ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Transformation chimique et avancement
  -  _ (Anciens programmes)  -  Chimie

Activité 2: Questions au sujet de la transformation

 
1. Noter les observations.
2. Expliquer pourquoi on peut dire qu’il y a eu une transformation.
3. Lire la définition du système chimique dans le modèle. Quel système chimique doit-on considérer pour décrire cette expérience ?
4. Lire la définition d’une transformation chimique dans le modèle. Par quel(s) test(s) peut-on prouver que la transformation observée est une transformation chimique ? Pour chaque test, proposer un protocole expérimental et appeler le professeur avant de le(s) réaliser.
5. A l’aide des énoncés du modèle, décrire l’état initial du système proposé. Préciser lorsque c’est possible le nom, la formule et la quantité de matière des espèces chimiques présentes.
6. Décrire l’état final du système à partir des tests réalisés précédemment. Expliquer pourquoi la transformation étudiée est une transformation chimique.

Comportement des élèves: Questions au sujet de la transformation

2.  Les élèves n’ont pas à dire qu’ils observent une réaction chimique, car à ce niveau, on ne leur demande qu’une observation, pas une interprétation. Dès que l’on parle de réaction chimique, on commence à interpréter. Ce sera précisément le but de la séance en classe entière suivante.

Quelques réponses d’élèves :

Elèves

Réponses

Pierre et Clément

En observe, une effervescence du vinaigre au contact de NaHCO3 et un dégagement gazeux qui remplit le ballon. On peut en déduire que NaHCO3 réagit avec le vinaigre avec une effervescence et un dégagement gazeux qui remplit le ballon.

Guillaume et Luc

On observe que le ballon gonfle et que le mélange des deux espèces chimiques provoque une effervescence. Donc on peut en déduire qu’il y a une formation d’un gaz provoquant le gonflement du ballon.

Anne-Charlotte

On observe tout d’abord un dégagement gazeux important occupant toute la fiole et qui se poursuit à l’embouchure du ballon. Puis le dégagement « retombe » mais continue à l’interface vinaigre/air.

Je peux en déduire que il s’est produit une transformation chimique car, apparement, l’hydrogénocarbonate de sodium et le vinaigre ont réagi ensemble en produisant un dégagement gazeux.

Pierre et Jérôme

On observe une déformation du ballon, en effet celui-ci est passé de l’état dégonflé, à l’état gonflé. Il y a donc eu une réaction chimique. Le système chimique qui était à l’état liquide (l’hydrogénocarbonate de sodium s’est dissout dans le vinaigre) est partiellement passé à l’état gazeux (puisque le ballon s’est gonflé).

Lors d’une réaction, il y a conservation de la matière. On en déduira que au moins une nouvelle espèce chimique est apparue. [Ce binôme voulait absolument caser le « rien ne perd… » de Lavoisier + conception classique chez certains élèves : une transformation chimique a lieu s’il y a un changement d’état]

3. Certains élèves n’ont pas encore fait la différence entre une EC et un échantillon : ils parlent de l’E.C. vinaigre et non des EC qui le constituent.

Quelques réponses d’élèves :

Elèves

Réponses

Dimitri et Christopher

Les espèces présentes lors de la transformation chimique sont l’hydrogénocarbonate de sodium et le vinaigre à 8°C.

Guillaume et Luc

Cette expérience est composée des espèces chimiques suivantes :

- le vinaigre à 6% (70 mL) plus ce qu’il contient.

- 5g d’hydrogénocarbonate de sodium.

Anne-Charlotte

Lors de la transformation chimique, l’espèce chimique hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO3), l’espèce chimique eau (H2O, contenu dans le vinaigre), l’espèce chimique acide acétique (C2H4O2) ainsi que d’autres espèces chimiques non-précisées dans l’énoncé, sont présentes lors de la transformation chimiques.

Pierre et Jérôme

Le système chimique est composé de l’hydrogénocarbonate de sodium, l’eau , acide acétique, des colorants, l’air environant…

4. · Les élèves doivent se servir du modèle : pour prouver qu’il y a une transformation chimique, il faut montrer soit qu’une nouvelle espèce chimique se forme, soit qu’une espèce chimique disparaît. Il faudrait que les élèves proposent un test à réaliser sur le système avant et après transformation. Seule la comparaison permettrait de conclure.

