Chimie 12e année - Province of Manitoba€¦ · Chimie INTRODUC 12e année page 0.04 Diverses expériences d’apprentissage inspirées de [ce Cadre pancanadien en sciences de la

Chimie 12e anneacutee

Programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre

2017Eacuteducation et Formation Manitoba

Donneacutees de catalogage avant publication ndash Eacuteducation et Formation Manitoba

Chimie 12e anneacutee programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre

Comprend des reacutefeacuterences bibliographiques ISBN 978-0-7711-7614-7 (PDF) 1 Chimie ndash Eacutetude et enseignement (Secondaire) ndash Programmes drsquoeacutetudes ndash ManitobaI Manitoba Eacuteducation et Formation Manitoba540 712

Tous droits reacuteserveacutes copy 2017 le gouvernement du Manitoba repreacutesenteacute par le ministre de lrsquoEacuteducation et de la Formation

Eacuteducation et Formation ManitobaBureau de lrsquoeacuteducation franccedilaiseWinnipeg (Manitoba) Canada

Tous les efforts ont eacuteteacute faits pour mentionner les sources aux lecteurs et pour respecter la Loi sur le droit drsquoauteur Dans le cas ougrave il se serait produit des erreurs ou des omissions priegravere drsquoen aviser Eacuteducation et Formation Manitoba pour qursquoelles soient rectifieacutees dans une eacutedition future Nous remercions sincegraverement les auteurs les artistes et les eacutediteurs de nous avoir autoriseacutes agrave adapter ou agrave reproduire leurs originaux

Les illustrations ou photographies dans ce document sont proteacutegeacutees par la Loi sur le droit drsquoauteur et ne doivent pas ecirctre extraites ou reproduites pour aucune raison autre que pour les intentions peacutedagogiques expliciteacutees dans ce document

Les sites Web mentionneacutes dans ce document pourraient faire lrsquoobjet de changement sans preacuteavis Les enseignants devraient veacuterifier et eacutevaluer les sites Web et les ressources en ligne avant de les recommander aux eacutelegraveves

Dans le preacutesent document les mots de genre masculin appliqueacutes aux personnes deacutesignent les femmes et les hommes

Vous pouvez commander des exemplaires imprimeacutes de ce document du Centre de ressources drsquoapprentissage du Manitoba agrave lrsquoadresse wwwmtbbmbca Numeacutero drsquoarticle 97860ISBN 978-0-7711-7613-5 (version imprimeacutee)

La version eacutelectronique de ce document est afficheacutee sur le site Web du ministegravere de lrsquoEacuteducation et de la Formation du Manitoba au wwwedugovmbcam12frpubpedsnchimie_12eindexhtml Veuillez noter que le Ministegravere pourrait apporter des changements agrave la version en ligne

Eacuteducation et Formation Manitoba aimerait exprimer ses remerciements au Conseil des ministres de lrsquoEacuteducation (Canada) et agrave tous les participants agrave lrsquoeacutelaboration du Cadre commun de reacutesultats drsquoapprentissage en sciences de la nature M agrave 12 (1997) dont se sont inspireacutes les Cadres et les Documents de mise en œuvre manitobains en sciences de la nature

Eacuteducation et Formation Manitoba remercie eacutegalement les personnes suivantes qui ont contribueacute agrave lrsquoeacutelaboration et agrave la reacutevision du programme drsquoeacutetudes en chimie 12e anneacutee y compris ce Document de mise en œuvre

EacuteLABORATION ET REacuteVISION DU DOCUMENT DE MISE EN ŒUVRE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE

Madeleine Asselin Enseignante Collegravege Louis-Riel Division scolaire franco-manitobaine

George D Bush Enseignant Winnipeg (Manitoba)

Daniegravele Dubois-Jacques Conseillegravere peacutedagogique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise en sciences de la nature Eacuteducation et Formation Manitoba

Carole Freynet-Gagneacute Traductrice Winnipeg (Manitoba) (pigiste)

Georges Kirouac Enseignant Collegravege reacutegional Gabrielle-Roy Division scolaire franco-manitobaine

Elizabeth Kozoriz Enseignante Daniel McIntyre Collegiate Division scolaire Winnipeg

Gilbert Michaud Directeur du projet Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise Eacuteducation et Formation Manitoba

EacuteLABORATION DES REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE

Kelly Choy Enseignant Minnedosa Collegiate Division scolaire Rolling River

REMERCIEMENTS Chimie12e anneacutee

Kris Coulter Enseignant St Johnrsquos High School Division scolaire Winnipeg

Claude Garand Professeur Faculteacute drsquoeacuteducation Universiteacute de Winnipeg

Leona Groot Enseignante Gimli High School Division scolaire Evergreen

Jennifer Kirk Enseignante Balmoral Hall School Winnipeg (Manitoba)

Kent Lewarne Enseignant Pilot Mound School Division scolaire Prairie Spirit

Brian Lewthwaite Professeur Faculteacute drsquoeacuteducation Universiteacute du Manitoba

John Murray Conseiller peacutedagogique Division des programmes scolaires(jusqursquoagrave septembre 2015) en sciences de la nature Eacuteducation et Enseignement supeacuterieur Manitoba

Angela Russenholt Enseignante J H Bruns Collegiate Division scolaire Louis-Riel

Rick Wiebe Enseignant John Taylor Collegiate Division scolaire St James-Assiniboia

EacuteQUIPE TEChNIQUE POUR LE DOCUMENT DE MISE EN ŒUVRE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE

Annette Risi Opeacuteratrice en eacuteditique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise Eacuteducation et Formation Manitoba

Ceacuteline Ponsin Conceptrice graphique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise et eacuteditique Eacuteducation et Formation Manitoba

Un merci particulier au personnel de la Direction des ressources eacuteducatives franccedilaises (DREF) qui a aideacute agrave la compilation des listes de ressources eacuteducatives pour chacun des regroupements theacutematiques

REMERCIEMENTSChimie12e anneacutee

INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE 001

LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AqUEUSE 101

LA STRUCTURE ATOMIqUE 201

LA CINEacuteTIqUE 301

LrsquoEacuteqUILIBRE CHIMIqUE 401

LES ACIDES ET LES BASES 501

LrsquoEacuteLECTROCHIMIE 601

BIBLIOGRAPHIE 701

page i

TABLE DES MATIEgraveRES Chimie12e anneacutee

INTRODUCTIONGEacuteNEacuteRALE

INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee

1 INTRODUCTION

historique

Chimie 12e anneacutee programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre preacutesente des reacutesultats drsquoapprentissage des strateacutegies drsquoenseignement des strateacutegies drsquoeacutevaluation et des ressources pour le cours de Chimie 12e anneacutee Les reacutesultats drsquoapprentissage sont les mecircmes pour les programmes franccedilais anglais et drsquoimmersion franccedilaise et deacutecoulent drsquoun partenariat entre la Division des Programmes scolaires et la Division du Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise drsquoEacuteducation et Enseignement supeacuterieur Manitoba

Les reacutesultats drsquoapprentissage pour le cours de Chimie 12e anneacutee srsquoinspirent de ceux du Cadre commun de reacutesultats drsquoapprentissage en sciences de la nature M agrave 12 (Conseil des ministres de lrsquoEacuteducation [Canada] 1997) et de ceux deacuteveloppeacutes pour le programme drsquoeacutetudes transitoire du Manitoba (1999) Le cadre commun couramment appeleacute le laquo Cadre pancanadien en sciences de la nature raquo est issu drsquoun projet deacutecoulant du Protocole pancanadien pour la collaboration en matiegravere de programmes scolaires (1995) et a eacuteteacute eacutelaboreacute par des eacuteducateurs du Manitoba de la Saskatchewan de lrsquoAlberta de la Colombie-Britannique des Territoires du Nord-Ouest du Territoire du Yukon de lrsquoOntario et des provinces de lrsquoAtlantique

Vision pour une culture scientifique

Lrsquointerdeacutependance mondiale lrsquoeacutevolution rapide de la technologie et des sciences la neacutecessiteacute drsquoavoir un environnement une eacuteconomie et une socieacuteteacute durables et le rocircle de plus en plus grand des sciences et de la technologie dans la vie de tous les jours renforcent lrsquoimportance drsquoune culture scientifique Les personnes qui deacutetiennent une culture scientifique peuvent plus efficacement interpreacuteter lrsquoinformation reacutesoudre des problegravemes prendre des deacutecisions eacuteclaireacutees srsquoadapter au changement et geacuteneacuterer de nouvelles connaissances Lrsquoenseignement des sciences constitue un eacuteleacutement cleacute dans le deacuteveloppement drsquoune culture scientifique et la preacuteparation drsquoun avenir solide pour la jeunesse canadienne

Chimie 12e anneacutee programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre tout comme le laquo Cadre pancanadien en sciences de la nature raquo vient appuyer et promouvoir la vision drsquoune culture scientifique

Le [Cadre pancanadien en sciences de la nature] srsquoinspire de la vision que tout eacutelegraveve du Canada quels que soient son sexe et son origine culturelle aura la possibiliteacute de deacutevelopper une culture scientifique Constitueacutee drsquoun ensemble eacutevolutif drsquoattitudes drsquohabileteacutes et de connaissances en sciences cette culture permet agrave lrsquoeacutelegraveve de deacutevelopper ses aptitudes lieacutees agrave la recherche scientifique de reacutesoudre des problegravemes de prendre des deacutecisions drsquoavoir le goucirct drsquoapprendre sa vie durant et de maintenir un sens drsquoeacutemerveillement du monde qui lrsquoentoure

laquo On entend par reacutesul-tats drsquoapprentissage une description concise des connaissances des habile-teacutes [et des attitudes] que les eacutelegraveves sont censeacutes acqueacuterir pendant un cours ou une anneacutee drsquoeacutetudes ou dans une matiegravere donneacutee raquo (Les bases de lrsquoexcellence 1995)

INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee

Diverses expeacuteriences drsquoapprentissage inspireacutees de [ce Cadre pancanadien en sciences de la nature] fourniront agrave lrsquoeacutelegraveve de multiples occasions drsquoexplorer drsquoanalyser drsquoeacutevaluer de syntheacutetiser drsquoappreacutecier et de comprendre les interactions entre les sciences la technologie la socieacuteteacute et lrsquoenvironnement lesquelles auront des conseacutequences sur sa vie personnelle sa carriegravere et son avenir (Conseil des ministres de lrsquoEacuteducation [Canada] 1997)

Buts pancanadiens de la formation scientifique

Afin de promouvoir la culture scientifique les buts suivants ont eacuteteacute deacutefinis dans le Cadre pancanadien en sciences de la nature pour lrsquoenseignement des sciences au Canada Les programmes drsquoeacutetudes en sciences de la nature du Manitoba srsquoen inspirent

Lrsquoenseignement des sciences

bull encouragera lrsquoeacutelegraveve agrave deacutevelopper un sentiment drsquoeacutemerveillement et de curiositeacute accompagneacute drsquoun sens critique agrave lrsquoeacutegard de lrsquoactiviteacute scientifique et technologique

bull amegravenera lrsquoeacutelegraveve agrave se servir des sciences et de la technologie pour construire de nouvelles connaissances et reacutesoudre des problegravemes lui permettant drsquoameacuteliorer sa qualiteacute de vie et celle des autres

bull preacuteparera lrsquoeacutelegraveve agrave aborder de faccedilon critique des enjeux drsquoordre social eacuteconomique eacutethique ou environnemental lieacutes aux sciences

bull donnera agrave lrsquoeacutelegraveve une compeacutetence solide en sciences lui offrant la possibiliteacute de poursuivre des eacutetudes supeacuterieures de se preacuteparer agrave une carriegravere lieacutee aux sciences et drsquoentreprendre des loisirs agrave caractegravere scientifique convenant agrave ses inteacuterecircts et aptitudes

bull deacuteveloppera chez lrsquoeacutelegraveve dont les aptitudes et les inteacuterecircts varient une sensibilisation agrave une vaste gamme de meacutetiers lieacutes aux sciences agrave la technologie et agrave lrsquoenvironnement

Convictions au sujet de lrsquoapprentissage de lrsquoenseignement et de lrsquoeacutevaluation des sciences

Afin de promouvoir une culture scientifique parmi les citoyens de lrsquoavenir il est crucial de reconnaicirctre comment lrsquoeacutelegraveve apprend comment les sciences peuvent ecirctre enseigneacutees agrave leur meilleur et comment lrsquoapprentissage peut ecirctre eacutevalueacute Lrsquoeacutelegraveve est actif et curieux et ses inteacuterecircts ses habileteacutes et ses besoins sont uniques Agrave son entreacutee agrave lrsquoeacutecole il possegravede deacutejagrave un riche bagage de connaissances drsquoexpeacuteriences personnelles et culturelles qui sous-tendent un eacuteventail drsquoattitudes et de convictions au sujet des sciences et de la vie

Lrsquoeacutelegraveve apprend mieux lorsque son eacutetude des sciences est enracineacutee dans des activiteacutes concregravetes lorsqursquoelle srsquoinscrit dans une situation ou un contexte particulier et lorsqursquoelle est mise en application dans la vie de tous les jours Les ideacutees et la compreacutehension de lrsquoeacutelegraveve devraient ecirctre progressivement eacutetendues et reconstruites au fur et agrave mesure que lrsquoeacutelegraveve accroicirct ses expeacuteriences et ses habileteacutes agrave conceptualiser Lrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve exige la formation de liens entre ses nouvelles connaissances et ses connaissances anteacuterieures ainsi que lrsquoajout de nouveaux contextes et de nouvelles expeacuteriences agrave ses compreacutehensions actuelles

2 LES PRINCIPES DE BASE MANITOBAINS DE LA CULTURE SCIENTIFIQUE

La culture scientifique de lrsquoeacutelegraveve passe par des expeacuteriences drsquoapprentissage qui integravegrent les aspects essentiels des sciences et de ses applications Ces aspects essentiels constituent les principes de base de la culture scientifique Tireacutes du Cadre pancanadien en sciences de la nature ces principes de base ont eacuteteacute adapteacutes afin de mieux reacutepondre aux besoins des eacutelegraveves manitobains Les programmes drsquoeacutetudes en sciences sont construits agrave partir des cinq principes de base manitobains de la culture scientifique

A Nature des sciences et de la technologieB Sciences technologie socieacuteteacute et environnement (STSE)C Habileteacutes et attitudes scientifiques et technologiquesD Connaissances scientifiques essentiellesE Concepts unificateurs

Une description de chaque principe de base manitobain ainsi que des reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux qui srsquoy rapportent se trouvent dans les pages qui suivent

Fig 1 ndash Principes de base manitobains de la culture scientifique

Les sciences et la technologie constituent une sphegravere drsquoactiviteacutes humaines et sociales unique ayant une longue histoire tisseacutee par de nombreux hommes et femmes issus de socieacuteteacutes diverses Les sciences constituent une faccedilon de connaicirctre lrsquoUnivers et de reacutepondre agrave des questions sur les pheacutenomegravenes qui nous entourent Cette interrogation repose sur la curiositeacute la creacuteativiteacute lrsquoimagination lrsquointuition lrsquoexploration lrsquoobservation la capaciteacute de reproduire des expeacuteriences lrsquointerpreacutetation des donneacutees et les deacutebats qui en deacutecoulent Lrsquoactiviteacute scientifique comprend la preacutediction lrsquointerpreacutetation et lrsquoexplication de pheacutenomegravenes naturels et de conception humaine Bon nombre de personnes expertes en histoire en sociologie et en philosophie des sciences affirment qursquoil y a plus drsquoune meacutethode permettant de mener une eacutetude scientifique Elles croient que les sciences reposent sur un ensemble de theacuteories de connaissances drsquoobservations drsquoexpeacuteriences drsquointuitions et de processus ancreacutes dans le monde physique

Les connaissances et les theacuteories scientifiques sont constamment mises agrave lrsquoeacutepreuve modifieacutees et perfectionneacutees au fur et agrave mesure que de nouvelles connaissances et theacuteories les preacutecisent Agrave travers lrsquohistoire plusieurs intervenants drsquoorigines et de formations diverses ont deacutebattu chaque nouvelle observation et hypothegravese remettant ainsi en question des connaissances scientifiques jusqursquoalors accepteacutees

Ce deacutebat scientifique se poursuit encore aujourdrsquohui selon un jeu tregraves eacutelaboreacute de discussions theacuteoriques drsquoexpeacuteriences de pressions sociales culturelles eacuteconomiques et politiques drsquoopinions personnelles et de besoins de reconnaissance et drsquoacceptation par des pairs Lrsquoeacutelegraveve se rendra compte que bien qursquoil puisse y avoir des changements majeurs dans notre compreacutehension du monde lors de deacutecouvertes scientifiques reacutevolutionnaires une grande partie de cette compreacutehension est plutocirct le fruit de lrsquoaccumulation constante et progressive de connaissances

La technologie se preacuteoccupe principalement de proposer des solutions agrave des problegravemes souleveacutes lorsque les humains cherchent agrave srsquoadapter agrave lrsquoenvironnement Il faut bien saisir que la technologie comprend beaucoup plus que les connaissances et les habileteacutes lieacutees aux ordinateurs et agrave leurs applications La technologie est agrave la fois une forme de savoir qui exploite les concepts et les habileteacutes des autres disciplines y compris les sciences Mais crsquoest aussi lrsquoapplication de ces connaissances pour satisfaire un besoin ou pour reacutesoudre un problegraveme agrave lrsquoaide de mateacuteriaux drsquoeacutenergie et drsquooutils de toutes sortes

laquo La production du savoir scientifique est une entreprise essentiellement collective il nrsquoy a pas de science idiosyncrasique Les modegraveles et les solutions proposeacutes sont soumis agrave lrsquoeacutevaluation des pairs qui en appreacutecient la pertinence logique et expeacuterimentale par rapport au savoir eacutetabli raquo (M Larochelle et J Deacutesautels 1992)

laquo On peut consideacuterer la technologie comme un outil ou une machine un proceacutedeacute un systegraveme un environnement une eacutepisteacutemologie une eacutethique lrsquoapplication systeacutematique de connaissances de mateacuteriel drsquooutils et drsquoaptitudes pour eacutetendre les capaciteacutes humaines raquo (Ministegravere de lrsquoEacuteducation et de la Formation professionnelle Manitoba 1998a)

