TEACHING
lundi 25 septembre 2017
icar Vesion française

THEME: Chemical transformation
France  -  Grade 10 (Grade 10)  -  English version

Aim: Concentration d'une solution

Ce TP propose de faire comprendre aux élèves la notion de concentration, d’abord en travaillant sur la quantité de matière, puis en faisant intervenir le volume. En effet, la principale difficulté des élèves, que l’on retrouve aussi en 1ère S, est de savoir quelles sont les entités présentes dans une solution et quelle est leur quantité. Le problème important du volume ne vient qu’après pour une majorité d’élèves.

Pour aborder ces difficultés, nous proposons d’utiliser une représentation de la matière à l’aide de symboles (ronds, carrés, …). Il ne s’agit pas vraiment d’une représentation « microscopique » car chaque symbole représente souvent une quantité importante  d’entité, éventuellement ionique (0,1 mol par exemple).  Le but est d’ancrer chez les élèves une image mentale pour interpréter ce qu’il y a dans un liquide souvent transparent.

Running the task: Concentration d'une solution

  • Les trois premières questions de la partie 1 doivent être traitées sans le modèle. Le professeur le distribuera aux élèves après avoir vérifié qu’ils ont bien représenté à leur manière le contenu du bécher. 

           Le modèle est lui aussi découpé de manière à ce que la formule de la concentration ne soit pas accessible immédiatement aux élèves. Ceci aura l’avantage de faire réfléchir   les élèves sur la définition, plutôt que sur la relation mathématique, qui pose souvent plus de problèmes. Cette relation sera fournie lors de la correction du TP.

     Dans la séance suivante, le professeur on pourra choisir de faire remplir aux élèves la colonne représentation pour une solution, lors d’une dissolution et lors d’une dilution.

  • Pour valoriser l’introduction de la représentation, le professeur aura intérêt à donner aux élèves quelques exercices ad’hoc qui utilisent le même environnement que dans le TP (voir le document « exercices concentration »).
  • Les élèves doivent au moins avoir répondu à la question 3.a avant la fin du TP.

 Matériel (pour un groupe)

-         colorant en très petits grains comme vert de Malachite, orange de méthyle, … (éviter la poudre car cela nuit à  l’observation et au raisonnement associé).

-         Sulfate de cuivre hydraté (environ 1g par groupe).

-         Spatule.

-         Coupelle ou verre de montre.

-         Bécher de 250mL ou 500mL (pour la partie 1, on voit mieux l’évolution).

-         Bécher de 100 ou 250mL.

-         2 fioles jaugées de 50mL + bouchons.

-         Pipette jaugée de 20mL + système d’aspiration.

-         Agitateur magnétique et un barreau aimanté.

-         Pissette d’eau (distillée).

Aim: Un exemple de transformation chimique

Ce TP suit la séance sur la concentration molaire. Il illustre la notion de transformation chimique dont la modélisation conduira à la réaction chimique.

Objectif

L’objectif est d’observer une transformation chimique et de pouvoir la décrire qualitativement. Cela nécessite la mise en place, pendant la séance, d’un vocabulaire spécifique : transformation chimique, système chimique, réactif, produit, état initial, état final.

Principe du TP

Ce TP s’articule autour d’une expérience simple qui permet de s’approprier les concepts de transformation chimique et de système chimique à l’aide d’un texte appelé modèle. Ce modèle est une référence pour l’élève et il doit le consulter pour répondre aux questions posées ou qu’il se pose. La réaction d’un acide (contenu dans le vinaigre) et d’une base (NaHCO3, ou levure chimique) est visualisée par deux évènements perceptibles : il s’agit de l’effervescence et du gonflement du ballon. L’élève est invité à décrire la transformation à l’aide des termes contenu dans le modèle.

 

Running the task: Un exemple de transformation chimique

MATERIEL :

a) Montage : on peut utiliser une fiole jaugée ou un erlenmeyer à col étroit, tel que le ballon entoure le col.

Première étape :

 

 

Deuxième étape :

 

 

 

b) Matériel supplémentaire et réactifs :

-          Eprouvette graduée de 100 mL.

-          Balance.

-          Spatule.

-          Entonnoir.

-          Tube à essai.

-          Vinaigre blanc à 8% (environ 80 mL par binôme).

-          Hydrogénocarbonate (environ 6g par binôme).

-          Eau de chaux.

 

Aim: Using a simulator in Chemistry

Cette activité suit le chapitre sur l’introduction de la réaction chimique (réactifs, produits, nombres stoechiométriques, etc.).