· Quelques réponses d’élèves :  les élèves n’ont généralement pas de difficultés avec cette question, à conditions de les laisser chercher et de les autoriser à utiliser un tableau récapitulatif des tests.

Pierre et Clément

- On mesure le taux d’acidité du vinaigre et considère que NaHCO3 est neutre ensuite on mesure le taux d’acidité de la solution, si les deux diffère cela prouverait l’apparition d’une ou plusieurs nouvelle espèce chimique.

- On mesure à l’aide de sulfate de cuivre anhydre, l’eau dans le vinaigre est dans la poudre NaHCO3  ensuite on mesure a l’aide de sulfate de cuivre anhydre dans la solution.

- On mesure a l’aide de l’eau de chaux, la présence dans le ballon de gaz carbonique ce qui prouverait l’apparition d’une nouvelle espèce chimique CO2.

- Dans la première expérience, le vinaigre avez un taux de ph de 2 et la solution a un ph de 9 ce qui prouve la présence d’un espèce chimique basique.

- Dans la 2ème expérience, la solution réagit, ce qui prouve que l’espèce chimique eau c’est conservé.

- Dans la 3ème expérience, le gaz présent est du CO2 car il réagit avec l’eau de chaux, ce qui prouve la présence d’une nouvelle espèce chimique, l’espèce chimique CO2.

Dimitri et Christopher

Tout d’abord, on mesure l’acidité du vinaigre grâce à un papier pH. On compare ensuite avec l’acidité de la solution finale. Si l’acidité est différente, alors il y aura eu transformation chimique.

Acidité du vinaigre : 2 sur l’échelle de pH.

acidité de la solution finale : 3-4.

Il y a eu changement de l’acidité donc le système chimique a subit une transformation.

Il y a présence de dioxyde de carbone dans le gaz du ballon car il y a un trouble de l’eau de chaux.

Les élèves ont du mal à comprendre l’état initial. C’est une difficulté bien compréhensible, compte tenu du caractère « fictif » de l’état initial. En effet, les élèves doivent comprendre qu’à l’état initial, les réactifs sont présents mais n’ont pas encore réagit. Cette difficulté ne sera vraiment abordée que lors des titrages en 1èreS !!

 5. Dans les réponses des élèves, les quantités de matière sont rarement calculées :

Elèves

Réponses

Pierre et Clément

Les réactifs sont : eau, acide acétique, NaHCO3

Eau : H2O : qtté inconnue.

Acide acétique : C2H4O2 : (qtté : 70ml à 6% = 4,2 ml = 4,2g)

NaHCO3 : hydrogénocarbonate de sodium = 5g.

[Confusion entre masse et quantité de matière]

Guillaume et Luc

L’état initial du système proposé est le mélange d’hydrogénocarbonate de sodium et du vinaigre dans la fiole jaugée. L’hydrogénocarbonate de sodium de formule NaHCO3 et de masse 5g et le vinaigre à 6% qui contient de l’eau (H2O), de l’acide acétique C2H4O2 et des colorants…

On en met 70 mL dans une fiole.

Pierre et Jérôme

L’état initial contient les espèces chimiques suivantes ;

- sodium

- hydrogène  hydrogénocarbonate de sodium et vinaigre

- carbone

- oxygène

[Confusion EC et élément chimique]

Claire-Hélène et Coralie

L’état initial du système proposé est composé de l’espèce chimique hydrogénocarbonate de sodium de formule NaHCO3 et de vinaigre à 6% qui contient entre autre de l’eau de formule H2O et d’acide acétique de formule C2H4O2.

on calcule la quantité de matière de NaHCO3 :

m(NaHCO3) = 5g [calcul de la masse molaire]…. n=6.10–5 mol.

On calcule la quantité de matière d’acide acétique : on sait qu’il y a 6g d’acide acétique dans 100 mL de vinaigre donc il y a 4,2g dans 70mL……… n = 7.10–5.