A ndash La nature des sciences et de la technologie

La technologie a des reacutepercussions sur les proceacutedeacutes et les systegravemes sur la socieacuteteacute et sur la faccedilon dont les gens pensent perccediloivent et deacutefinissent leur monde

Le cours de Chimie 12e anneacutee souligne agrave la fois les distinctions et les relations entre les sciences et la technologie La figure 2 illustre comment les sciences et la technologie diffegraverent dans leur but leur proceacutedeacute et leurs produits bien qursquoen mecircme temps elles interagissent entre elles

Fig 2 ndash Les sciences et la technologie leur nature et leurs interactions

Tireacute de Science and Technology Education for the Elementary Years Frameworks for Curriculum and Instruction par Bybee Rodger W copyThe Network Inc (adaptation autoriseacutee)

Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce premier principe de base

Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Nature des sciences et de la technologie

Une fois sa formation scientifique au primaire agrave lrsquointermeacutediaire et au secondaire compleacuteteacutee lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave

A1 reconnaicirctre agrave la fois les capaciteacutes et les limites des sciences comme moyen de reacutepondre agrave des questions sur notre monde et drsquoexpliquer des pheacutenomegravenes naturels

A2 reconnaicirctre que les connaissances scientifiques se fondent sur des donneacutees des modegraveles et des explications et eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et de nouvelles conceptualisations

A3 distinguer de faccedilon critique les sciences de la technologie en fonction de leurs contextes de leurs buts de leurs meacutethodes de leurs produits et de leurs valeurs

A4 identifier et appreacutecier les contributions qursquoont apporteacutees des femmes et des hommes issus de diverses socieacuteteacutes et cultures agrave la compreacutehension de notre monde et agrave la reacutealisation drsquoinnovations technologiques

A5 reconnaicirctre que les sciences et la technologie interagissent et progressent mutuellement

Une compreacutehension des interactions STSE est essentielle agrave la culture scientifique En fait en eacutetudiant le contexte historique lrsquoeacutelegraveve en vient agrave appreacutecier comment les traditions culturelles et intellectuelles ont influenceacute les questions et les meacutethodologies scientifiques et comment en retour les sciences et la technologie ont influenceacute le domaine plus large des ideacutees

De nos jours la majoriteacute des scientifiques travaillent dans le secteur priveacute Leurs projets sont plus souvent pousseacutes par des besoins socieacutetaux et environnementaux que par la recherche pure Pourtant plusieurs solutions technologiques ont donneacute lieu agrave des problegravemes sociaux et environnementaux Lrsquoeacutelegraveve en tant que citoyen de lrsquoavenir doit reconnaicirctre le potentiel que repreacutesente la culture scientifique pour habiliter les personnes les communauteacutes et la socieacuteteacute deacutemocratique dans son ensemble agrave prendre des deacutecisions

Les connaissances scientifiques sont neacutecessaires mais elles ne suffisent pas par elles-mecircmes agrave faire comprendre les interactions entre les sciences la technologie la socieacuteteacute et lrsquoenvironnement

laquo Il nrsquoexiste pas de plus grande contribution ou drsquoeacuteleacutement plus essentiel pour les strateacutegies environnementales agrave long terme pour un deacuteveloppement durable respectueux de lrsquoenvironnement [hellip] que lrsquoeacuteducation des geacuteneacuterations suivantes en matiegravere drsquoenvironnement raquo (UNESCO 1988)

B ndash Sciences technologie socieacuteteacute et environnement (STSE)

Pour saisir ces interactions il est essentiel que lrsquoeacutelegraveve comprenne les valeurs lieacutees aux sciences agrave la technologie agrave la socieacuteteacute et agrave lrsquoenvironnement

Pour parvenir agrave cette culture scientifique lrsquoeacutelegraveve doit reconnaicirctre lrsquoimportance du deacuteveloppement durable Le deacuteveloppement durable est un modegravele de prise de deacutecisions qui considegravere les besoins des geacuteneacuterations preacutesentes et futures et qui tient compte agrave la fois de lrsquoenvironnement de la santeacute et du bien-ecirctre humains et de lrsquoactiviteacute eacuteconomique Il vise un eacutequilibre harmonieux entre ces trois sphegraveres

bull Santeacute et bien-ecirctre durable des humains cela signifie que les gens coexistent dans lrsquoharmonie au sein de leur communauteacute locale nationale et mondiale et avec la nature Une socieacuteteacute viable est une socieacuteteacute qui est saine sur les plans physique psychologique spirituel et social et qui accorde une importance primordiale au bien-ecirctre des particuliers des familles et des collectiviteacutes

bull Environnement durable il srsquoagit drsquoun environnement ougrave les processus essentiels au maintien de la vie et les ressources naturelles de la Terre sont preacuteserveacutes et reacutegeacuteneacutereacutes

bull Eacuteconomie durable crsquoest une eacuteconomie qui permet un accegraves eacutequitable aux ressources et qui offre des deacuteboucheacutes agrave tous Elle se caracteacuterise par des deacutecisions des politiques et des pratiques de deacuteveloppement qui respectent les reacutealiteacutes et les diffeacuterences culturelles et qui meacutenagent les ressources de la planegravete Une eacuteconomie durable se remarque agrave la mise en œuvre de deacutecisions de politiques et de pratiques de faccedilon agrave limiter au maximum leurs effets sur les ressources et agrave maximiser la reacutegeacuteneacuteration de lrsquoenvironnement naturel

Les deacutecisions ou changements se rapportant agrave lrsquoun ou lrsquoautre de ces trois eacuteleacutements ndash santeacute et bien-ecirctre des humains environnement et eacuteconomie ndash ont de grandes reacutepercussions sur les deux autres et donc sur notre qualiteacute de vie La prise de deacutecisions doit tenir compte des trois eacuteleacutements de faccedilon agrave assurer une qualiteacute de vie eacutequitable raisonnable et durable pour tous

Fig 3 ndash Le deacuteveloppement durable

Nous encourageons les enseignants agrave consulter Lrsquoeacuteducation pour un avenir viable (Eacuteducation Formation professionnelle et Jeunesse Manitoba 2001) Ce document preacutesente des faccedilons drsquoincorporer des preacuteceptes principes et pratiques favorisant un environnement drsquoapprentissage menant les eacutelegraveves vers un avenir engageacute agrave lrsquoeacutegard de la viabiliteacute de la planegravete

Le deacuteveloppement durable va de pair avec les principes de responsabiliteacute sociale et drsquoeacutequiteacute Williams (1994) estime que le concept drsquoeacutequiteacute est essentiel agrave la reacutealisation de la durabiliteacute Cela sous-entend lrsquoeacutequiteacute entre les nations au sein des nations entre les humains et les autres espegraveces ainsi qursquoentre les geacuteneacuterations actuelles et agrave venir

Le deacuteveloppement durable est eacutegalement un processus de prise de deacutecisions une faccedilon de penser une philosophie et une eacutethique La notion de compromis est une ideacutee importante qui sous-tend la prise de deacutecisions dans le contexte du deacuteveloppement durable Pour atteindre lrsquoeacutequilibre neacutecessaire entre la santeacute et le bien-ecirctre humains lrsquoenvironnement et lrsquoeacuteconomie il faudra recourir agrave certains compromis

Au fur et agrave mesure que lrsquoeacutelegraveve avance dans sa scolariteacute il reconnaicirct et cerne diverses interactions STSE et applique ses habileteacutes de prise de deacutecisions dans des contextes de plus en plus exigeants tels qursquoillustreacutes ci-apregraves

bull La complexiteacute de la compreacutehension ndash passer drsquoideacutees concregravetes et simples agrave des concepts abstraits passer drsquoune connaissance limiteacutee des sciences agrave une connaissance plus profonde et plus large des sciences et du monde

bull Les applications en contexte ndash passer de contextes locaux et personnels agrave des contextes socieacutetaux et planeacutetaires

bull La consideacuteration de variables et de perspectives ndash passer drsquoune ou de deux variables ou perspectives simples agrave un grand nombre drsquoentre elles agrave complexiteacute croissante

bull Lejugementcritique ndash passer de jugements simples sur le vrai ou le faux de quelque chose agrave des eacutevaluations complexes

bull La prise de deacutecisions ndash passer de deacutecisions prises agrave partir de connaissances limiteacutees et avec lrsquoaide drsquoun enseignant agrave des deacutecisions baseacutees sur des recherches approfondies comportant un jugement personnel et prises de faccedilon indeacutependante

laquo Il est essentiel que le public se familiarise avec le concept du deacuteveloppement durable et ses pratiques dans le but de les comprendre Si nous voulons changer notre style de vie nous devons former les geacuteneacuterations preacutesentes et futures et les munir des connaissances neacutecessaires pour assurer la mise en application du deacuteveloppement durable raquo (Sustainability Manitoba 1994) [traduction libre]

Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce deuxiegraveme principe de base

Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Sciences technologie socieacuteteacute et environnement (STSE)

B1 deacutecrire des innovations scientifiques et technologiques drsquohier et drsquoaujourdrsquohui et reconnaicirctre leur importance pour les personnes les socieacuteteacutes et lrsquoenvironnement agrave lrsquoeacutechelle locale et mondiale

B2 reconnaicirctre que les poursuites scientifiques et technologiques ont eacuteteacute et continuent drsquoecirctre influenceacutees par les besoins des humains et le contexte social de lrsquoeacutepoque

B3 identifier des facteurs qui influent sur la santeacute et expliquer des liens qui existent entre les habitudes personnelles les choix de style de vie et la santeacute humaine aux niveaux personnel et social

B4 deacutemontrer une connaissance et un inteacuterecirct personnel pour une gamme drsquoenjeux de passe-temps et de meacutetiers lieacutes aux sciences et agrave la technologie

B5 identifier et deacutemontrer des actions qui favorisent la durabiliteacute de lrsquoenvironnement de la socieacuteteacute et de lrsquoeacuteconomie agrave lrsquoeacutechelle locale et mondiale

Une culture scientifique qui deacutecoule drsquoune formation scientifique doit amener lrsquoeacutelegraveve agrave reacutepondre agrave des questions dans le cadre drsquoune eacutetude scientifique agrave reacutesoudre des problegravemes technologiques et agrave prendre des deacutecisions On se reacutefegravere agrave ces processus comme eacutetant lrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et la prise de deacutecisions (voir la fig 4) Bien que les habileteacutes et les attitudes comprises dans ces processus ne soient pas lrsquoapanage exclusif des sciences elles jouent un rocircle important dans lrsquoeacutevolution drsquoune compreacutehension des sciences et dans lrsquoapplication des sciences et de la technologie agrave des situations nouvelles

Fig 4 ndash Les processus de la formation scientifique

Adaptation autoriseacutee par le Ministre de lrsquoApprentissage de la province de lrsquoAlberta (Canada) 2001

C ndash Habileteacutes et attitudes scientifiques et technologiques

bull Eacutetude scientifiqueLrsquoeacutetude scientifique est une faccedilon de comprendre un peu plus lrsquoUnivers Cette eacutetude exige la recherche drsquoexplications de pheacutenomegravenes Il nrsquoexiste pas agrave proprement parler une seule meacutethode scientifique ni une seule seacutequence drsquoeacutetapes agrave suivre pour reacutealiser une eacutetude scientifique Crsquoest plutocirct une approche systeacutematique et critique qui caracteacuterise lrsquoensemble du travail scientifique Lrsquoeacutelegraveve doit apprendre les habileteacutes fondamentales agrave lrsquoeacutetude scientifique telles que le questionnement lrsquoobservation lrsquoinfeacuterence la preacutediction la mesure lrsquohypothegravese la classification la conception drsquoexpeacuteriences la collecte lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation de donneacutees Lrsquoeacutelegraveve doit eacutegalement deacutevelopper des attitudes telles que la curiositeacute le scepticisme et la creacuteativiteacute Ces habileteacutes et attitudes sont souvent repreacutesenteacutees comme un cycle qui comporte une phase de questionnement la geacuteneacuteration drsquoexplications possibles et la collecte de donneacutees dans le but de deacuteterminer lrsquoexplication la plus utile et la plus preacutecise pour comprendre le pheacutenomegravene agrave lrsquoeacutetude En regravegle geacuteneacuterale de nouvelles questions peuvent surgir pour relancer le cycle

bull Reacutesolution de problegravemes technologiquesLa reacutesolution de problegravemes technologiques amegravene lrsquoeacutelegraveve agrave chercher des solutions aux problegravemes qui se preacutesentent lorsque les humains cherchent agrave srsquoadapter agrave lrsquoenvironnement De la maternelle agrave la 8e anneacutee les eacutelegraveves ont deacuteveloppeacute les habileteacutes et les attitudes neacutecessaires agrave la reacutesolution de problegravemes par lrsquoentremise drsquoun cycle appeleacute le processus de design Le processus de design comprend diverses eacutetapes telles que la conception la fabrication la mise agrave lrsquoessai et lrsquoeacutevaluation drsquoun dispositif drsquoun appareil drsquoun systegraveme ou drsquoun proceacutedeacute dans le but drsquoobtenir une solution optimale agrave un problegraveme donneacute Dans les anneacutees secondaires les habileteacutes lieacutees agrave la reacutesolution de problegravemes technologiques sont incorporeacutees dans le processus de prise de deacutecisions

bull Enjeux STSE et prise de deacutecisionsLrsquoeacutelegraveve personnellement et en tant que citoyen du monde doit ecirctre en mesure de prendre des deacutecisions Le processus de prise de deacutecisions est un moyen drsquoanalyser des questions et de faire un choix parmi diffeacuterentes mesures Les questions sont souvent complexes et ne donnent pas lieu agrave une reacuteponse unique Elles peuvent aussi susciter de la controverse lorsqursquoelles portent sur des valeurs individuelles et collectives Pour prendre une deacutecision informeacutee lrsquoeacutelegraveve doit maicirctriser les concepts scientifiques lieacutes agrave la question et aussi ecirctre sensibiliseacutes aux valeurs agrave lrsquoorigine drsquoune deacutecision Le processus de prise de deacutecisions comprend une seacuterie drsquoeacutetapes dont bull cerner et clarifier la questionbull connaicirctre les diffeacuterents points de vue et les personnes concerneacutees par la questionbull eacutevaluer drsquoun regard critique lrsquoinformation disponiblebull deacuteterminer les options possibles ou les positions adopteacutees sur le sujet bull eacutevaluer les reacutepercussions lieacutees aux options possibles ou aux positions adopteacutees sur le sujetbull ecirctre sensibiliseacute aux valeurs pouvant orienter une deacutecisionbull prendre une deacutecision reacutefleacutechie et fournir des justificationsbull donner suite agrave une deacutecisionbull reacutefleacutechir sur le processus

Tout au long de sa formation en sciences lrsquoeacutelegraveve devrait prendre une part active dans des situations de prise de deacutecisions Celles-ci ne sont pas seulement importantes par elles-mecircmes mais elles fournissent eacutegalement un contexte pertinent pour lrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et lrsquoeacutetude des interactions STSE (voir la fig 5)

Fig 5 ndash Eacutetapes du processus de prise de deacutecisions lieacutees aux enjeux STSE

bull AttitudesLrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et la prise de deacutecisions deacutependent toutes des attitudes Ces attitudes ne srsquoacquiegraverent pas de la mecircme faccedilon que le sont les habileteacutes et les connaissances Elles sont mises en eacutevidence par des manifestations non solliciteacutees au fil du temps Le deacuteveloppement des attitudes est un processus permanent auquel participent le foyer lrsquoeacutecole la communauteacute et la socieacuteteacute en geacuteneacuteral Le deacuteveloppement drsquoattitudes positives joue un rocircle important dans lrsquoeacutepanouissement de lrsquoeacutelegraveve

Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce troisiegraveme principe de base

Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Habileteacutes et attitudes scientifiques et technologiques

C1 reconnaicirctre les symboles et les pratiques lieacutes agrave la seacutecuriteacute lors drsquoactiviteacutes scientifiques et technologiques ou dans sa vie de tous les jours et utiliser ces connaissances dans des situations approprieacutees

C2 deacutemontrer des habileteacutes approprieacutees lorsqursquoelle ou il entreprend une eacutetude scientifique

C3 deacutemontrer des habileteacutes approprieacutees lorsqursquoelle ou il srsquoengage dans la reacutesolution de problegravemes technologiques

C4 deacutemontrer des habileteacutes de prise de deacutecisions et de penseacutee critique lorsqursquoelle ou il adopte un plan drsquoaction fondeacute sur de lrsquoinformation scientifique et technologique

C5 deacutemontrer de la curiositeacute du scepticisme de la creacuteativiteacute de lrsquoouverture drsquoesprit de lrsquoexactitude de la preacutecision de lrsquohonnecircteteacute et de la persistance et appreacutecier lrsquoimportance de ces qualiteacutes en tant qursquoeacutetats drsquoesprit scientifiques et technologiques

C6 utiliser des habileteacutes de communication efficaces et des technologies de lrsquoinformation afin de recueillir et de partager des ideacutees et des donneacutees scientifiques et technologiques

C7 travailler en collaboration et valoriser les ideacutees et les contributions drsquoautrui lors de ses activiteacutes scientifiques et technologiques

