ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

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

But: Introduction à la notion d'espèce chimique

Cette partie vise à introduire la notion d’Espèce Chimique, brique élémentaire de la réaction chimique. Afin de donner du sens à cette notion, nous adoptons la démarche suivante :

  • Faire comprendre à l’élève que l’EC est une notion théorique dont le correspondant sur la paillasse est le Produit Presque Pur.
  • Enrichir la définition de l’EC en introduisant les EC non-ioniques et ioniques.
  • Faire utiliser un modèle pour que l’élèves comprennent que les EC respectent des règles comme la neutralité électrique, etc. Cette modélisation permet à l’élève de donner plus de sens à ce qu’il étudie, et s’appuie ici sur le fait que les EC ioniques sont constituées d’ions qui peuvent s’associer ou non en solution.

 Voir aussi un article correspondant dans le BUP d’octobre 2004.

Préparation: Introduction à la notion d'espèce chimique

Il faut environ 2h en classe entière pour traiter les activités 1, 2 et 3 + quelques exercices. Le TP sur les ions de l’activité 4 dure 1h30 + 1h d’exploitation si les élèves ne perdent pas trop de temps dans la première partie. Il ne peut être présenté aux élèves que si les activités sur les PPP ont été travaillées.
Il faut par paillasse :
- 8 tubes à essais
- Une spatule
- Une pissette d’eau distillée
- Une solution d’hydroxyde de sodium
- Une solution de sulfate de cuivre
- Une solution de chlorure de sodium
Au bureau : De l'éthanol, du sulfate de sodium, du sulfate de baryum, du chlorure de baryum, de l'hydroxyde de sodium et du sulfate de cuivre. (les élèves connaissent les deux autres).

But: Exemples de tests

Ce TP permet :

-de poursuivre le travail de compréhension de la notion d’EC en diversifiant les situations dans lesquelles elle intervient.

-de faire travailler les élèves sur l’intérêt et sur la réalisation de tests chimiques. La notion de test sera utile pour les TP « synthèse », « Utilisation du tableau périodique » et « transformation chimique ».

Comportement des élèves: Exemples de tests

Les élèves ne peuvent pas « comprendre » les tests car ils n’ont pas encore vu la réaction chimique. C’est une difficulté qu’il ne faut pas sous-estimer.

A partir de ce TP, le professeur devra sans cesse avoir à l’esprit qu’un test chimique est la plupart du temps une réaction chimique. Ainsi, lorsqu’on cherche à montrer, avec un test, la présence d’une EC synthétisée, les élèves sont confrontés à deux réactions chimiques : celle qui modélise la création de la nouvelle EC et celle qui modélise le test de la présence de cette EC. C’est une source de confusion pour les élèves. Le professeur sera vigilant à bien différencier les deux dans ses documents ou son discours.

Préparation: Exemples de tests

- Ce TP ne peut être envisagé dans sa totalité que pour des élèves ayant suivi la séquence de découverte des espèces chimiques ioniques et non-ioniques qui comprend une activité « introduction à la notion d’espèces chimiques », et le TP « espèces chimiques ioniques et non-ioniques ». En effet, lors de ces activités, les élèves ont travaillé sur le vocabulaire et un modèle lié aux ions.

- Par rapport aux connaissances du collège, la nouveauté pour les élèves est la partie sur les EC en solution, avec le délicat test du dioxyde de carbone . Même si tous les élèves n’ont pas le temps de les réaliser, les tests des ions cuivre et sulfate sont effectués en seconde partie. Ces tests ne sont pas techniquement difficiles et les élèves ont déjà les bases théoriques.

- Il ne faut pas mettre sur la paillasse le matériel correspondant à l’ensemble des expériences dès le début. En effet, dans la deuxième partie, le raisonnement des élèves ne doit pas être induit par la seule lecture des flacons posés sur la table…Les élèves demanderont alors des solutions pour vérifier leurs propositions.

Matériel

Pour un binôme :

- un portoir et huit tubes à essais

- deux pinces en bois

- une coupelle

- un tube à dégagement

- un système de chauffage

- des flacons contenant des solutions de : chlorure de baryum, sulfate de cuivre, hydroxyde de sodium, glucose, liqueur de Fehling, chlorure de sodium, éthanol, eau de chaux.

Au bureau :

-sulfate de cuivre anhydre

-eau gazeuse ou limonade.

Lors de la correction du TP, le professeur fera remplir aux élèves la fiche récapitulative des tests. Cette fiche servira dans le TP « Utilisation de la classification périodique » lors du test du dihydrogène et des ions hydroxyde, ainsi que dans le TP « Transformation chimique », lors des tests de l’eau, du dioxyde de carbone et du papier pH.

Savoir: Exemples de tests

A la fin des tests, le professeur doit insister sur le fait que le changement de couleur ou d’aspect du mélange, en suivant le protocole donné, est une indication de la présence l’espèce chimique ou des ions testés.

Il ne doit pas faire croire au caractère universel de ce changement, mais plutôt à la possibilité qu’il offre de confirmer à l’expérimentateur une présomption de présence de l’EC ou des ions. En effet, notamment pour les tests qui impliquent les ions, un même changement de couleur (blanc !) peut correspondre à plusieurs ions différents.

La démarche courante du chimiste est rarement de faire tous les tests qu’il connaît, mais plutôt de cibler ses expériences : par exemple quand il recherche la présence de glucose, il ne teste pas la présence de l’eau ou d’ions.