            Elle vise à Introduire et aider à donner du sens à l’avancement à l’aide d’une représentation dynamique. Il a été constaté que si la variable avancement était correctement utilisée par les élèves lors de l’utilisation de tableaux associés, sa signification était loin d’être acquise, y compris en terminale S. La visualisation de l’apparition et/ou de la disparition de particules va permettre à l’élève de transposer la simulation à ce qui se passe du point de vue macroscopique lors d’une réaction chimique. Ceci favorise l’introduction de la grandeur avancement en lui donnant un rôle que les élèves peuvent s’imager.

            Ce TP ne vise pas à expliciter un quelconque mécanisme microscopique de la réaction chimique, même s’il peut aider certains élèves à s’en faire une image. Il n’est pas prévu pour étudier une réaction qui fait intervenir des nombres stoechiométriques différents de 1. L’animation ne serait plus en accord avec les mécanismes acceptés pour décrire les réactions chimiques de manière microscopique : il faudrait plusieurs réactions avec des états intermédiaires, …

Running the task: Using a simulator in Chemistry

Les réglages suivants doivent être effectués avant que les élèves ne commencent le travail :

Les valeurs initiales sont : n(A) = 10 ; n(B) = 30 ; curseur température au 2e cran en partant de la gauche ; chocs efficaces 100% dans le sens direct et 0% dans le sens inverse.

L’idéal est de charger directement la configuration avec laquelle on souhaite travailler (fichier config1.C11.

Aim: De l’avancement d’une réaction chimique au bilan de matière de la transformation correspondante

Ce TP permet à l’élève de réinvestir la technique du tableau d’avancement dans un cas expérimental. A partir d’un automatisme simple à acquérir, l’élève répond à des questions variées relatives à une réaction chimique.

Ce TP a été construit en plusieurs étapes progressives. Chacune d’elle ayant un objectif intégré à l’objectif d’ensemble du TP.

La première partie se limite à la préparation de l’expérience.

En deuxième partie, l’élève fait une première mesure qui lui permet de se familiariser avec l’appareillage, nouveau pour lui. Sur le plan théorique, il manipule l’avancement dans un cas simple. Il en déduit une information sur un réactif.

En troisième partie, il va prendre conscience de l’aspect automatique du travail qui lui est demandé et s’apercevoir qu’il peut prévoir le résultat quantitatif du bilan de matière. Il en déduit donc une information sur un produit.

En quatrième partie (que souvent les élèves n’ont pas le temps de terminer), il y a inversion du réactif limitant. Cette difficulté est prise en charge par le tableau d’avancement. Si l’élève se trompe sur la nature du réactif limitant, bien que l’énoncé l’aide, il trouvera expérimentalement une valeur suffisamment différente de celle prévue pour être alertée de son erreur.

La cinquième partie élargit le débat, et ne nécessite pas d’être réalisée dans la salle de TP. Elle peut se faire à la maison, ou au cours suivant. Elle fait apparaître la notion de proportions stœchiométriques de façon graphique.

 C’est une autre approche de l’étude de la stœchiométrique, rendue possible en exploitant la puissance du tableau d’avancement.

Running the task: De l’avancement d’une réaction chimique au bilan de matière de la transformation correspondante

Il est essentiel que l’élève ait bien acquis la relation entre la concentration et la quantité de matière et qu’il ait déjà eu une introduction à l’avancement d’une réaction chimique. En particulier, l’élève doit avoir une idée sur la façon d’établir le tableau d’avancement d’une réaction chimique, par exemple, le tableau d’avancement relatif à la réaction du vinaigre avec l’hydrogénocarbonate de sodium. Par ailleurs, si le TP vinaigre-bicarbonate a été fait, l’élève sera familiarisé avec une approche qualitative de cette réaction de production du dioxyde de carbone.

Les élèves terminent en général le 3) en TP et le reste à la maison.

MATERIEL :

  • Une burette graduée.
  • Un ballon de 250 mL et un porte ballon.
  • Un bouchon percé de deux trous aux dimensions du ballon.
  • Une cuve à eau.
  • Un tube en caoutchouc souple pour permettre la récupération d’un gaz.
  • Une éprouvette graduée de 250 mL et éventuellement un système pour la maintenir renversée.
  • Balance.
  • Spatule.
  • Entonnoir.
  • Une solution d’acide chlorhydrique de concentration comprise entre 1,5 et 2,5 mol.L-1 (environ 30 mL par binôme).
  • Hydrogénocarbonae de sodium (environ 1,5 g par binôme).
  • Glycérine pour l’étanchéité.
 

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  • Partie n°5: De l’avancement d’une réaction chimique au bilan de matière de la transformation correspondante
  • De l’avancement d’une réaction chimique au bilan de matière de la transformation correspondante