C8 eacutevaluer drsquoune perspective scientifique les ideacutees et les renseignements rencontreacutes au cours de ses eacutetudes et dans la vie de tous les jours

Le contenu notionnel des sciences comprend notamment des theacuteories des modegraveles des concepts des principes et des faits essentiels agrave la compreacutehension des sciences de la vie des sciences physiques et des sciences de la Terre et de lrsquoespace

bull Les sciences de la vie se preacuteoccupent de la croissance et des interactions des ecirctres vivants dans leur environnement de faccedilon agrave refleacuteter leur caractegravere unique leur diversiteacute leur continuiteacute geacuteneacutetique et leur nature changeante Les sciences de la vie comprennent lrsquoeacutetude des organismes (dont les humains) des eacutecosystegravemes de la biodiversiteacute de la cellule de la biochimie et de la biotechnologie

bull Les sciences physiques qui englobent la chimie et la physique se preacuteoccupent de la matiegravere de lrsquoeacutenergie et des forces La matiegravere a une structure et des interactions multiples existent entre ses composantes Lrsquoeacutenergie relie la matiegravere aux forces gravitationnelle eacutelectromagneacutetique et nucleacuteaire de lrsquoUnivers Les sciences physiques traitent des lois de la conservation de la masse et de lrsquoeacutenergie de la quantiteacute de mouvement et de la charge

bull Les sciences de la Terre et de lrsquoespace fournissent agrave lrsquoeacutelegraveve des perspectives mondiales et universelles sur ses connaissances La Terre a une forme une structure et des reacutegulariteacutes de changement tout comme le systegraveme solaire qui lrsquoentoure et lrsquoUnivers physique au-delagrave de celui-ci Les sciences de la Terre et de lrsquoespace comprennent des domaines drsquoeacutetudes comme la peacutedologie la geacuteologie la meacuteteacuteorologie lrsquohydrologie et lrsquoastronomie

Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce quatriegraveme principe de base

Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Connaissances scientifiques essentielles

D1 comprendre les structures et les fonctions vitales qui sont essentielles et qui se rapportent agrave une grande varieacuteteacute drsquoorganismes dont les humains

D2 comprendre diverses composantes biotiques et abiotiques ainsi que leurs interactions et leur interdeacutependance au sein drsquoeacutecosystegravemes y compris la biosphegravere en entier

D3 comprendre les proprieacuteteacutes et les structures de la matiegravere ainsi que diverses manifestations et applications communes des actions et des interactions de la matiegravere

D4 comprendre comment la stabiliteacute le mouvement les forces ainsi que les transferts et les transformations drsquoeacutenergie jouent un rocircle dans un grand nombre de contextes naturels et fabriqueacutes

D ndash Connaissances scientifiques essentielles

D5 comprendre la composition de lrsquoatmosphegravere de lrsquohydrosphegravere et de la lithosphegravere ainsi que des processus preacutesents agrave lrsquointeacuterieur de chacune drsquoelles et entre elles

D6 comprendre la composition de lrsquoUnivers et les interactions en son sein ainsi que lrsquoimpact des efforts continus de lrsquohumaniteacute pour comprendre et explorer lrsquoUnivers

Les concepts unificateurs permettent drsquoeacutetablir des liens agrave lrsquointeacuterieur des disciplines scientifiques et entre elles Ce sont des ideacutees cleacutes qui sous-tendent et relient entre elles toutes les connaissances scientifiques De plus les concepts unificateurs srsquoeacutetendent dans des disciplines telles que les matheacutematiques et les sciences humaines En conseacutequence les concepts unificateurs aident lrsquoeacutelegraveve agrave se construire une compreacutehension plus globale des sciences et de leur rocircle dans la socieacuteteacute Les quatre concepts unificateurs qui suivent ont servi agrave lrsquoeacutelaboration du preacutesent document

bull Similariteacute et diversiteacute Les concepts de similariteacute et de diversiteacute fournissent des outils permettant drsquoorganiser nos

expeacuteriences avec le monde En commenccedilant par des expeacuteriences non structureacutees lrsquoeacutelegraveve apprend agrave reconnaicirctre divers attributs drsquoobjets de substances de mateacuteriaux drsquoorganismes et drsquoeacuteveacutenements ce qui lui permet de faire des distinctions utiles entre ces attributs et parmi eux Au fur et agrave mesure que srsquoeacutelargissent ses connaissances elle ou il apprend agrave se servir de proceacutedures et de protocoles couramment accepteacutes pour deacutecrire et classifier les substances les organismes et les eacuteveacutenements qursquoil rencontre ce qui lrsquoaide agrave mieux partager ses ideacutees avec autrui et agrave reacutefleacutechir sur ses expeacuteriences

bull Systegravemes et interactions Concevoir le tout en fonction de ses parties et inversement comprendre les parties en

fonction du tout sont deux aspects importants de la compreacutehension et de lrsquointerpreacutetation du monde Un systegraveme est un ensemble drsquoeacuteleacutements qui interagissent les uns avec les autres lrsquoeffet global de ces interactions est souvent plus grand que celui des parties individuelles du systegraveme et cela mecircme quand on additionne simplement lrsquoeffet de chacune des parties Lrsquoeacutelegraveve a lrsquooccasion drsquoeacutetudier agrave la fois les systegravemes naturels et technologiques

bull Changementconstanceeteacutequilibre Les concepts de constance et de changement sous-tendent la plupart des connaissances sur

le monde naturel et fabriqueacute Gracircce agrave lrsquoobservation lrsquoeacutelegraveve apprend que certains attributs drsquoobjets de substances de mateacuteriaux drsquoorganismes et de systegravemes demeurent constants au fil du temps tandis que drsquoautres changent Au cours de ses eacutetudes scientifiques lrsquoeacutelegraveve apprend agrave comprendre le deacuteroulement de divers processus ainsi que les conditions neacutecessaires au changement agrave la constance et agrave lrsquoeacutequilibre

E ndash Concepts unificateurs

bull Eacutenergie La notion drsquoeacutenergie est un outil conceptuel qui rassemble plusieurs connaissances lieacutees

aux pheacutenomegravenes naturels aux objets aux substances aux mateacuteriaux et aux processus de changement Lrsquoeacutenergie ndash qursquoelle soit transmise ou transformeacutee ndash permet agrave la fois le mouvement et le changement Lrsquoeacutelegraveve apprend agrave deacutecrire lrsquoeacutenergie par ses effets et ses manifestations et agrave acqueacuterir au fil du temps un concept de lrsquoeacutenergie comme eacuteleacutement inheacuterent des interactions des substances des fonctions vitales et du fonctionnement des systegravemes

Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce cinquiegraveme principe de base

Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Concepts unificateurs

E1 deacutecrire et appreacutecier les similariteacutes et les diffeacuterences parmi les formes les fonctions et les reacutegulariteacutes du monde naturel et fabriqueacute

E2 deacutemontrer et appreacutecier comment le monde naturel et fabriqueacute est composeacute de systegravemes et comment des interactions ont lieu au sein de ces systegravemes et entre eux

E3 reconnaicirctre que des caracteacuteristiques propres aux mateacuteriaux et aux systegravemes peuvent demeurer constantes ou changer avec le temps et deacutecrire les conditions et les processus en cause

E4 reconnaicirctre que lrsquoeacutenergie transmise ou transformeacutee permet agrave la fois le mouvement et le changement et est intrinsegraveque aux mateacuteriaux et agrave leurs interactions

3 LrsquoAPPRENTISSAGE EN SCIENCES DE LA NATURE

Des principes deacutecoulant de la psychologie cognitiveLrsquoapprentissage des sciences srsquoinscrit dans lrsquoeacutevolution personnelle de lrsquoeacutelegraveve qui doit se responsabiliser graduellement par rapport agrave la construction de ses savoirs scientifiques et agrave leur utilisation dans des contextes de plus en plus varieacutes et complexes Tout apprentissage est un cheminement dans lequel lrsquoeacutelegraveve eacutelargit progressivement son champ drsquoautonomie Les recherches dans le domaine de la psychologie cognitive ont permis de deacutegager des principes drsquoapprentissage qui permettent de porter un regard nouveau sur les actes peacutedagogiques les plus susceptibles de favoriser lrsquoacquisition lrsquointeacutegration et la reacuteutilisation des connaissances

bull Lrsquoapprentissage est plus efficace et plus durable lorsque lrsquoeacutelegraveve est actif dans la construction de son savoir lrsquoacquisition de connaissances ou lrsquointeacuteriorisation de lrsquoinformation est un processus personnel et progressif qui exige une activiteacute mentale continue

bull Lrsquoapprentissage est plus efficace lorsque lrsquoeacutelegraveve reacuteussit agrave eacutetablir des liens entre les nouvelles connaissances et les connaissances anteacuterieures

bull Lrsquoorganisation des connaissances en reacuteseaux favorise chez lrsquoeacutelegraveve lrsquointeacutegration et la reacuteutilisation fonctionnelle des connaissances plus les connaissances sont organiseacutees sous forme de scheacutemas ou de reacuteseaux plus il est facile pour lrsquoeacutelegraveve de les retenir et de les reacutecupeacuterer de sa meacutemoire

bull Lrsquoacquisition des strateacutegies cognitives (qui portent sur le traitement de lrsquoinformation) et meacutetacognitives (qui se caracteacuterisent par une reacuteflexion sur lrsquoacte cognitif lui-mecircme ou sur le processus drsquoapprentissage) permet agrave lrsquoeacutelegraveve de reacutealiser le plus efficacement possible ses projets de communication et plus globalement son projet drsquoapprentissage

bull La motivation scolaire repose sur les perceptions qursquoa lrsquoeacutelegraveve de ses habileteacutes de ses capaciteacutes drsquoapprentissage de la valeur et des difficulteacutes de la tacircche et enfin de ses chances de reacuteussite La motivation scolaire deacutetermine le niveau de son engagement le degreacute de sa participation et la perseacuteveacuterance qursquoelle ou il apportera agrave la tacircche

Drsquoautres consideacuterations lieacutees agrave lrsquoapprentissageLrsquoapprentissage est plus efficace lorsque le caractegravere unique de lrsquoeacutelegraveve est pris en compte Pour cette raison diffeacuterentes situations drsquoapprentissage doivent ecirctre offertes aux eacutelegraveves afin de respecter leurs diffeacuterences cognitives sociales culturelles ainsi que leur rythme drsquoapprentissage Lrsquoapprentissage est plus efficace aussi lorsque les activiteacutes proposeacutees en classe sont signifiantes pertinentes inteacuteressantes reacutealisables axeacutees sur des expeacuteriences concregravetes drsquoapprentissage et lieacutees agrave des situations de la vie de tous les jours Enfin lrsquoapprentissage est plus efficace lorsque les eacutelegraveves se sentent accepteacutes par lrsquoenseignant et par leurs camarades de classe Plus le climat drsquoapprentissage est seacutecurisant plus les eacutelegraveves sont en mesure de prendre des risques et de poser des questions qui megravenent agrave une meilleure compreacutehension

Lrsquoeacutelegraveve de la 12e anneacutee et le milieu drsquoapprentissage des sciencesLa compreacutehension qursquoont les enseignants des qualiteacutes uniques de chaque eacutelegraveve et de leurs faccedilons drsquoapprendre va les aider agrave prendre des deacutecisions concernant les ressources et documents peacutedagogiques ainsi que les meacutethodes drsquoeacutevaluation et drsquoenseignement Notre compreacutehension de lrsquoapprentissage est en eacutevolution constante Le perfectionnement professionnel continu est important pour les enseignants eacutetant donneacute qursquoils cherchent agrave mettre agrave jour leur connaissance du processus de lrsquoapprentissage

laquo Pour apprendre quelque chose aux gens il faut meacutelanger ce qursquoils connaissent avec ce qursquoils ignorent raquo (Pablo Picasso)

Les eacutelegraveves que les enseignants rencontrent aujourdrsquohui sont diffeacuterents agrave de nombreux eacutegards des eacutelegraveves des geacuteneacuterations preacuteceacutedentes Les eacutelegraveves sont plus susceptibles de vivre dans une famille monoparentale ou dans une famille reconstitueacutee Un plus grand nombre occupent un emploi agrave temps partiel Les eacutelegraveves sont plus avanceacutes dans leurs connaissances et leur utilisation de la technologie de lrsquoinformation et une grande partie de leur compreacutehension du monde vient des meacutedias sociaux Les classes sont de plus en plus varieacutees sur le plan ethnique Les relations familiales les expeacuteriences de culture geacuteneacuterale et de la vie la personnaliteacute les inteacuterecircts les meacutethodes drsquoapprentissage le statut socio-eacuteconomique et le rythme du deacuteveloppement influent tous sur la capaciteacute qursquoa un eacutelegraveve drsquoapprendre

Caracteacuteristiques des apprenants de la 12e anneacuteeLrsquoobtention de diplocircme est un rite de passage important Pour les eacutelegraveves la derniegravere anneacutee drsquoeacutetudes au secondaire peut ecirctre laquo le meilleur et le pire des temps raquo La plupart des eacutelegraveves de la 12e anneacutee ont tisseacute des liens eacutetroits avec leurs camarades et se sentent bien au sein de lrsquoeacutecole Un bon nombre drsquoeacutelegraveves ont connu drsquoimportants deacuteveloppements en 10e et 11e anneacutees et se sentent plus confiants plus agrave lrsquoaise et manifestent un nouvel engagement agrave atteindre leurs objectifs personnels dans leurs eacutetudes au secondaire La 12e anneacutee peut ecirctre une peacuteriode excitante pour renforcer des liens drsquoamitieacute planifier lrsquoavenir et tirer profit drsquoune perspective plus large et plus reacutealiste

Les eacutelegraveves de 12e anneacutee peuvent avoir de la difficulteacute agrave bien geacuterer les contraintes de leur passage au monde adulte Pour certains eacutelegraveves lrsquoobtention de diplocircme repreacutesente le moment ougrave ils doivent quitter non seulement leur communauteacute scolaire et un groupe drsquoamis mais aussi leur maison et dans certaines circonstances leur quartier ou leur ville Les eacutelegraveves qui nrsquoont pas eacutetabli des plans preacutecis pour lrsquoavenir sont sous une eacutenorme pression agrave prendre des deacutecisions Certains eacutelegraveves deacutecouvrent que leurs champs drsquointeacuterecirct et leurs plans sont en contradiction avec les aspirations que leur famille a pour eux Agrave mesure que lrsquoanneacutee avance certains eacutelegraveves deacuteveloppent une meilleure ideacutee de leur identiteacute et de ce qursquoils vont faire Cette confiance se reflegravete dans leurs travaux Les eacutelegraveves qui ne sont pas en mesure de bien geacuterer leur anxieacuteteacute relativement agrave cette transition pourraient mal travailler parce qursquoils sont reacuteticents agrave quitter le reacuteseau de soutien qursquooffre leur communauteacute scolaire

Un bon nombre drsquoeacutelegraveves de 12e anneacutee se preacuteoccupent des prioriteacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la classe des relations des emplois des plans de fins drsquoanneacutee des plans drsquoeacutetudes futures des voyages ou des carriegraveres Certains eacutelegraveves perdent leur motivation agrave eacutetudier des mois avant la fin de lrsquoanneacutee scolaire Plusieurs eacutelegraveves deacuteveloppent un sentiment drsquoidentiteacute drsquoadulte dans le cadre de leur emploi et peuvent consideacuterer le monde agrave lrsquoexteacuterieur de la classe comme eacutetant le laquo monde reacuteel raquo Les enseignants doivent ecirctre flexibles lorsque les eacutelegraveves occupent un emploi mais ils doivent eacutegalement faire valoir les prioriteacutes et la valeur agrave long terme de lrsquoeacuteducation

Creacuteer un environnement drsquoapprentissage stimulantUne classe de sciences vivante eacutemerge drsquoun environnement physique stimulant et invitant et y est refleacuteteacute Bien que les ressources et les reacutealiteacutes physiques des salles de classe varient une salle de classe de sciences bien eacutequipeacutee offre ou contient un eacuteventail de ressources qui aident agrave stimuler lrsquoapprentissage Il est utile de faire participer les eacutelegraveves agrave la conception de la salle de classe

Des faccedilons de creacuteer un environnement drsquoapprentissage stimulant comprennent ce qui suit

bull Disposition souple des places Utiliser des tables ou des pupitres mobiles pour ameacutenager des dispositions qui reflegravetent une approche axeacutee sur lrsquoeacutelegraveve et qui permettent aux eacutelegraveves drsquointeragir dans diverses configurations

bull Unenvironnementmeacutediatique Avoir en salle de classe une bibliothegraveque pour les lectures autoseacutelectionneacutees La bibliothegraveque dans la salle de classe peut comprendre des magazines scientifiques des articles de journaux des bulletins de nouvelles des articles parus dans Internet des ouvrages de science-fiction et des travaux publieacutes par les eacutelegraveves Les ouvrages de reacutefeacuterence en salle de classe pourraient comprendre des dictionnaires et des encyclopeacutedies des sciences des livres de faits des logiciels et des titres sur CD-ROM des applications sur tablettes des examens anteacuterieurs reacuteunis dans des reliures et des manuels

bull Accegravesaumateacuterieleacutelectronique Si possible donner lrsquoaccegraves au mateacuteriel eacutelectronique p ex un ordinateur une tablette un teacuteleacuteviseur un lecteur DVD et un enregistreur videacuteo

bull Panneauxsynoptiques Poser des affiches accrocher des murales et des banderoles qui ceacutelegravebrent les reacutealisations des eacutelegraveves Les changer freacutequemment de faccedilon agrave refleacuteter les inteacuterecircts des eacutelegraveves et leur participation active agrave la classe de sciences

bull Exposer des objets et des artefacts Avoir des modegraveles des photos des reproductions artisanales des cartes des articles de magazines et de journaux etc dans votre salle de classe pour stimuler lrsquointerrogation et exprimer le lien entre la salle de classe et le monde exteacuterieur

bull Communication Afficher des listes de controcircle des processus et des strateacutegies pour faciliter et encourager lrsquoapprentissage indeacutependant par les eacutelegraveves Fournir un babillard pour les annonces administratives et les horaires

bull Laboratoirebieneacutequipeacuteetseacutecuritaire Lrsquoaccegraves reacutegulier agrave un laboratoire de sciences bien eacutequipeacute et seacutecuritaire encourage le deacuteveloppement drsquohabileteacutes de laboratoire importantes