:

6.

Elèves

Réponses

Pierre et Clément

On trouve à l’état final du système de l’eau, du CO2, une espèce chimique basique.

Eau : H2O : qtté inconnue.

CO: gaz carbonique : qtté inconnue.

Espèce chimique basique : inconnue.

Dimitri et Christopher

A l’état final, on a du dioxyde de carbone, de l’eau (prouvé par le test au sulfate de cuivre anhydre). La solution finale est aussi moins acide que la solution de départ.

Le ballon est gonflé, les deux réactifs ne réagissent plus. [Réponse avec des arguments expérimentaux]

Guillaume et Luc

Le test à l’eau de chaux ainsi que le test au sulfate de cuivre anhydre montrent que la solution contient de l’eau et que la solution gazeuse contient du CO2 car l’eau de chaux s’est troublée et le sulfate de cuivre anhydre est devenu bleu.

Guillemette et Elodie

le ballon est gonflé de CO2, la solution est moins acide que le vinaigre.

Préparation: Questions au sujet de la transformation

4.

·         Les élèves ne se souviennent pas des tests. Ils cherchent donc des indices sur la paillasse. Afin de ne pas trop les guider, il paraît judicieux de laisser l’eau de chaux sur le chariot dans la salle. De plus, il faut indiquer aux élèves qu’ils peuvent (doivent) utiliser la fiche des résultats du « TP test » réalisé en début d’année.

·         Le professeur fera bien attention au fait que les élèves doivent proposer un protocole AVANT de le réaliser. Ceci est important car cela oblige l’élève à argumenter. Ceci l’aide à structurer ses connaissances (que la réponse soit juste ou fausse). 

Corrigé: Questions au sujet de la transformation

1. On observe l’effervescence et le gonflement du ballon.

2. Il y a eu une transformation car quelque chose a changé comme le ballon a gonflé. (on ne demande de préciser s’il s’agit d’une transformation chimique ou physique. Seule l’utilisation du modèle permettra de distinguer les deux).

3. Le système est constitué des espèces chimiques contenues dans le vinaigre et de l’espèce chimique bicarbonate de sodium.

4. Le gaz qui se forme est probablement une nouvelle espèce chimique. On le montre avec un test à l’eau de chaux. C’est du dioxyde de carbone qui n’a pas été introduit dans le système au début de l’expérience. On peut aussi montrer que l’acide disparaît car le pH du vinaigre a augmenté (on part d’un pH assez acide (pH 2) à un pH voisin du pH tampon, soit environ 5. Le papier pH change de couleur dans cet intervalle).

5. À l’état initial, le système est constitué des espèces chimiques contenues dans le vinaigre et de l’espèce chimique bicarbonate de sodium. On peut calculer la quantité de matière et la concentration de l’acide acétique pour un vinaigre à 8% (faire la correspondance pour un a 6%). La concentration massique est de 80 g/L. Cela représente une concentration de 1,3 mol/L. La quantité de matière est nC2H4O2 = 0,070.80/60 = 0,093 mol. On peut aussi déterminer la quantité de matière de NaHCO3. n = 5,0/84 = 0,060 mol.

6. À l’état final, le système contient moins d’acide (c’est un réactif) et du dioxyde de carbone est apparu (c’est un produit). On ne peut rien dire des autres espèces chimiques. Les élèves ne peuvent pas dire qu’il n’y a plus de bicarbonate de sodium, car le seul fait qu’il ne soit plus visible, ne suffit pas pour affirmer que tout a réagi (il est peut-être dissous). Comme un réactif a disparu, la transformation peut être qualifiée de chimique.

Savoir: Questions au sujet de la transformation

Cette dernière question sera reprise en cours pour faire émerger la modélisation de la réaction chimique : les seules espèces chimiques acide acétique et hydrogénocarbonate de sodium seront prises en compte.

Le travail suivant peut être donné entre la fin du TP et le début du cours suivant pour aider les élèves à faire la synthèse du TP. Cela servira de support pour le corrigé du TP et la modélisation qui s’en suit.