But: Extraction et séparation d'espèces chimiques

Ce TP vise à donner, conformément au programme, les bases de l’extraction liquide-liquide. Il a également pour but de diminuer l’arbitraire chez les élèves, en travaillant sur le principe de la chromatographie. En effet, il nous semble qu’enseigner seulement la technique de la chromatographie, c’est faire utiliser à l’élève une « boite noire ». L’élève n’a alors pas les moyens de comprendre pourquoi on choisit tel liquide comme éluant ou pourquoi on fait certaines opérations. Ce type d’incompréhension peut, à terme, engendrer un désintérêt.

Préparation: Extraction et séparation d'espèces chimiques

Dans la séance en classe entière qui précède ce TP, il est préférable de consacrer quelques minutes à une activité qui revient sur les notions de solubilité , la densité, etc. Ceci fera gagner du temps aux élèves.

Matériel (mini-chimie préférable)

Pour un binôme :

- une ampoule à décanter.

- un portoir et quatre tubes à essais

- deux ou trois béchers

- un petit flacon d’éther de pétrole

- un petit flacon d’alcool

- une micropipette contenant un coton et remplie de gel de silice (colonne)

- une autre micropipette pour prélever les liquides + petite poire d’aspiration.

Au bureau : du jus de tomate (et pas de la purée de tomate)

Sous la hotte : du dichlorométhane

Gestion de la classe

Le professeur peut laisser les élèves en autonomie complète sur l’ensemble du TP, et circuler dans la classe pour éventuellement guider les binômes en difficulté. Les élèves arrivent en général tous au moins à la question B4, et la partie C ne sera abordée que par les plus rapides. On peut s’en servir comme exercice à la maison.

Après la correction du TP, le professeur peut montrer en classe une expérience de CCM et demander aux élèves les points communs et les différences avec la séparation effectuée dans ce TP. Ceci permet de satisfaire complètement aux exigences du programme, et surtout de voir si les élèves ont compris le principe de la chromatographie.

But: Synthèse d'espèce chimique

Ce TP cherche, conformément au programme officiel, à introduire la notion de synthèse d’une espèce chimique. Par une série de tests effectués avant et après la synthèse, l’élève est amené à comprendre qu’une espèce chimique initialement non présente est apparue.

L’exemple proposé est la synthèse de l’espèce chimique ionique oxalate de fer. Ce choix permet aux élèves, tout en utilisant un montage de chauffage à reflux, de manipuler des échantillons non dangereux (le solvant est l'eau) et d’avoir une démarche scientifique précise.

Ce travail ne nécessite pas de connaissances sur l'écriture des ions ni sur les équations chimiques. L’introduction d’un tel formalisme détournerait l’élève des objectifs visés ici.

Préparation: Synthèse d'espèce chimique

MATERIEL :

Par binôme :

8 tubes à essais.

Une spatule.

Un ballon de 100 mL et un valet.

Un réfrigérant à boule pour montage à reflux.

Un chauffe-ballon électrique.

Un montage de filtration sous vide et les filtres.

Une éprouvette graduée de 50 ou 100mL.

Une pissette d’eau distillée.

Un flacon étiqueté « hydroxyde de sodium » (pour des tests).

Un flacon étiqueté « chlorure de magnésium » (pour des tests).

Un flacon étiqueté « chlorure de baryum » (Pour des tests).

Sur une paillasse dans la salle :

Des balances (précision au dixième de gramme).

Sufate de Fer ou Sel de Mohr étiqueté « sulfate de fer » (sulfate de Fer II et d’ammonium).

Oxalate d’ammonium.

Spatules.

PREREQUIS :

Ce TP ne peut être compris des élèves que si le thème « espèces chimiques ioniques et non-ioniques » a été traité dans son intégralité (activité « Introduction à la notion d’espèce chimique », TP « Espèces chimiques ioniques et non-ioniques », TP « Tests »). Il fait notamment implicitement référence au modèle des ions qui s’associent en solution. Ce modèle a été introduit au premier TP de l’année, puis réinvesti dans les tests d’espèces chimiques non-ionique.

INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES

Le choix des réactifs n’est pas anodin :

1) Pour rester cohérent avec le thème sur les « espèces chimiques ioniques et non-ioniques », nous avons opté pour la synthèse d’une espèce chimique ionique, l’oxalate de fer. Cette synthèse a l’avantage d’être rapide et de faire manipuler aux élèves des échantillons non dangereux (milieu aqueux). L’utilisation du montage à reflux est dans l'esprit du programme de faire manipuler aux élèves de la verrerie de « chimiste ».

2) Le raisonnement des élèves est fondé sur la connaissance des ions présents en solution et susceptibles de s’associer. Ainsi, pour n’avoir que « quatre » ions en solutions, nous avons décidé de prendre l’oxalate d’ammonium (et non l’oxalate de potassium) et le sulfate de fer ou le sel de Mohr. L’introduction des ions ammonium avec le sel de Mohr est masquée par la présence de ces ions dans l’oxalate choisi. Cette difficulté ne devrait être soulevée que pour des classes à fort potentiel…Il est recommandé de mettre le sel de Mohr dans un flacon étiqueté « sulfate de fer ».

3) Si on prend du sulfate de fer, il faudra diminuer la masse pesée par environ 3, afin de respecter l’excès d’oxalate d’ammonium choisi ici. En effet, la masse molaire du sulfate de fer ordinaire est de152g.mol–1, alors que celle du sel de Mohr est de 392 g.mol–1.

Dans le cadre des programmes actuels, nous proposons un élargissement de la notion d’espèce chimique aux espèces chimiques ioniques dès la première partie du programme de seconde, avec des objectifs très limités.

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