4 DES CONSIDEacuteRATIONS GEacuteNEacuteRALES EN SCIENCES

La langueDe par leur nature les sciences constituent un terrain fertile agrave lrsquoapprentissage drsquoune langue seconde ou de la langue maternelle Lrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et la prise de deacutecisions STSE par exemple neacutecessitent des activiteacutes structureacutees des interactions sociales et des reacuteflexions abstraites faisant toutes appel agrave la communication orale ou eacutecrite Parallegravelement la langue est un outil indispensable agrave lrsquoacquisition et agrave la transmission des savoirs scientifiques et technologiques Lrsquoeacutelegraveve utilise la langue franccedilaise pour donner du sens agrave ses apprentissages pour se construire des savoirs pour reacutefleacutechir sur ses apprentissages pour srsquoapproprier des deacutemarches drsquoapprentissage pour nourrir sa pratique de la langue elle-mecircme et pour eacutelargir et affiner sa compreacutehension de la reacutealiteacute qui lrsquoentoure Enfin les sciences sont en quelque sorte une langue speacutecialiseacutee certes qui exige des meacutecanismes drsquoapprentissage semblables agrave ceux deacuteployeacutes pour lrsquoacquisition drsquoune langue

La qualiteacute du franccedilais parleacute et eacutecrit agrave lrsquoeacutecole est une responsabiliteacute partageacutee par tous les enseignants et ne relegraveve pas uniquement des enseignants de langue Dans cette optique les programmes drsquoeacutetudes en sciences de la nature favorisent lrsquoemploi drsquoun vocabulaire preacutecis et drsquoun style propre aux sciences Une peacutedagogie qui valorise les fonctions de la langue dans lrsquoapprentissage des sciences de la nature permet agrave lrsquoeacutelegraveve drsquoacqueacuterir des compeacutetences langagiegraveres et disciplinaires de srsquoapproprier les nuances propres agrave la langue drsquoecirctre meacutetacognitif en franccedilais et de deacutevelopper un rapport positif agrave la langue

Les sciences pour tousLes programmes drsquoeacutetudes manitobains visent agrave promouvoir lrsquoapprentissage des sciences et la possibiliteacute drsquoune carriegravere scientifique ou technologique pour tout eacutelegraveve fille ou garccedilon Les sciences ne sont plus un domaine reacuteserveacute aux hommes et il faut encourager autant les filles que les garccedilons agrave eacutelargir leurs inteacuterecircts et agrave deacutevelopper leurs talents par lrsquoentremise de situations et de deacutefis captivants et pertinents pour tous

Dans le mecircme ordre drsquoideacutee les sciences inteacuteressent et appartiennent agrave lrsquohumaniteacute entiegravere dans toute sa diversiteacute que ce soit au niveau culturel eacuteconomique personnel ou physique Il faut agrave la fois respecter et promouvoir la diversiteacute humaine agrave lrsquoorigine mecircme des sciences et de la technologie et srsquoassurer que toute personne inteacuteresseacutee par les sciences et la technologie peut les eacutetudier et reacutealiser son potentiel

LrsquoeacutethiqueLrsquoeacutetude des concepts scientifiques peut mener les eacutelegraveves comme les enseignants agrave discuter de questions drsquoeacutethique Par exemple lrsquoeacutetude de la production de polymegraveres syntheacutetiques peut donner lieu agrave des discussions sur un deacuteseacutequilibre potentiel entre lrsquoactiviteacute eacuteconomique et le respect de lrsquoenvironnement et des cultures

En effet nombreux sont les enjeux souleveacutes en classe de sciences qui comporteront des conseacutequences environnementales sociales ou morales Comme ces enjeux tirent leur origine de lrsquoeacutetude scientifique lrsquoenseignement devrait en tenir compte Il faut preacuteciser cependant que les sciences ne fournissent qursquoune toile de fond permettant la prise de deacutecisions personnelles et collectives plus eacuteclaireacutees Il incombe de geacuterer les discussions avec sensibiliteacute et sans deacutetour

La seacutecuriteacuteAu fur et agrave mesure de leur scolarisation les eacutelegraveves sont appeleacutes agrave ecirctre de plus en plus responsables lors drsquoactiviteacutes scientifiques En effet la seacutecuriteacute est une composante essentielle de la culture scientifique Lrsquoobservation des eacutelegraveves au cours drsquoune activiteacute meneacutee dans la classe ou lors drsquoune excursion scolaire permet agrave lrsquoenseignant de deacuteceler srsquoils manifestent les habileteacutes et les attitudes de seacutecuriteacute requises Le document drsquoappui La seacutecuriteacute en sciences de la nature (Manitoba ministegravere de lrsquoEacuteducation et de lrsquoEnseignement supeacuterieur 2015) fournit de nombreuses preacutecisions agrave ce sujet

Geacuteneacuteralement les eacutelegraveves du secondaire reacutealisent leurs expeacuteriences scientifiques ou observent une deacutemonstration scientifique dans un laboratoire proprement dit Agrave mesure que les expeacuteriences ou les deacutemonstrations faites en classes comportent un plus grand risque lrsquoenseignant doit srsquoassurer de disposer drsquoun local ou drsquoinstallations qui reacutepondent aux exigences en matiegravere de seacutecuriteacute en sciences Ces exigences sont deacutecrites dans La seacutecuriteacute en sciences de la nature

Tout en exigeant un apprentissage en franccedilais de la seacutecuriteacute en sciences lrsquoenseignante ou lrsquoenseignant doit tenir compte des compeacutetences langagiegraveres de chacun de ses eacutelegraveves et doit faire en sorte qursquoaucun eacutelegraveve ne soit mis agrave risque simplement parce qursquoelle ou il ne maicirctrise pas suffisamment le franccedilais

5 LrsquoENSEIGNEMENT DES SCIENCES DE LA NATURE

La deacutemarche agrave trois tempsLrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve est faciliteacute appuyeacute et encadreacute par une deacutemarche peacutedagogique geacutereacutee par lrsquoenseignant Par mesure de coheacuterence cette deacutemarche doit srsquoinspirer des principes drsquoapprentissage mentionneacutes ci bas La figure 6 explique la deacutemarche peacutedagogique agrave trois temps qui comprend la preacuteactiviteacute lrsquoactiviteacute proprement dite et la postactiviteacute

Fig 6 ndash Deacutemarche drsquoapprentissage Tireacute et adapteacute du Dictionnaire actuel de lrsquoeacuteducation 2e eacuted de Renald Legendre

APPRENTISSAGE DE LrsquoEacuteLEgraveVE

DEacuteMARCHE PEacuteDAGOGIQUE OPEacuteRATIONNALISATION EacuteVALUATION FORMATIVE INTERACTIVE

1er temps Preacuteparation de la situation drsquoapprentissage (la preacuteactiviteacute) Lrsquoeacutelegraveve se rappelle la situation

drsquoapprentissage preacuteceacutedente ou des reacutesultats de situations preacuteceacutedentes qursquoil a veacutecues

Lrsquoenseignant facilite le retour de lrsquoeacutelegraveve sur la situation drsquoapprentissage preacuteceacutedente ou sur les reacutesultats drsquoexpeacuteriences anteacuterieures

Lrsquoenseignant observe les significations que lrsquoeacutelegraveve deacutegage de ses expeacuteriences anteacuterieures (attitudes habileteacutes connaissances)

Lrsquoeacutelegraveve formule ou srsquoapproprie des objectifs drsquoapprentissage les relie agrave son veacutecu et anticipe drsquoen tirer profit (drsquoougrave sa participation et son inteacuterecirct) Lrsquoeacutelegraveve considegravere aussi ses acquis en rapport avec les objectifs proposeacutes

Lrsquoenseignant preacutesente les objectifs drsquoapprentissage les rend significatifs et accessibles les relie au veacutecu de lrsquoeacutelegraveve et facilite la relation entre les acquis et les objectifs proposeacutes

Lrsquoenseignant veacuterifie la compreacutehension par lrsquoeacutelegraveve des objectifs Il veacuterifie si les objectifs semblent ecirctre signifiants et pertinents et si lrsquoeacutelegraveve a les acquis neacutecessaires pour poursuivre les objectifs proposeacutes

Lrsquoeacutelegraveve propose ou choisit une situation drsquoapprentissage et formule des questions et des reacuteactions en rapport avec cette situation Lrsquoeacutelegraveve cherche agrave se doter de ressources et drsquooutils et agrave creacuteer un milieu propice agrave lrsquoapprentissage seul ou avec ses pairs

Lrsquoenseignant propose des situations drsquoapprentissage signifiantes et seacutecurise lrsquoeacutelegraveve face au choix drsquoune situation en preacutecisant les attentes Il facilite lrsquoorganisation des groupes et du milieu drsquoapprentissage (ressources et outils disponibles)

Lrsquoenseignant veacuterifie que lrsquoeacutelegraveve a compris les situations drsquoapprentissage et qursquoil peut en deacutegager les significations Lrsquoenseignant veacuterifie aussi si lrsquoeacutelegraveve est agrave lrsquoaise et de quelles faccedilons il se preacutepare

2e temps Reacutealisation de la situation drsquoapprentissage (lrsquoactiviteacute) Lrsquoeacutelegraveve traite du contenu drsquoapprentissage

en explorant et en eacutetudiant des pheacutenomegravenes des informations ou des sources de donneacutees (observation interrogation recherche analyse description preacutediction formulation drsquohypothegravese etc)

Lrsquoeacutelegraveve choisit et organise lrsquoinformation

(traitement de donneacutees scheacutematisation synthegravese critique etc) pour la preacutesenter agrave la fin (extrapolation deacuteduction eacutevaluation conclusion application)

Lrsquoenseignant incite et guide lrsquoeacutelegraveve dans sa recherche ou son expeacuterimentation en proposant des eacuteleacutements de source ou de solution et en conscientisant lrsquoeacutelegraveve aux techniques neacutecessaires pour puiser de lrsquoinformation

Lrsquoenseignant guide aussi lrsquoeacutelegraveve dans

lrsquoorganisation et la preacutesentation de son information et de ses reacutesultats lui proposant des pistes diverses et approprieacutees tout en lui aidant agrave prendre conscience de la deacutemarche utiliseacutee

Lrsquoenseignant observe la deacutemarche et les strateacutegies de lrsquoeacutelegraveve dans son eacutetude ou sa reacutesolution de problegravemes tout en veacuterifiant son inteacuterecirct au niveau de la collecte de donneacutees de lrsquoorganisation de lrsquoinformation et de la preacutesentation de ses reacutesultats

3e temps Inteacutegration de la situation drsquoapprentissage (la postactiviteacute) Lrsquoeacutelegraveve effectue un retour (une reacuteflexion)

sur la situation drsquoapprentissage en objective sa deacutemarche et son produit tire des conclusions deacutegage des regravegles et principes ou applique les reacutesultats agrave une situation drsquoapprentissage analogue

Lrsquoenseignant facilite le retour sur la situation drsquoapprentissage guide lrsquoeacutelegraveve dans lrsquoobjectivation lrsquoaide agrave tirer des conclusions et agrave appliquer les reacutesultats dans une situation analogue

Lrsquoenseignant observe la participation de lrsquoeacutelegraveve dans le retour sur la situation drsquoapprentissage Il observe chez lrsquoeacutelegraveve son objectivation sa deacutemarche pour en arriver agrave des conclusions et son application des reacutesultats dans une situation analogue

Lrsquoeacutelegraveve integravegre la situation drsquoapprentissage en y deacutegageant des significations personnelles tout en agrandissant son reacutepertoire drsquoattitudes drsquohabileteacutes et de connaissances et en teacutemoignant de la confiance Il est capable de reacuteinvestir ce nouveau savoir dans une autre situation

Lrsquoenseignant aide lrsquoeacutelegraveve agrave deacutegager des significations personnelles relieacutees agrave une situation drsquoapprentissage fournit de la reacutetroaction sur les reacutesultats de la situation et facilite lrsquoexpression et la manifestation de la confiance qursquoa lrsquoeacutelegraveve en lui-mecircme en lui proposant des situations de reacuteinvestissement

Lrsquoenseignant veacuterifie la pertinence des significations personnelles relieacutees agrave la situation drsquoapprentissage eacutevalue la deacutemarche suivie par lrsquoeacutelegraveve et son apprentissage observe lrsquoimage qursquoa lrsquoeacutelegraveve de lui-mecircme et veacuterifie le degreacute de participation de lrsquoeacutelegraveve dans le reacuteinvestissement

Il y a interdeacutependance dans les diffeacuterents eacuteleacutements de la deacutemarche peacutedagogique leur deacuteroulement nrsquoest pas forceacutement lineacuteaire et il varie drsquoun eacutelegraveve agrave lrsquoautre

La promotion de la culture scientifiqueTout en suivant une deacutemarche peacutedagogique axeacutee sur lrsquoeacutelegraveve dans la mesure du possible lrsquoenseignant en sciences de la nature ne doit pas perdre de vue son rocircle dans la promotion de la culture scientifique Lrsquoenseignant doit

bull encourager lrsquoeacutelegraveve agrave deacutevelopper un sentiment drsquoeacutemerveillement et de curiositeacute accompagneacute drsquoun sens critique agrave lrsquoeacutegard de lrsquoactiviteacute scientifique et technologique

bull amener lrsquoeacutelegraveve agrave se servir des sciences et de la technologie pour construire de nouvelles connaissances et reacutesoudre des problegravemes lui permettant drsquoameacuteliorer sa qualiteacute de vie et celle des autres

bull preacuteparer lrsquoeacutelegraveve agrave aborder de faccedilon critique des enjeux drsquoordre social eacuteconomique eacutethique ou environnemental lieacutes aux sciences

bull offrir agrave lrsquoeacutelegraveve une formation solide en sciences lui donnant la possibiliteacute de poursuivre des eacutetudes supeacuterieures de se preacuteparer agrave une carriegravere lieacutee aux sciences et drsquoentreprendre des loisirs agrave caractegravere scientifique convenant agrave ses inteacuterecircts et aptitudes

bull deacutevelopper chez lrsquoeacutelegraveve dont les aptitudes et les inteacuterecircts varient une sensibilisation agrave une vaste gamme de meacutetiers lieacutes aux sciences agrave la technologie et agrave lrsquoenvironnement

Lrsquoexpeacuterimentation par lrsquoeacutelegraveve est au centre de lrsquoapprentissage et de lrsquoenseignement des sciences de la nature Lrsquoaccent nrsquoest plus mis sur la meacutemorisation des faits et des theacuteories scientifiques isoleacutees du monde reacuteel Les eacutelegraveves apprennent agrave apprendre agrave penser agrave eacutevaluer de faccedilon critique lrsquoinformation recueillie et agrave prendre des deacutecisions eacuteclaireacutees

Dans la salle de classe en sciences de la nature lrsquoenseignant doit ecirctre agrave la fois bull un peacutedagoguebull un modegravele en ce qui a trait aux attitudes et aux habileteacutes scientifiques et technologiquesbull un passionneacute des sciences et de la technologie

laquo On ne peut rien enseigner agrave autrui On ne peut que lrsquoaider agrave deacutecouvrir raquo (Galileo Galilei)

laquo Jrsquoentends et jrsquooublie Je vois et je me souviens Je fais et je comprends raquo (Proverbe chinois)

Fig 7 ndash Changement de prioriteacutes dans lrsquoapprentissage et lrsquoenseignement des sciences de la nature Traduction drsquoun extrait du document National Science Education Standards p 113 publieacute par la National Academy of Sciences

Lrsquoapprentissage des sciences Insister moins sur

Privileacutegier plutocirct la connaissance de faits et de donneacutees

scientifiques la compreacutehension de concepts scientifiques et le

deacuteveloppement drsquohabileteacutes pour la recherche scientifique

lrsquoeacutetude de chaque discipline en soi (sciences de la vie sciences chimiques et physiques sciences de la Terre et de lrsquoespace)

lrsquoapprentissage du contenu disciplinaire abordeacute dans divers contextes afin de comprendre des perspectives personnelles et sociales lieacutees aux sciences et agrave la technologie ainsi que lrsquohistoire et la nature des sciences

la distinction entre les connaissances scientifiques et la deacutemarche scientifique

lrsquointeacutegration de tous les savoirs (attitudes habileteacutes connaissances) agrave lrsquoeacutetude scientifique

le survol de nombreux sujets scientifiques lrsquoeacutetude de quelques concepts scientifiques fondamentaux

lrsquoexeacutecution drsquoune eacutetude scientifique au moyen drsquoun ensemble prescrit de proceacutedeacutes

lrsquoeacutetude scientifique comme un apprentissage continu de strateacutegies drsquohabileteacutes et de concepts

Changement de prioriteacutes peacutedagogiques pour favoriser lrsquoeacutetude scientifique Insister moins sur

