n’ont pas compris que l’EC chlorure de cuivre est solide :
Thomas : En ajoutant de l’eau dans une solution de chlorure de cuivre.
-autre réponse :
Olivier : On pourrait vérifier cette prévision en distillant la solution pour séparer les espèces chimiques de la solution.

Corrigé: Espèces chimiques en solution : mélange de deux solutions ioniques

Expérience 1
a. On observe que le mélange est bleu et qu’il devient hétérogène.
b.

Anions Cations
Solution 1hydroxyde sodium
Solution 2 sulfate cuivre
 
c. En utilisant les résultats de la question précédente, et comme des cations ne peuvent s’associer qu’avec des anions (la matière doit être électriquement neutre), il peut y avoir les associations : sulfate et sodium, ainsi que hydroxyde et cuivre.
d. hydroxyde de cuivre.

Expérience 2
a.  

Anions Cations
Solution 1 chlorure sodium
Solution 2 sulfate cuivre
b.Chlorure et cuivre, ainsi que sulfate et sodium.
c. L’énoncé 1 du modèle des ions qui s’associent en solution relie la solubilité d’une espèce chimique au fait que les ions coexistent en solution. Puisque le mélange obtenu est homogène, c’est que tous les ions coexistent en solution, soit les ions chlorure, cuivre, sulfate et sodium. Le chlorure de cuivre est soluble dans l’eau car les ions chlorure et cuivre ne s’associent pas en solution.
d. En mettant un peu de PPP chlorure de cuivre dans l’eau.

Savoir: Espèces chimiques en solution : mélange de deux solutions ioniques

L’énoncé 2 du modèle veille à distinguer le plus possible l’événement « précipité » du modèle « association d’ions » grâce au mot « interprète ».