Privileacutegier plutocirct

les activiteacutes de deacutemonstration et de veacuterification des connaissances scientifiques

les activiteacutes de recherche et drsquoanalyse lieacutees agrave des questions scientifiques

la recherche ou lrsquoexpeacuterience effectueacutee sur une seule peacuteriode de classe

la recherche ou lrsquoexpeacuterience effectueacutee sur une peacuteriode de temps prolongeacutee

lrsquoapplication des habileteacutes scientifiques hors contexte

lrsquoapplication des habileteacutes scientifiques dans un contexte reacuteel

lrsquoapplication drsquoune seule habileteacute isoleacutement telle que lrsquoobservation ou lrsquoinfeacuterence

lrsquoapplication de multiples habileteacutes inteacutegreacutees faisant appel agrave la manipulation la cognition et le traitement

lrsquoobtention drsquoune reacuteponse lrsquoexploitation des donneacutees et des strateacutegies pour deacutevelopper ou reacuteviser une explication

les sciences agrave titre drsquoexploration et drsquoexpeacuterience les sciences agrave titre drsquoargument et drsquoexplication la livraison de reacuteponses aux questions sur des

connaissances scientifiques la communication drsquoexplications scientifiques

lrsquoanalyse et la synthegravese des donneacutees individuellement ou collectivement sans affirmer ni justifier une conclusion

lrsquoanalyse et la synthegravese freacutequentes de donneacutees par des groupes drsquoeacutelegraveves apregraves qursquoils ont affirmeacute et justifieacute leurs conclusions

lrsquoeacutetude drsquoune grande quantiteacute de connaissances au deacutetriment du nombre de recherches ou drsquoexpeacuteriences

de nombreuses recherches et expeacuteriences pour deacutevelopper une compreacutehension de lrsquoeacutetude scientifique et pour apprendre des attitudes des habileteacutes et des connaissances scientifiques

la conclusion drsquoune eacutetude scientifique aussitocirct que les reacutesultats drsquoune expeacuterience sont obtenus

lrsquoapplication des reacutesultats drsquoune expeacuterience agrave des arguments et agrave des explications scientifiques

la gestion du mateacuteriel et de lrsquoeacutequipement la gestion des ideacutees et de lrsquoinformation la communication des ideacutees et des conclusions de

lrsquoeacutelegraveve agrave lrsquoenseignante ou lrsquoenseignant seulement

la communication ouverte des ideacutees et du travail de lrsquoeacutelegraveve agrave toute la classe

6 LrsquoEacuteVALUATION EN SCIENCES DE LA NATURE

Lrsquoeacutevaluation en salle de classe fait partie inteacutegrante de lrsquoenseignement des sciences Lrsquoeacutevaluation est le laquo processus systeacutematique de cueillette drsquoinformation au sujet de ce qursquoun eacutelegraveve sait peut faire et apprend agrave faire raquo Lrsquoobjet premier de lrsquoeacutevaluation en salle de classe nrsquoest pas drsquoeacutevaluer et de classer les eacutelegraveves mais bien drsquoinformer lrsquoenseignant et drsquoameacuteliorer lrsquoapprentissage et de suivre la progression des eacutelegraveves vers lrsquoatteinte des objectifs drsquoapprentissage en fin drsquoanneacutee

On deacutefinit grosso modo lrsquoeacutevaluation en salle de classe comme une activiteacute ou une expeacuterience qui donne de lrsquoinformation sur lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Les enseignants en apprennent sur la progression des eacutelegraveves non seulement par lrsquoentremise de projets drsquoexamens et de tests formels mais aussi par lrsquoobservation suivie des eacutelegraveves agrave lrsquoœuvre et les conversations avec les eacutelegraveves sur leur apprentissage Ils procegravedent souvent agrave lrsquoeacutevaluation par des activiteacutes drsquoenseignement

La plus grande partie de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves est interne Pour eacutevaluer les connaissances habileteacutes et strateacutegies des eacutelegraveves en sciences ainsi que les attitudes les enseignants ont besoin drsquoun eacuteventail drsquooutils et drsquoapproches Ils posent des questions observent les eacutelegraveves qui exeacutecutent un eacuteventail de processus et drsquoactiviteacutes drsquoapprentissage et examinent le travail des eacutelegraveves en cours Ils soumettent eacutegalement les eacutelegraveves agrave une eacutevaluation par les pairs et agrave des activiteacutes drsquoautoeacutevaluation Les renseignements que les enseignants et les eacutelegraveves retirent des activiteacutes drsquoeacutevaluation informent et faccedilonnent ce qui se passe dans la salle de classe lrsquoeacutevaluation sous-entend toujours qursquoune action suivra Pour deacuteterminer si les objectifs drsquoapprentissage des eacutelegraveves ont eacuteteacute atteints lrsquoeacutevaluation des eacutelegraveves doit faire partie inteacutegrante de lrsquoenseignement et de lrsquoapprentissage Lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves fait intervenir une planification minutieuse et une mise en œuvre systeacutematique

Buts de lrsquoeacutevaluationIl y a trois buts distincts mais interdeacutependants pour lrsquoeacutevaluation en classe lrsquoeacutevaluation au service de lrsquoapprentissage lrsquoeacutevaluation en tant qursquoapprentissage et lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage

bull Lrsquoeacutevaluation au service de lrsquoapprentissage vise agrave fournir des donneacutees aux enseignants pour qursquoils modifient et diffeacuterencient les activiteacutes drsquoenseignement et drsquoapprentissage Elle part du principe que les eacutelegraveves apprennent de faccedilon personnelle mais aussi que bon nombre drsquoentre eux suivent des stades et des cheminements preacutevisibles Elle exige une planification de la part des enseignants de faccedilon qursquoils se servent des donneacutees recueillies pour deacuteterminer non seulement ce que les eacutelegraveves savent mais eacutegalement srsquoils mettent ce savoir en application comment ils le font et quand ils le font Les enseignants peuvent aussi se servir de ces renseignements pour simplifier et orienter lrsquoenseignement et les ressources ainsi que pour fournir des commentaires aux eacutelegraveves afin de les aider agrave progresser dans leur apprentissage

Au lieu de mettre lrsquoaccent sur la meacutemorisation de laquo faits raquo preacutecis deacutetailleacutes et non relieacutes [lrsquoeacutevaluation en sciences] devrait accorder plus de poids agrave la compreacutehension holistique des principales ideacutees scientifiques et agrave la compreacutehension critique des sciences et du raisonnement scientifique (Millar et Osborne 1998 25)

bull Lrsquoeacutevaluation en tant qursquoapprentissage est un processus qui vise agrave deacutevelopper et agrave favoriser la meacutetacognition chez les eacutelegraveves Elle met lrsquoaccent sur le rocircle de lrsquoeacutelegraveve comme agent premier dans lrsquoeacutetablissement des liens entre lrsquoeacutevaluation et lrsquoapprentissage quand les eacutelegraveves agissent comme eacutevaluateurs actifs engageacutes et critiques ils donnent un sens aux contenus drsquoapprentissage les relient agrave ce qursquoils connaissent deacutejagrave et srsquoen servent pour apprendre davantage Il y a meacutetacognition lorsque les eacutelegraveves veillent eux-mecircmes agrave leur apprentissage et qursquoils se servent des reacutetroactions ainsi recueillies pour faire des ajustements des adaptations et mecircme des changements importants agrave ce qursquoils comprennent Cela exige que les enseignants aident les eacutelegraveves agrave deacutevelopper et agrave pratiquer la reacuteflexion mais aussi agrave se sentir plus agrave lrsquoaise avec cette posture reacuteflexive et agrave analyser leur apprentissage de faccedilon critique

bull Lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage est de nature sommative et sert agrave confirmer ce que les eacutelegraveves savent et savent faire et agrave montrer srsquoils ont atteint les reacutesultats drsquoapprentissage preacutevus Lrsquoeacutevaluation devrait se fonder sur un eacuteventail de renseignements relatifs agrave lrsquoeacutevaluation Lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage sert principalement agrave mesurer les reacutealisations de lrsquoeacutelegraveve agrave faire rapport aux parents ou aux tuteurs aux eacutelegraveves et agrave drsquoautres parties inteacuteresseacutees ou agrave mesurer lrsquoefficaciteacute de la programmation de lrsquoenseignement

Planification de lrsquoeacutevaluationOn devrait eacutelaborer les objectifs approches et outils drsquoeacutevaluation en mecircme temps que les approches drsquoenseignement au cours de la planification du module Au moment drsquoeacutelaborer les meacutethodes et tacircches drsquoeacutevaluation les enseignants deacuteterminent bull ce qursquoils eacutevaluentbull pourquoi ils lrsquoeacutevaluentbull comment ils utiliseront les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluationbull qui recevra les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluationbull quelles activiteacutes ou tacircches drsquoeacutevaluation permettront aux eacutelegraveves de faire une deacutemonstration

de leur apprentissage de faccedilons authentiques

Caracteacuteristiques drsquoune eacutevaluation efficaceUne eacutevaluation efficace aide agrave concentrer lrsquoeffort sur la mise en œuvre de strateacutegies visant agrave faciliter lrsquoapprentissage tant dans la salle de classe qursquoagrave lrsquoexteacuterieur et est bull conforme agrave lrsquoenseignement et en fait partie inteacutegrantebull continue et permanentebull fondeacutee sur des tacircches authentiques ainsi que des contextes et processus drsquoapprentissage

des sciences significatifsbull fondeacutee sur des critegraveres que les eacutelegraveves connaissent et comprennent faisant appel agrave leurs

points fortsbull un processus de collaboration faisant intervenir les eacutelegravevesbull multidimensionnelle et a recours agrave un vaste eacuteventail drsquooutils et de meacutethodesbull axeacutee sur ce que les eacutelegraveves ont appris et peuvent faire

Une discussion de ces sept caracteacuteristiques de lrsquoeacutevaluation efficace suit

LrsquoeacutevaluationefficaceestconformeagravelrsquoenseignementetenfaitpartieinteacutegranteLrsquoeacutevaluation exige des enseignants drsquoecirctre continuellement au courant de lrsquoobjectif de lrsquoenseignement qursquoest-ce que je veux que mes eacutelegraveves apprennent que peuvent-ils faire pour montrer qursquoils lrsquoont appris La faccedilon qursquoutilisent les enseignants pour eacutevaluer deacutepend de ce qursquoils eacutevaluent ndash agrave savoir srsquoils eacutevaluent des connaissances deacuteclaratives des connaissances proceacutedurales ou des attitudes et des habitudes intellectuelles

bull Connaissance deacuteclarative La connaissance deacuteclarative est la dimension de lrsquoapprentissage la plus simple agrave mesurer agrave lrsquoaide drsquooutils traditionnels si les enseignants veulent mesurer une meacutemorisation de faits Cependant la raison pour laquelle on favorise la culture scientifique nrsquoest pas satisfaite si les eacutelegraveves se contentent de meacutemoriser la connaissance deacuteclarative en rapport aux sciences ce qui est plus important crsquoest de savoir si les eacutelegraveves comprennent et sont en mesure de mettre ces connaissances en application Par exemple il est plus important qursquoils comprennent la raison drsquoecirctre et les enjeux de la chimie organique qursquoils reacuteagissent agrave ce que signifie la chimie organique pour eux personnellement et pour lrsquoenvironnement qursquoils interpregravetent cette signification de la chimie organique et qursquoils utilisent avec aisance la terminologie de faccedilon agrave enrichir leurs aptitudes en matiegravere de communications scientifiques et repreacutesentent plutocirct que reproduisent une deacutefinition de la chimie organique Le deacutefi pour les enseignants est de concevoir des outils qui veacuterifient lrsquoapplication de la connaissance deacuteclarative

bull Connaissance proceacutedurale Les outils qui sont conccedilus pour veacuterifier la connaissance deacuteclarative ne peuvent pas eacutevaluer efficacement les processus et habileteacutes Par exemple au lieu drsquoessayer de deacuteduire les processus utiliseacutes par les eacutelegraveves en examinant le produit final les enseignants eacutevaluent la connaissance proceacutedurale en observant les eacutelegraveves agrave lrsquoœuvre en discutant de leurs strateacutegies avec eux dans le cadre de confeacuterences et drsquoentrevues et en recueillant des donneacutees sur la reacuteflexion des eacutelegraveves notamment dans les journaux

bull Attitudes et habitudes intellectuelles On ne peut pas eacutevaluer directement les attitudes et habitudes intellectuelles Elles sont implicites dans ce que disent et font les eacutelegraveves Habituellement les outils drsquoeacutevaluation deacutecrivent les comportements qui sont un reflet des attitudes et habitudes de personnes cultiveacutees Ils identifient les attitudes et habitudes intellectuelles qui ameacuteliorent lrsquoutilisation et lrsquoapprentissage du langage lieacute aux sciences et donnent aux eacutelegraveves les moyens de penser agrave leurs propres processus internes Par exemple au lieu drsquoattribuer des notes globales pour la participation en classe les enseignants eacutevaluent les objectifs drsquoapprentissage relieacutes agrave lrsquoapport reacuteel des eacutelegraveves au sein des groupes grands et petits

Lrsquoeacutevaluation vise agrave informer les eacutelegraveves des points importants de la programmation et agrave les aider agrave se concentrer sur les aspects importants de lrsquoapprentissage Si les enseignants eacutevaluent uniquement les eacuteleacutements les plus faciles agrave mesurer les eacutelegraveves pourraient se concentrer uniquement sur ces aspects Par exemple si les cours de sciences accordent une grande importance agrave la collaboration agrave la creacuteativiteacute et au raisonnement divergent (des objectifs drsquoapprentissage qui peuvent ecirctre plus difficiles agrave mesurer) par conseacutequent les processus et outils drsquoeacutevaluation doivent refleacuteter ces valeurs Les faccedilons qursquoutilisent les enseignants pour eacutevaluer (quoi et comment) informent les eacutelegraveves de ce qui est jugeacute important dans lrsquoapprentissage

Lrsquoeacutevaluation efficace est continue et permanenteLrsquoeacutevaluation qui fait partie inteacutegrante de lrsquoenseignement quotidien donne aux eacutelegraveves des occasions freacutequentes drsquoavoir une reacutetroaction de modifier leurs meacutethodes et leurs approches drsquoapprentissage et drsquoobserver leurs progregraves Les enseignants donnent une eacutevaluation informelle en posant des questions aux eacutelegraveves et en leur faisant des observations Ils procegravedent eacutegalement agrave des eacutevaluations formelles agrave diverses eacutetapes drsquoun projet ou drsquoune uniteacute drsquoeacutetude Lrsquoeacutevaluation continue creacutee continuellement des occasions pour les enseignants drsquoexaminer et de reacuteviser lrsquoenseignement le contenu les points importants du processus et les ressources peacutedagogiques

Lrsquoeacutevaluation efficace est fondeacutee sur des tacircches authentiques ainsi que des contextes et processus significatifs drsquoapprentissage des sciencesEn sciences les tacircches devraient ecirctre authentiques et significatives des tacircches qui meacuteritent drsquoecirctre maicirctriseacutees en soi plutocirct que des tacircches conccedilues tout simplement pour deacutemontrer la compeacutetence de lrsquoeacutelegraveve vis-agrave-vis des enseignants et des autres Gracircce agrave lrsquoeacutevaluation les enseignants deacutecouvrent si les eacutelegraveves peuvent utiliser les connaissances les processus et les ressources de faccedilon efficace pour atteindre des objectifs utiles Par conseacutequent les enseignants conccediloivent des tacircches qui reproduisent le contexte dans lequel les connaissances seront appliqueacutees agrave lrsquoexteacuterieur de la salle de classe

Par exemple des tacircches authentiques de reacutedaction scientifique emploient les formules utiliseacutees par un grand eacuteventail de personnes (par exemple scientifiques journalistes cineacuteastes poegravetes romanciers publicistes confeacuterenciers reacutedacteurs techniques ingeacutenieurs et universitaires) Le plus souvent possible les eacutelegraveves eacutecrivent parlent ou repreacutesentent leurs ideacutees pour des auditoires reacuteels et agrave des fins reacuteelles Au moment drsquoeacutelaborer les tacircches drsquoeacutevaluation les enseignants peuvent envisager de fournir aux eacutelegraveves les ressources que les gens utilisent lorsqursquoils exeacutecutent les mecircmes tacircches dans des situations reacuteelles en rapport agrave des problegravemes en sciences

Les tacircches drsquoeacutevaluation authentiques ne sont pas seulement des veacuterifications de lrsquoinformation que les eacutelegraveves possegravedent mais aussi de la faccedilon dont leur compreacutehension drsquoune matiegravere srsquoest approfondie et de leur capaciteacute de mettre en application lrsquoapprentissage Elles deacutemontrent aux eacutelegraveves la pertinence et lrsquoimportance de lrsquoapprentissage Les tests axeacutes sur le rendement sont eacutegalement une faccedilon de consolider lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Le problegraveme eacuteternel qursquoont les enseignants avec laquo lrsquoenseignement en fonction du test raquo est moins preacuteoccupant si les tests sont des eacutevaluations authentiques des connaissances habileteacutes et strateacutegies des eacutelegraveves ainsi que des attitudes

Lrsquoeacutevaluation efficace est fondeacutee sur des critegraveres que les eacutelegraveves connaissent et comprennent faisant appel agrave leurs points fortsLes critegraveres drsquoeacutevaluation doivent ecirctre clairement eacutetablis et ecirctre expliciteacutes aux eacutelegraveves avant un travail ou un test de sorte que les eacutelegraveves peuvent se concentrer sur leurs efforts En outre dans toute la mesure du possible les eacutelegraveves doivent participer agrave lrsquoeacutelaboration des critegraveres drsquoeacutevaluation

Les eacutelegraveves devraient eacutegalement comprendre parfaitement agrave quoi ressemble la reacutealisation de chaque tacircche proposeacutee Des modegraveles de travaux effectueacutes par les eacutelegraveves au cours drsquoanneacutees preacuteceacutedentes et drsquoautres exemplaires de reacutefeacuterence aident les eacutelegraveves agrave eacutelaborer des objectifs personnels drsquoapprentissage

Chaque tacircche drsquoeacutevaluation devrait veacuterifier uniquement les objectifs drsquoapprentissage mentionneacutes aux eacutelegraveves Par exemple cela signifie que les tests sur les aptitudes en laboratoire doivent ecirctre conccedilus et annoteacutes de faccedilon agrave recueillir des donneacutees sur les aptitudes en laboratoire des eacutelegraveves et non sur leur capaciteacute drsquoexprimer efficacement des ideacutees par eacutecrit dans un rapport de laboratoire

Lrsquoeacutevaluation efficace est un processus de collaboration faisant intervenir les eacutelegravevesLrsquoobjet final de lrsquoeacutevaluation est de permettre aux eacutelegraveves de srsquoeacutevaluer eux-mecircmes Lrsquoaugmentation graduelle de la responsabiliteacute des eacutelegraveves en ce qui concerne lrsquoeacutevaluation vise agrave deacutevelopper lrsquoautonomie des eacutelegraveves en tant qursquoapprenants permanents Lrsquoeacutevaluation devrait faire diminuer au lieu de favoriser la deacutependance des eacutelegraveves vis-agrave-vis des commentaires des enseignants qui donnent une orientation de lrsquoapprentissage et des notes pour valider leurs reacutealisations

Lrsquoeacutevaluation ameacuteliore la meacutetacognition des eacutelegraveves Elle les aide agrave porter des jugements sur leur propre apprentissage et leur fournit lrsquoinformation neacutecessaire pour fixer des objectifs et veiller eux-mecircmes agrave leur apprentissage

Les enseignants augmentent les responsabiliteacutes des eacutelegraveves au plan de lrsquoeacutevaluation en bull exigeant des eacutelegraveves qursquoils choisissent les produits et performances permettant de deacutemontrer

leur apprentissagebull faisant participer les eacutelegraveves agrave lrsquoeacutelaboration des critegraveres drsquoeacutevaluation dans toute la mesure

du possible (Cela clarifie les objectifs drsquoune tacircche donneacutee et donne aux eacutelegraveves le vocabulaire neacutecessaire pour discuter de leur propre travail)

bull soumettant les eacutelegraveves agrave une eacutevaluation par les pairs de faccedilon informelle par le biais de confeacuterences avec leurs pairs et de faccedilon formelle en utilisant des listes de controcircle

bull demandant aux eacutelegraveves drsquoutiliser des outils de reacuteflexion et drsquoautoeacutevaluation agrave toutes les occasions possibles (par exemple listes de controcircle drsquoautoeacutevaluation journaux deacutetermination et choix des objectifs et autoeacutevaluation drsquoeacuteleacutements du portfolio)

bull eacutetablissant un protocole pour les eacutelegraveves qui veulent contester une note attribueacutee par un enseignant (les appels formels sont des exercices preacutecieux en reacutedaction persuasive et donnent aux eacutelegraveves des occasions drsquoexaminer leur rendement en fonction des critegraveres drsquoeacutevaluation)

Lrsquoeacutevaluation efficace est multidimensionnelle et a recours agrave un vaste eacuteventail drsquooutils et de meacutethodesLrsquoeacutevaluation en sciences doit reconnaicirctre la complexiteacute et la nature holistique de lrsquoapprentissage en ce qui concerne la culture scientifique Pour compiler un profil complet des progregraves de chaque eacutelegraveve les enseignants recueillent des donneacutees en utilisant de nombreux meacutecanismes en de nombreuses occasions Les profils des eacutelegraveves peuvent faire intervenir agrave la fois les eacutelegraveves et les enseignants dans lrsquoeacutevaluation et la collecte de donneacutees Le tableau qui suit cerne les domaines agrave eacutevaluer et preacutesente quelques instruments outils et meacutethodes drsquoeacutevaluation

Fig 8 ndash Caracteacuteristiques drsquoune eacutevaluation efficace Traduit et adapteacute du document drsquoEacuteducation et Formation professionnelle Manitoba Senior 3 English Language Arts A Foundation for Implementation

(Winnipeg [Manitoba] Education et Formation professionnelle Manitoba 1999) 2-10 ndash 2-14

Lrsquoeacutevaluation efficace est axeacutee sur ce que les eacutelegraveves ont appris et peuvent faireLrsquoeacutevaluation doit ecirctre eacutequitable elle doit donner des occasions de reacuteussite agrave chaque eacutelegraveve Lrsquoeacutevaluation efficace fait la deacutemonstration des connaissances des habileteacutes et des attitudes ainsi que des strateacutegies de chaque eacutelegraveve et des progregraves que fait lrsquoeacutelegraveve au lieu de tout simplement relever les lacunes au niveau de lrsquoapprentissage

Profil de la cueillette de donneacutees

Observation des processus et conversations

Observation des produits et performances

Enseignant Listes de

controcircle Confeacuterences

et entrevues Dossiers et

commentaires anecdotiques

Examens des eacutebauches et reacutevisions

Preacutesentations orales

Rubriques et baregravemes de notation

Eacutelegraveves journaux outils et

instruments drsquoauto-eacutevaluation (p ex listes de controcircle eacutechelles de cotation graphiques drsquoavancement

outils et instruments drsquoauto-eacutevaluation (p ex dossiers des confeacuterences avec les pairs eacutechelles de notation)

Enseignant travaux eacutecrits deacutemonstrations preacutesentations seacuteminaires projets portfolios carnets et

journaux des eacutelegraveves

listes de controcircle

rubriques et baregravemes de notation

instruments drsquoauto-eacutevaluation

outils et instruments drsquoeacutevaluation par les pairs

analyse de portfolio

Tests en salle de classe

Tests des divisions et des normes

provinciales Enseignant tests papier et

crayon (p ex tests conccedilus par lrsquoenseignant tests de module tests agrave reacuteponse eacutelaboreacutee)

tests de rendement et simulation

Enseignant rubriques et baregravemes de notation

Fig 8 ndash Caracteacuteristiques drsquoune eacutevaluation efficace Traduit et adapteacute du document drsquoEacuteducation et Formation professionnelle Manitoba Senior 3 English Language Arts A Foundation for Implementation (Winnipeg [Manitoba] Eacuteducation et Formation professionnelle Manitoba 1999) 2-10 ndash 2-14

Pour eacutevaluer ce que les eacutelegraveves ont appris et peuvent faire les enseignants doivent recourir agrave un eacuteventail de strateacutegies et drsquoapproches notamment

bull Utiliser un vaste eacuteventail drsquoinstruments pour eacutevaluer les expressions multidimensionnelles de lrsquoapprentissage de chaque eacutelegraveve en eacutevitant de se fier agrave la meacutemorisation des notes

bull Donner aux eacutelegraveves des occasions drsquoapprendre agrave partir de la reacutetroaction et de peaufiner leur travail en reconnaissant que ce nrsquoest pas chaque projet qui sera un succegraves ni que cela fera partie drsquoune eacutevaluation sommative

bull Examiner plusieurs eacuteleacutements du travail de lrsquoeacutelegraveve en eacutevaluant un objectif drsquoapprentissage donneacute afin de srsquoassurer que les donneacutees recueillies sont des bases valables pour faire des geacuteneacuteralisations au sujet de lrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve

bull Eacutelaborer des profils complets de lrsquoeacutelegraveve en utilisant lrsquoinformation obtenue agrave la fois drsquoune eacutevaluation par rapport agrave un objectif drsquoapprentissage qui compare la performance drsquoun eacutelegraveve agrave des critegraveres deacutetermineacutes agrave lrsquoavance et drsquoune eacutevaluation qui compare la performance drsquoun eacutelegraveve agrave sa performance anteacuterieure

bull Eacuteviter drsquoutiliser lrsquoeacutevaluation agrave des fins disciplinaires ou de controcircle Lrsquoeacutevaluation qui est perccedilue comme un outil de controcircle du comportement des eacutelegraveves qui sert agrave lrsquoattribution de reacutecompenses et de punitions au lieu de donner une reacutetroaction sur lrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve fait diminuer la motivation de lrsquoeacutelegraveve Des eacutelegraveves reccediloivent parfois une note de zeacutero pour un travail incomplet Cependant attribuer une note de zeacutero agrave lrsquoeacutelegraveve signifie que la note ne communique plus de renseignements preacutecis sur lrsquoatteinte par lrsquoeacutelegraveve des objectifs drsquoapprentissage en sciences Des travaux non termineacutes sont une indication de problegravemes personnels ou de motivation qursquoil faut reacutegler de faccedilon approprieacutee

bull Permettre aux eacutelegraveves lorsque cela convient et lorsque crsquoest possible de choisir de quelle faccedilon ils feront deacutemonstration de leur compeacutetence

bull Utiliser des outils drsquoeacutevaluation approprieacutes pour eacutevaluer des performances processus et produits individuels et uniques

Geacuterer lrsquoeacutevaluation en salle de classeLrsquoeacutevaluation est lrsquoun des plus grands deacutefis auxquels est confronteacute lrsquoenseignant en sciences Les pratiques qui rendent les classes de sciences vivantes et efficaces ndash promouvoir le choix par les eacutelegraveves eacutevaluer les processus et eacutevaluer lrsquoaspect subjectif de lrsquoapprentissage ndash font que lrsquoeacutevaluation est une chose complexe

Les systegravemes et soutiens qui peuvent aider les enseignants agrave geacuterer lrsquoeacutevaluation comprennent bull se deacutefaire des moyens inefficaces drsquoeacutevaluationbull utiliser des approches qui font gagner du temps bull partager la chargebull tirer parti de la technologiebull mettre en place des systegravemes pour consigner les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluation

On discute de ces suggestions de faccedilon plus deacutetailleacutee dans la section suivante

Se deacutefaire des moyens inefficaces drsquoeacutevaluationLes enseignants doivent remettre en question lrsquoefficaciteacute par exemple de la reacutedaction de longs commentaires sur lrsquoeacutevaluation sommative des projets des eacutelegraveves Des observations deacutetailleacutees sont preacutefeacuterables bull si elles sont donneacutees en tant qursquoeacutevaluation formative lorsque les eacutelegraveves peuvent se servir

immeacutediatement de la reacutetroactionbull si elles sont communiqueacutees verbalement lors de confeacuterences ce qui donne des occasions de

discussions entre lrsquoenseignant et lrsquoeacutelegraveve

Le temps consacreacute agrave lrsquoeacutevaluation doit ecirctre un temps drsquoapprentissage tant pour lrsquoenseignant que lrsquoeacutelegraveve

Utiliser des approches qui font gagner du tempsDe nombreux outils drsquoeacutevaluation efficaces permettent de gagner du temps Lrsquoeacutelaboration de listes de controcircle et de rubriques prend beaucoup de temps cependant des rubriques bien reacutedigeacutees peuvent eacuteliminer la neacutecessiteacute de reacutediger des commentaires exhaustifs et peuvent signifier que les performances de lrsquoeacutelegraveve peuvent ecirctre eacutevalueacutees en grande partie pendant le temps de classe

Partager la chargeBien que la responsabiliteacute ultime en ce qui concerne lrsquoeacutevaluation revient agrave lrsquoenseignant lrsquoautoeacutevaluation par lrsquoeacutelegraveve fournit eacutegalement une mine de renseignements Collaborer avec les eacutelegraveves pour produire des critegraveres drsquoeacutevaluation fait partie drsquoun enseignement efficace Les eacutelegraveves de la 12e anneacutee peuvent eacutelaborer des listes de controcircle et garder des exemplaires de leurs propres objectifs dans une reliure pour des confeacuterences peacuteriodiques Des eacutelegraveves pourraient ecirctre precircts agrave fournir des eacutechantillons de travail qui serviraient de modegraveles dans drsquoautres classes

La collaboration avec drsquoautres enseignants pour la creacuteation drsquooutils drsquoeacutevaluation permet de gagner du temps et donne des occasions de discuter des critegraveres drsquoeacutevaluation

Tirer parti de la technologieLes outils eacutelectroniques (par exemple les enregistrements audio et videacuteo et les fichiers informatiques) peuvent aider les enseignants agrave formuler et consigner des observations

Mettre en place des systegravemes pour consigner les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluationRecueillir des donneacutees des observations des eacutelegraveves est particuliegraverement compliqueacute pour les enseignants des derniegraveres anneacutees du secondaire qui peuvent enseigner agrave plusieurs classes drsquoeacutelegraveves au cours drsquoun semestre ou drsquoune session Les enseignants pourraient vouloir identifier un groupe drsquoeacutelegraveves dans chaque classe qui ferait lrsquoobjet drsquoune observation chaque semaine Des reliures des fiches des bases de donneacutees eacutelectroniques sont des outils utiles pour consigner des donneacutees tout comme les notes autocollantes consignant de bregraveves observations sur les dossiers des eacutelegraveves que lrsquoon peut par la suite transformer en rapports anecdotiques

Les enseignants pourraient eacutegalement vouloir mettre au point des formulaires complets pour inscrire les objectifs drsquoapprentissage prescrits et pour consigner les donneacutees

Cette faccedilon de voir lrsquoeacutevaluation efficace en sciences au Manitoba est un reflet des changements survenus dans les points importants de lrsquoenseignement des sciences au niveau national et est conforme aux changements survenus agrave lrsquoeacutechelle internationale dans lrsquoenseignement des sciences Le tableau qui suit reacutesume un certain nombre des changements survenus dans le domaine de lrsquoeacutevaluation

Fig 9 ndash Aspects importants changeants dans lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Traduction drsquoun extrait du National Science Education Standards p 100 publieacute par la National Academy of Sciences

Aspects importants changeants dans lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves

Les normes National Science Education Standards tiennent compte des changements dans tous les systegravemes Les normes drsquoeacutevaluation englobent les changements suivants dans les aspects importants

MOINS DrsquoIMPORTANCE SUR Eacutevaluer ce qui est facilement mesureacute Eacutevaluer la connaissance discregravete Eacutevaluer la connaissance scientifique Eacutevaluer pour apprendre ce que les eacutelegraveves ne savent pas Eacutevaluer seulement les reacutealisations Eacutevaluations de fin de session par les enseignants Eacutelaboration drsquoeacutevaluations externes par des speacutecialistes de la mesure seulement

PLUS DrsquoIMPORTANCE SUR Eacutevaluer ce qui a le plus de valeur Eacutevaluer la connaissance riche bien structureacutee Eacutevaluer le raisonnement et la compreacutehension scientifique Eacutevaluer pour apprendre ce que les eacutelegraveves comprennent Eacutevaluer les reacutealisations et les occasions drsquoapprendre Les eacutelegraveves participent agrave une eacutevaluation continue de leur travail et de celui des autres Les enseignants participent agrave lrsquoeacutelaboration des eacutevaluations externes

7 MISE EN ŒUVRE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE

Les objectifs du programme drsquoeacutetudes de chimie 12e anneacutee

Demandez agrave vos eacutelegraveves de reacutepondre en une seule phrase agrave la question suivante laquo qursquoest-ce que la chimie raquo Les eacutelegraveves ont tendance agrave reacutepondre par la description drsquoexpeacuteriences veacutecues qui ont un rapport avec la chimie laquo la chimie crsquoest le mouvement des moleacutecules raquo laquo la chimie est lrsquoeacutetude de lrsquoeacutenergie et de la matiegravere raquo laquo la chimie crsquoest comme la physique avec beaucoup de matheacutematiques raquo ou de la perspective drsquoun enseignant laquo la chimie crsquoest comprendre des repreacutesentations particulaires qui ne sont pas visibles raquo Drsquoautres auront une reacuteponse plus geacuteneacuterale comme laquo la chimie est lrsquoeacutetude des composants de lrsquounivers raquo ou encore laquo la chimie est la science de toutes choses raquo

Les relations entre les matheacutematiques et la chimie sont preacutedominantes et les remarques suivantes sont freacutequentes laquo la chimie crsquoest des matheacutematiques raquo ou laquo la chimie crsquoest expliquer les choses simples du quotidien par des formules matheacutematiques complexes raquo Ces reacuteponses indiquent que certains eacutelegraveves voient les matheacutematiques comme lrsquoinstrument de la chimie Sans trop savoir ce qursquoest la chimie plusieurs considegraverent qursquoelle est deacuteterminante pour leur avenir

qursquoest-ce que la chimie Bien qursquoil puisse y avoir plusieurs reacuteponses un thegraveme commun ressort lorsqursquoon examine les diffeacuterentes branches de la chimie et les principes sous-jacents La chimie est lrsquoeacutetude de la composition des proprieacuteteacutes et du comportement de la matiegravere Elle comprend donc lrsquoeacutetude des relations dans le monde qui nous entoure Nous envisageons une laquo chose inteacuteressante raquo puis nous construisons des modegraveles afin drsquoen deacutefinir les caracteacuteristiques fondamentales et de deacutecrire comment celles-ci srsquoinfluencent mutuellement ou interagissent Ces relations nous permettent de preacutevoir le comportement drsquoautres laquo choses inteacuteressantes raquo dont les paramegravetres sont identiques ou semblables Lrsquoeacutetude des relations constitue une part tregraves importante de la chimie La difficulteacute que repreacutesente pour plusieurs lrsquoeacutetude de la chimie est que ces relations peuvent ecirctre repreacutesenteacutees de diffeacuterentes faccedilons mais dans un cours de chimie on utilise souvent uniquement le mode symbolique matheacutematique pour repreacutesenter ces relations

Il est important de bien comprendre ces modes et leurs relations afin de contribuer efficacement agrave lrsquoenseignement et agrave lrsquoapprentissage

Les modes de repreacutesentation

Le mode macroscopique (visuel)Prenons un exemple de lrsquoeacutetude des proprieacuteteacutes physiques des gaz lorsqursquoils sont soumis agrave des variations de pression pour illustrer les modes de repreacutesentation Un livre est placeacute sur un dispositif agrave seringue tel qursquoillustreacute agrave la figure 10 Si lrsquoon ajoute des livres on peut voir la relation entre la pression sur la seringue et la compression du gaz dans la seringue Crsquoest ce que lrsquoon appelle le mode de repreacutesentation macroscopique (visuel) drsquoune relation Son fondement se trouve dans le monde reacuteel et dans la perception que lrsquoon a de ce monde

Fig 10 ndash Mode de repreacutesentation macroscopique

La repreacutesentation macroscopique (visuelle) consiste agrave eacutetablir une relation entre deux variables et agrave veacuterifier lrsquohypothegravese par lrsquoobservation et lrsquoexpeacuterimentation Dans le cas preacutesent agrave mesure que la force sur la seringue augmente avec lrsquoajout de livres le piston de la seringue se deacuteplace vers le bas Il est mecircme possible parfois drsquoeacutetablir la relation exacte Pour ce cas on peut placer une ligne droite hypotheacutetique le long des seringues pour repreacutesenter la relation

La repreacutesentation visuelle nrsquoenglobe pas uniquement la conjecture et lrsquoobservation elle comprend aussi lrsquoesprit critique et la penseacutee creacuteative agrave mesure que lrsquoon construit et modifie les modegraveles naturels agrave la base des observations Plus la pression exerceacutee est grande plus le volume diminue La conceptualisation du monde laquo reacuteel raquo repose sur un ensemble drsquohypothegraveses que lrsquoon croit fondeacutees On peut inteacuterioriser un modegravele pour faciliter cette conceptualisation puis effectuer diffeacuterentes expeacuteriences pour en veacuterifier lrsquoexactitude Le modegravele efficace est celui qui permet agrave la fois drsquoexpliquer et de preacutevoir un pheacutenomegravene Un modegravele peut entraicircner des eacuteveacutenements contradictoires qui obligent agrave le reconsideacuterer et agrave le modifier ou un modegravele peut ecirctre fausseacute et doit alors ecirctre abandonneacute en faveur de lrsquoeacutelaboration drsquoun autre plus complet et plus preacutecis Par exemple le modegravele de la charge eacutelectrique sous-tend lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes eacutelectriques Le modegravele par fluide et particules de la charge eacutelectrique a toujours eacuteteacute veacuterifieacute par lrsquoobservation expeacuterimentale Cependant agrave mesure que les ideacutees sur la structure de la matiegravere eacutevoluent on constate que le modegravele fondeacute sur les particules permet des preacutevisions et des explications plus fiables

Bien que lrsquoon puisse formuler une description geacuteneacuterale des relations (plus la pression exerceacutee est grande plus le volume diminue) on ne peut pas toujours eacutetablir une relation exacte par la repreacutesentation macroscopique Il faut donc quantifier les caracteacuteristiques et comparer les chiffres Crsquoest ce que lrsquoon appelle le mode de repreacutesentation numeacuterique

Le mode numeacuteriqueLe mode de repreacutesentation numeacuterique consiste agrave formuler une deacutefinition fonctionnelle des proprieacuteteacutes fondamentales et agrave effectuer des mesures afin de recueillir des donneacutees Dans le cas preacutesent la pression exerceacutee sur le gaz est deacutefinie de faccedilon pratique comme laquo la variation de la position du piston de la seringue raquo et est quelque chose qursquoon peut facilement observer Srsquoil nrsquoy a aucune pression il nrsquoy a aucun changement dans la position du piston Une augmentation de la force cause une augmentation de la pression exerceacutee sur le gaz dans la seringue

On peut ensuite eacutetudier ces donneacutees et eacutetablir une relation exacte Lrsquoutilisation du mode numeacuterique neacutecessite une bonne compreacutehension des rapports de proportion et des modegraveles numeacuteriques (par exemple si la pression [P] double le volume [V] est reacuteduit de moitieacute et si P triple V est reacuteduit agrave un tiers de sa valeur originale nous avons donc un rapport de proportion direct permettant drsquoeacutenoncer une loi) Dans la plupart des cas cependant la cueillette de donneacutees entraicircne des erreurs Il peut ecirctre tregraves difficile drsquoeacutetablir la relation en eacutetudiant uniquement les donneacutees Par contre une image vaut mille chiffres La repreacutesentation graphique des donneacutees permet habituellement de mieux eacutetablir la relation

Le tableau de donneacutees ci-dessous est un exemple drsquoune repreacutesentation numeacuterique dans ce cas la relation inverse entre la pression exerceacutee sur un gaz et le volume de ce dernier

Fig 11 ndash Mode de repreacutesentation numeacuterique

Le mode graphique Le mode de repreacutesentation graphique constitue une image matheacutematique de la relation Heureusement il suffit de connaicirctre un nombre limiteacute de figures pour eacutetablir les relations En fait au secondaire on a besoin de connaicirctre uniquement trois repreacutesentations graphiques soit la ligne droite la courbe de puissance et la courbe inverseacutee En ajustant les donneacutees pour laquo redresser la courbe raquo on peut eacutetablir la relation exacte et formuler une loi que lrsquoon peut repreacutesenter de faccedilon symbolique

Fig 12 ndash Mode de repreacutesentation graphique

En chimie un bon exemple de la puissance du mode graphique est la relation entre le volume drsquoun gaz et la pression qursquoil exerce sur les parois drsquoun contenant Nous appelons cette relation la loi de Boyle-Mariotte

On remarque deux choses lorsqursquoon examine cette laquo image raquo Premiegraverement la relation entre le volume et la pression est inverse (agrave mesure qursquoune des variables augmente lrsquoautre diminue) Deuxiegravemement cette relation inverse nrsquoest pas directe crsquoest-agrave-dire qursquoil ne srsquoagit pas drsquoune relation lineacuteaire On ne peut pas srsquoattendre agrave ce que le volume ou la pression puisse augmenter ou diminuer indeacutefiniment En laquo redressant raquo la courbe on peut deacuteterminer la loi physique qui explique ce comportement des gaz sous pression Cette technique relie les modes de repreacutesentation graphique et symbolique

La forme de la courbe indique qursquoil srsquoagit drsquoune relation inverse crsquoest-agrave-dire que si la pression du gaz augmente son volume diminue (V prop 1Pn ) Si nous donnons une valeur de 1 agrave laquo n raquo voici le tableau de donneacutees et le graphique qui vont en reacutesulter

Fig 13 ndash Volume drsquoun gaz en fonction de la pression

Volume en fonction de 1P

La courbe reacutesultante est une droite donc on peut conclure que la relation inversement proportionnelle est la suivante

V prop 1P

Le mode symbolique Enfin le mode de repreacutesentation symbolique consiste agrave exprimer la relation par une formule algeacutebrique pouvant srsquoappliquer agrave drsquoautres pheacutenomegravenes physiques de nature semblable Si lrsquoon continue avec notre exemple utilisant la loi de Boyle-Mariotte une fois qursquoon a identifieacute la relation de proportionnaliteacute on peut la transformer en eacutequation matheacutematique repreacutesentant la loi de Boyle On remplace le symbole de proportionnaliteacute (prop) par un signe drsquoeacutegaliteacute (=) et un coefficient de proportionnaliteacute constant qursquoon deacutefinit habituellement par la lettre k Pour une relation directe y prop x deviendrait y = kx Pour notre relation inversement proportionnelle V prop 1P deviendrait

V = k 1POn peut deacuteterminer la valeur numeacuterique du coefficient de proportionnaliteacute en calculant la pente de la droite

Le mode particulaireEn chimie on utilise un 5e mode de repreacutesentation le mode particulaire Les eacutelegraveves devraient modeler des pheacutenomegravenes chimiques de faccedilon reacuteguliegravere Ceci peut inclure des modegraveles moleacuteculaires avec sphegraveres coloreacutees et bacirctonnets ou ressorts des simulations sur ordinateur ou des dessins pour repreacutesenter des eacuteveacutenements qui ne peuvent pas ecirctre observeacutes Par exemple on pourrait repreacutesenter un eacutechantillon de gaz qui subit une augmentation de pression de cette faccedilon

Fig 14 ndash Mode de repreacutesentation particulaire

Lrsquoimportance des modes de repreacutesentationIl est facile de se limiter agrave un seul mode de repreacutesentation surtout le mode symbolique Les eacutelegraveves se plaignent souvent du nombre de calculs qursquoils doivent faire dans leur classe de chimie ou srsquointerrogent sur leur utiliteacute Ils meacutemorisent consciencieusement les eacutequations et les notations apprennent agrave substituer les variables et arrivent agrave des solutions numeacuteriques

qursquoest-ce qui arrive aux particules de gaz

Augmentation de la pression

Eacutelegraveves et enseignants sont facilement pris au piegravege de la repreacutesentation symbolique Lrsquoenseignement par le mode symbolique est facile car il ne neacutecessite aucune preacuteparation sinon tregraves peu Lrsquoenseignant verseacute en matheacutematiques nrsquoa qursquoagrave effectuer des deacuterivations algeacutebriques des eacutequations

Ce traitement laquo hors contexte raquo des relations entre variables physiques (mode macroscopique) et mode symbolique pose des difficulteacutes eacutenormes pour certains eacutelegraveves y compris ceux qui semblent forts en matheacutematiques

Il est difficile de faire hors contexte des liens significatifs entre le mode de repreacutesentation symbolique et le mode de repreacutesentation physique et conceptuel Il est probable que la formation en chimie qursquoont reccedilue les enseignants ait eacuteteacute fondeacutee principalement sur le mode symbolique et que ces derniers nrsquoaient jamais vraiment surmonteacute leurs propres difficulteacutes de conceptualisation Les eacutelegraveves agrave qui lrsquoon a enseigneacute la chimie par le mode de repreacutesentation symbolique sont en mesure de formuler des reacuteponses toutes faites mais il est rare qursquoils comprennent la chimie ou qursquoils en retiennent les concepts En fait leurs difficulteacutes relegravevent rarement de la chimie comme telle la confusion eacutemerge des notations des types drsquoeacutequations semblables des diffeacuterentes repreacutesentations algeacutebriques des formules et des calculs Les taux de reacuteussite diminuent degraves qursquoil faut faire appel agrave des concepts physiques comme dans le cas des problegravemes sous forme drsquoeacutenonceacutes plus complexes Des recherches effectueacutees dans le domaine de lrsquoenseignement de la chimie indiquent que mecircme les eacutelegraveves avanceacutes ne peuvent fonctionner avec le mode physique et conceptuel Cela nrsquoa eacutevidemment rien drsquoeacutetonnant si lrsquoenseignement est axeacute presque exclusivement sur le mode symbolique

Lrsquoenseignant et lrsquoeacutelegraveve doivent acqueacuterir une compreacutehension plus complegravete des relations et ameacuteliorer leurs compeacutetences dans chaque mode de repreacutesentation Lrsquoeacutelegraveve devrait pouvoir passer facilement drsquoun mode agrave lrsquoautre sans qursquoil le fasse dans un ordre preacutecis Un laquo vrai scientifique raquo peut commencer ses recherches dans un mode de repreacutesentation quelconque et poursuivre en combinant ce mode agrave drsquoautres Lrsquoeacutelegraveve qui deacutemontre une compreacutehension complegravete des relations physiques et conceptuelles devrait ecirctre en mesure de passer drsquoun mode agrave lrsquoautre quel qursquoen soit lrsquoordre

Bien que lrsquoaptitude agrave utiliser les diffeacuterents modes de repreacutesentation constitue une base solide pour lrsquoapprentissage des sciences de la nature elle ne suffit pas agrave elle seule agrave deacutecrire la nature de lrsquoactiviteacute scientifique Au moment de lrsquoeacutelaboration de sa theacuteorie de la relativiteacute Einstein a conceptualiseacute une hypothegravese puis agrave partir de preacutesomptions fondamentales sur le temps et lrsquoespace il en a deacuteduit une seacuterie de lois repreacutesenteacutees en mode symbolique Il a laisseacute agrave drsquoautres le soin de faire les observations pour confirmer ou infirmer ses propositions Le recul historique et une compreacutehension de lrsquoessence mecircme des sciences de la nature megraveneront agrave une philosophie mieux adapteacutee agrave lrsquoenseignement de la chimie

Sommaire des modes de repreacutesentation pour les enseignants de chimie

Macroscopique (visuel) encourager les eacutelegraveves agrave discuter de ce qursquoils voient et vivent

Numeacuterique utiliser des donneacutees recueillies par les eacutelegraveves ndash toujours dans un contexte drsquoactiviteacute

Graphique demander aux eacutelegraveves de construire des graphiques et clarifier qursquoil srsquoagit drsquoune laquo image des donneacutees raquo et non drsquoune laquo image reacuteelle raquo

Symbolique mettre lrsquoaccent sur la compreacutehension du concept et ensuite preacutesenter les eacutequations sous forme de deacutefinitions Ensuite reacutesoudre des problegravemes laquo type raquo agrave lrsquoaide des eacutequations matheacutematiques

Particulaire utiliser reacuteguliegraverement des modegraveles physiques qui expliquent ou illustrent le monde des structures des proprieacuteteacutes et des comportements des moleacutecules qui est invisible agrave lrsquoœil nu Tenter de faire les liens entre les observations au niveau macroscopique et ce qui se deacuteroule au niveau particulaire

Vers une philosophie drsquoenseignement en chimie

Enseigner chimie 12e anneacutee en se concentrant sur des concepts ainsi que des processus devrait naturellement preacutevoir lrsquoutilisation drsquoun eacuteventail de strateacutegies peacutedagogiques notamment la collecte et lrsquoanalyse de donneacutees de travaux faits en laboratoire et sur le terrain lrsquoenseignement collectif et individuel un eacuteventail de techniques de questionnement des activiteacutes lieacutees agrave la prise de deacutecisions et agrave la reacutesolution de problegravemes ainsi qursquoune approche de lrsquoapprentissage fondeacutee sur les ressources La programmation en sciences au secondaire devrait favoriser les habileteacutes en matiegravere de penseacutee critique et promouvoir lrsquointeacutegration des connaissances et lrsquoapplication des faits agrave des situations reacuteelles Des notions scientifiques provenant drsquoautres cours de sciences au secondaire peuvent devenir partie inteacutegrante de la matiegravere agrave mesure que se deacuteveloppe le cours de chimie 12e anneacutee Il srsquoagit drsquoun moyen utile et preacutecieux de renforcer et de valider ces notions comme ayant des applications pertinentes et contextuelles

En geacuteneacuteral on devrait enseigner la chimie comme une faccedilon de penser qui comporte des regravegles pour juger de la validiteacute des reacuteponses applicables agrave la vie de tous les jours On devrait preacutesenter la science comme une activiteacute humaine intense remplie drsquoessais et drsquoerreurs qui subit lrsquoinfluence des perspectives et des prioriteacutes culturelles Le mythe de lrsquoobjectiviteacute totale qui srsquoinsinue souvent dans le dialogue doit eacutegalement ecirctre exposeacute Dans les sciences de la nature on ne considegravere plus la veacuteriteacute comme une reacutealiteacute objective attendant drsquoecirctre deacutecouverte on la place plutocirct dans le contexte de quelque chose que lrsquoon doit toujours rechercher Compte tenu de la nature provisoire des connaissances actuelles la laquo veacuteriteacute scientifique raquo nrsquoest pas un objectif que lrsquoon peut atteindre de faccedilon absolue

On devrait encourager les eacutelegraveves agrave faire des distinctions entre ce qui est observable et veacuterifiable ainsi qursquoentre les deacuteductions abstraites les modegraveles et les thegravemes qui deacutecoulent de lrsquoeacutevolution de la penseacutee et de la recherche scientifique

Il faut eacutegalement inteacutegrer les connaissances conceptuelles en sciences aux principes drsquoautres disciplines Les reacutepercussions sociales historiques et politiques doivent ecirctre incluses et les eacutelegraveves doivent avoir lrsquooccasion drsquoacqueacuterir une faciliteacute de communiquer efficacement les ideacutees de vive voix et par eacutecrit Enfin on devrait donner aux eacutelegraveves lrsquooccasion de se sensibiliser aux options qui leur sont offertes en fait de carriegraveres et de professions dans la vaste diversiteacute des sciences

Chimie 12e anneacutee en tant qursquoune composante de toute lrsquoexpeacuterience peacutedagogique des jeunes les preacuteparera agrave une existence complegravete et combleacutee Ce cours maintiendra et suscitera la curiositeacute des jeunes envers le monde naturel qui les entoure et leur donnera confiance dans leur capaciteacute drsquoen examiner le comportement maintenant et agrave lrsquoavenir Le cours cherche agrave favoriser un sentiment drsquoeacutemerveillement drsquoenthousiasme et drsquointeacuterecirct dans les sciences de faccedilon agrave ce que les jeunes srsquoestiment confiants et compeacutetents de srsquoimpliquer dans des solutions et des applications technologiques et scientifiques de tous les jours

Agrave mesure que les eacutelegraveves eacutetudieront un eacuteventail de sujets gracircce agrave divers thegravemes en chimie ils acquerront une compreacutehension vaste et geacuteneacuterale des ideacutees importantes et des cadres explicatifs de cette matiegravere ainsi que des proceacutedures de lrsquoenquecircte scientifique qui ont eu une incidence importante sur notre environnement mateacuteriel et notre culture Ils sauront pourquoi ces ideacutees sont valoriseacutees et connaicirctront la justification qui sous-tend les deacutecisions qursquoils pourraient vouloir prendre ou se faire conseiller de prendre dans des contextes quotidiens tant maintenant que plus tard Ils seront eacutegalement en mesure de comprendre les rapports dans les meacutedias sur des questions comportant une composante scientifique et aussi de reacuteagir de faccedilon critique Ils se sentiront habiliteacutes agrave avoir et agrave exprimer un point de vue personnel sur des questions comportant une composante scientifique qui fait lrsquoobjet de deacutebats publics et peut-ecirctre agrave srsquoimpliquer activement dans certaines de ces questions (Millar et Osborne 2008)

Les reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques (RAS)

Les reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques deacutecoulent des reacutesultats geacuteneacuteraux et se veulent des descripteurs concis et preacutecis de lrsquoapprentissage scientifique de chaque eacutelegraveve On distingue deux types de RAS en sciences soit les RAS transversaux et les RAS theacutematiques Ces deux cateacutegories de RAS sont drsquoimportance eacutegale

Les RAS transversaux sont des eacutenonceacutes qui deacutecrivent surtout des habileteacutes et des attitudes agrave acqueacuterir au cours de lrsquoanneacutee scolaire Chaque RAS transversal est eacutenonceacute de faccedilon agrave pouvoir ecirctre enseigneacute dans un ou plusieurs contextes tout au long de lrsquoanneacutee

Les cateacutegories de RAS transversaux

1 Deacutemonstration de la compreacutehension 5 Nature de la science 2 Eacutetude scientifique 6 STSE3 Recherche et communication 7 Attitudes4 Travail en groupe

LesRAS theacutematiques sont des eacutenonceacutes qui deacutecrivent en grande partie des connaissances scientifiques quoiqursquoils touchent aussi agrave de nombreuses habileteacutes et attitudes contextuelles Les RAS srsquoagencent autour de thegravemes particuliers Lrsquoordre de preacutesentation qui est offert dans le Document de mise en œuvre nrsquoest pas obligatoire mais il constitue une progression logique de la construction des savoirs de lrsquoeacutelegraveve dans le cours de chimie

En chimie 12e anneacutee six grands thegravemes appeleacutes regroupements theacutematiques servent agrave orienter lrsquoenseignement chaque regroupement est constitueacute drsquoun ensemble de RAS theacutematiques Pour ce qui est des RAS transversaux ils sont preacutesenteacutes dans le regroupement transversal (dont le numeacutero est 0) La figure 16 permet de voir drsquoun coup drsquoœil tous les regroupements de la maternelle agrave la 11e anneacutee

Fig 15 ndash Regroupements theacutematiques de la maternelle agrave la 11e anneacutee

ileteacute

s (agrave

inteacute

Regroupement 0 Regroupement 1 Regroupement 2 Regroupement 3 Regroupement 4

maternelle Les arbres Les couleurs Le papier ---

1re anneacutee

Les caracteacuteristiques

et les besoins des ecirctres vivants

Les sens

Les caracteacuteristiques des objets et des

mateacuteriaux

Les changements quotidiens et saisonniers

2e anneacutee

La croissance et les

changements chez les

animaux

Les proprieacuteteacutes des solides des

liquides et des gaz

La position et le mouvement

Lrsquoair et lrsquoeaudans

lrsquoenvironnement

3e anneacutee

plantes

Les mateacuteriaux et les

structures

Les forces quiattirent ourepoussent

Les sols danslrsquoenvironnement

4e anneacuteeLes habitats et

lescommunauteacutes

La lumiegravere Le sonLes roches les

mineacuteraux et lrsquoeacutero-sion

5e anneacuteeLe maintien

drsquoun corps enbonne santeacute

Les proprieacuteteacuteset les

changements des substances

Les forces et les machines

simplesLe temps qursquoil fait

6e anneacuteeLa diversiteacutedes ecirctresvivants

Le vol Lrsquoeacutelectriciteacute Lrsquoexploration du systegraveme solaire

7e anneacuteeLes inteacuteractions

au sein deseacutecosystegravemes

La theacuteorieparticulaire de

la matiegravere

Les forces et les structures

La croucircteterrestre

8e anneacutee Des cellulesaux systegravemes Lrsquooptique Les fluides Les systegravemes

hydrographiques

9e anneacutee La reproduction

Les atomes et les eacuteleacutements

La nature de lrsquoeacutelectriciteacute

Lrsquoexploration de lrsquoUnivers

10e anneacuteeLa dynamique

drsquoun eacutecosystegraveme

Les reacuteactions chimiques

Le mouvement de lrsquoautomobile

La dynamiquedes pheacutenomegravenesmeacuteteacuteorologiques

11e anneacutee Regroupements Les proprieacuteteacutes physiques de la matiegravere les gaz et lrsquoatmosphegravere les reacuteactions chimiques les solutions la chimie organique

Les preacutecisions qui accompagnent les RASIl arrive que lrsquoeacutenonceacute drsquoun RAS transversal ou theacutematique ne soit pas suffisamment deacutetailleacute et que des preacutecisions suppleacutementaires srsquoimposent Un contenu notionnel obligatoire est alors preacuteceacutedeacute par la mention laquo entre autres raquo dans le RAS Lrsquoinclusion drsquoun laquo entre autres raquo ne limite pas lrsquoapprentissage agrave ce contenu notionnel mais elle en preacutecise le minimum (ou le contenu notionnel commun) obligatoire drsquoun RAS Par ailleurs la mention laquo par exemple raquo preacutecise eacutegalement la nature du contenu notionnel et permet agrave lrsquoenseignant de mieux cerner lrsquointention du RAS sans toutefois exiger que ce soit les exemples fournis qui doivent ecirctre enseigneacutes

Alors que les laquo entre autres raquo sont eacutecrits dans le mecircme style que lrsquoeacutenonceacute principal des RAS les laquo par exemple raquo sont en italique pour bien souligner le fait qursquoils nrsquoont pas le statut obligatoire de lrsquoeacutenonceacute principal

Un renvoi figure sous chacun des RAS transversaux et theacutematiques qui les relie aux reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) dont ils srsquoinspirent Lrsquoenseignant peut davantage cerner lrsquoesprit dans lequel a eacuteteacute reacutedigeacute un RAS en consultant les RAG viseacutes par le renvoi

La codification des RASEn sciences de la nature chaque RAS transversal est codifieacute selon

bull lrsquoanneacutee scolairebull le regroupement (tous les RAS transversaux appartiennent au regroupement 0)bull la cateacutegoriebull lrsquoordre de preacutesentation du RAS (cet ordre est facultatif)

Les RAS theacutematiques sont eux aussi codifieacutes selon

bull lrsquoanneacutee scolairebull le regroupement theacutematique (1 2 3 4 5 ou 6)bull lrsquoordre de preacutesentation du RAS (cet ordre est facultatif)

Mode drsquoemploi pour la lecture des RAS theacutematiques

Mode drsquoemploi pour la lecture des RAS transversaux

Exemples de RAS theacutematiques

Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave C12-2-01 deacutecrire qualitativement le spectre eacutelectromagneacutetique en termes de freacutequence de longueurs drsquoonde et drsquoeacutenergie RAG D3 C12-2-02 reconnaicirctre par lrsquoobservation directe que les eacuteleacutements ont

un spectre de raies unique entre autres au moyen de la coloration de flamme de

tubes agrave deacutecharge gazeuse drsquoun spectroscope ou drsquoun reacuteseau de diffraction

RAG C2 D3

C12-2-03 deacutecrire des applications etou des occurrences naturelles de spectres de raies

par exemple lrsquoastronomie les aurores boreacuteales les feux drsquoartifice les lumiegraveres au neacuteon RAG C5 A5

eacutenonceacute preacuteceacutedant chaque RAS

par exemple ce contenu notionnel est facultatif ndash il est indiqueacute en italiques

renvoi aux RAG

codification drsquoun RAS theacutematique

C12-2-01

C11-2-01

matiegravere et anneacutee scolaire

regroupement

ordre de preacutesentation

entre autres ce contenu notionnel est obligatoire

Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave Eacutetude scientifique C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des

donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes RAG C2

C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise

entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre RAG C1 C2

C12-0-S4 seacutelectionner et utiliser lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire

par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2

renvoi aux RAG

codification drsquoun RAS transversal

C12-0-S2

C11-0-S2

regroupement

cateacutegorie

Organisation geacuteneacuterale du document

Le preacutesent document comprend outre la section drsquoIntroduction geacuteneacuterale six modules qui correspondent aux six regroupements (thegravemes) cibleacutes en chimie 12e anneacutee

bull Lesreacuteactionsensolutionaqueusebull Lastructureatomiquebull Lacineacutetiquebull Lrsquoeacutequilibrechimiquebull Lesacidesetlesbasesbull Lrsquoeacutelectrochimie

Ces modules peuvent ecirctre utiliseacutes indeacutependamment des autres et lrsquoordre dans lequel ils sont preacutesenteacutes est facultatif De nombreux indices servent agrave reconnaicirctre les modules

bull le numeacutero et le titre du regroupement theacutematique sont indiqueacutes au haut de chaque pagebull le premier chiffre de la pagination correspond au numeacutero du regroupementbull lrsquoicocircne particuliegravere au regroupement figure en bas de chaque page

Contenu drsquoun module theacutematiqueChaque module theacutematique comprend les eacuteleacutements suivants

bull un aperccedilu du regroupement theacutematiquebull des conseils drsquoordre geacuteneacuteral qui portent sur des consideacuterations pratiques dont

lrsquoenseignant devra tenir compte dans la planification de son coursbull un tableau des blocs drsquoenseignement ainsi qursquoune suggestion du temps agrave accorder agrave

chacun des blocsbull une liste des ressources eacuteducatives pour lrsquoenseignant notamment des livres divers

imprimeacutes des DVD des applications mobiles et des sites Webbull une liste des reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques pour le regroupement theacutematiquebull une liste des reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques transversauxbull des strateacutegies drsquoenseignement et drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees pour chaque bloc drsquoenseignementbull des annexes reproductibles agrave lrsquointention de lrsquoenseignant et des eacutelegraveves

Les blocs drsquoenseignementLes blocs drsquoenseignement sont des ensembles de RAS parmi lesquels on retrouve des RAS theacutematiques propres au regroupement dont il est question ainsi que des RAS transversaux qui y sont jumeleacutes Pour chaque bloc drsquoenseignement au moins une strateacutegie drsquoenseignement et au moins une strateacutegie drsquoeacutevaluation sont suggeacutereacutees

Les strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacuteesChaque bloc drsquoenseignement comprend une section

bull En tecircte suggestions pour mettre en contexte les apprentissages viseacutes activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves ou stimuler lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves

bull Enquecircte suggestions qui visent lrsquoacquisition drsquoattitudes drsquohabileteacutes et de connaissances que repreacutesentent les RAS du bloc drsquoenseignement

bull Enfin suggestions qui encouragent lrsquoobjectivation la reacuteflexion la meacutetacognition ou le reacuteinvestissement

Une strateacutegie drsquoenseignement peut aussi comprendre une section

bull En plus suggestions qui deacutepassent lrsquointention des RAS de ce niveau mais qui peuvent neacuteanmoins enrichir lrsquoapprentissage des eacutelegraveves et stimuler de nouvelles reacuteflexions

Les strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacuteesLes strateacutegies drsquoeacutevaluation sont placeacutees apregraves les strateacutegies drsquoenseignement

La planification en sciencesLe Ministegravere a conccedilu le programme drsquoeacutetudes de chimie 12e anneacutee en fonction de 110 heures drsquoenseignement Selon les diverses modaliteacutes scolaires le cours srsquoeacutechelonne sur un ou deux semestres

Les encadreacutesDivers encadreacutes accompagnent les strateacutegies drsquoenseignement Ils offrent bull des preacutecisions quant aux notions scientifiques agrave enseignerbull des avis de nature plutocirct peacutedagogiquebull des renvois agrave des annexes ou agrave des ressources eacuteducatives utilesbull drsquoautres renseignements ou mises en garde susceptibles drsquointeacuteresser lrsquoenseignant

La matiegravere et lrsquoanneacutee scolaire sont indiqueacutees au haut de la page

LrsquoEacuteQUILIBRE CHIMIQUE Chimie12e anneacutee

Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave

C12-4-01 lier le concept drsquoeacutequilibre aux systegravemes physiques et chimiques entre autres les conditions neacutecessaires pour atteindre lrsquoeacutequilibre RAG D3 D4 E2

C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie

par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots

RAG D3

C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une

autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs

RAG D3

Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees

En tecircte

DeacutemonstrationPreacutesenter ce thegraveme agrave lrsquoaide drsquoune deacutemonstration de la reacuteversibiliteacute des reacuteactions chimiques La deacutemonstration classique de la laquo bouteille bleue raquo est un outil visuel tregraves efficace pour illustrer une reacuteaction reacuteversible (voir Chimie 12 STSE p 419) Dans un flacon Erlenmeyer de 1000 mL dissoudre 14 g de NaOH dans 700 mL drsquoeau distilleacutee Ajouter 14 g de dextrose (ou de glucose) et 1 mL de bleu de meacutethylegravene agrave la solution de NaOH Bien fermer le flacon Erlenmeyer agrave lrsquoaide drsquoun bouchon Secouer vigoureusement et la solution deviendra bleue Laisser reposer et la couleur disparaicirctra Ce systegraveme met en jeu lrsquooxydation du dextose(ou du glucose) par lrsquooxygegravene (provoqueacutee par lrsquoagitation du flacon) le bleu de meacutethylegravene agissant comme catalyseur de la reacuteaction Inviter les eacutelegraveves agrave deacutecrire la reacuteaction dans le flacon et agrave deviner pourquoi la solution nrsquoest pas resteacutee bleue

Bloc A Lrsquoeacutequilibre physique et chimique

En sciences de 9e anneacutee les eacutelegraveves ont appris la diffeacuterence entre les changements physiques et les changements chimiques Dans le cours de chimie de 11e anneacutee ils ont eacuteteacute initieacutes au concept drsquoeacutequilibre par rapport aux vitesses drsquoeacutevaporation et de condensation drsquoun liquide dans un contenant fermeacute Ils ont eacutegalement eacutelaboreacute des analogies qui facilitent la compreacutehension du concept

La section laquo En quecircte raquo correspond agrave lrsquoactiviteacute

La section laquo En fin raquo correspond agrave la postactiviteacute La numeacuterotation agrave lrsquointeacuterieur de la section indique des options une seule option suffit pour compleacuteter la strateacutegie drsquoenseignement Pour la section laquo En plus raquo la numeacuterotation indique aussi des options mais celles-ci vont au-delagrave des RAS du bloc

LrsquoEacuteQUILIBRE CHIMIQUEChimie12e anneacutee

Une eacutelegraveve ajoute un desseacutechant pour eacuteliminer lrsquoeau afin drsquoaccroicirctre la production drsquoessence de banane Est-ce une bonne strateacutegie Expliquez votre reacuteponse (Lrsquoajout drsquoun agent desseacutechant diminue la

quantiteacute drsquoeau preacutesente dans le systegraveme Pour reacuteduire le stress et reacutetablir lrsquoeacutequilibre il faut favoriser la formation de produits Donc lrsquoajout drsquoun agent desseacutechant est une meacutethode logique pour augmenter la production drsquoaceacutetate de pentyle)

En quecircte

Projet de recherche Proposer aux eacutelegraveves de faire une recherche sur une application du principe de Le Chatelier Leur

demander de partager lrsquoinformation recueillie selon la meacutethode de leur choix (pex exposeacute oral affiche brochure informative) Deacuteterminer les critegraveres drsquoeacutevaluation en collaboration avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient comprendre des eacuteleacutements portant agrave la fois sur le contenu et la preacutesentation (voir lrsquoannexe 15 pour de lrsquoinformation sur des applications du principe de Le Chatelier)

En fin Demander aux eacutelegraveves de reacutefleacutechir agrave un exemple du principe de Le Chatelier tireacute de leur vie de

tous les jours ou dans des professions ougrave ce principe est appliqueacute Leur suggeacuterer de deacutecrire comment leur organisme peut atteacutenuer le stress qui lui est imposeacute lorsqursquoils grimpent une grosse montagne

Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1 Eacutevaluer les projets de recherche en fonction des critegraveres eacutelaboreacutes avec les eacutelegraveves

2 Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave la question suivante - Lorsqursquoune personne prend votre photo vous pouvez voir une image laquo fantocircme raquo du flash pendant plusieurs minutes suivant la prise de la photo Expliquez ce pheacutenomegravene en parlant de la vitesse de la reacuteaction directe et de la reacuteaction inverse de la rhodopsine dans lrsquoœil (Lorsque le flash se deacuteclenche les photoreacutecepteurs dans lrsquoœil reacuteagissent rapidement agrave la lumiegravere eacuteblouissante Cependant comme la reacuteaction inverse est beaucoup plus lente et que lrsquointensiteacute du flash est eacuteleveacutee une image fantocircme peut ecirctre vue pendant plusieurs minutes la reacuteaction dans les photoreacutecepteurs prenant du temps agrave srsquoinverser)

LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE

LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee

APERCcedilU DU REGROUPEMENT

Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront de faccedilon geacuteneacuterale les reacuteactions de preacutecipitation les reacuteactions entre les acides et les bases et les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction qui seront eacutetudieacutees plus en profondeur dans les regroupements 3 4 et 5 De plus ils eacutelaboreront une proceacutedure pour identifier un certain nombre de solutions inconnues

CONSEILS DrsquoORDRE GEacuteNEacuteRAL

En 9e anneacutee les eacutelegraveves ont deacutefini le terme preacutecipiteacute et ont reconnu la formation drsquoun preacutecipiteacute comme lrsquoun des indicateurs drsquoune reacuteaction chimique En 10e anneacutee ils ont appris agrave eacutecrire la formule de composeacutes ioniques binaires agrave nommer ces composeacutes et agrave eacutequilibrer des eacutequations chimiques en plus drsquoeacutetudier les reacuteactions de deacuteplacement double et la reacuteaction entre un acide et une base En chimie de 11e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave eacutecrire la formule et le nom de composeacutes polyatomiques en respectant la nomenclature de lrsquoUnion internationale de chimie pure et appliqueacutee Le processus de dissolution a aussi eacuteteacute eacutetudieacute en deacutetail en 11e anneacutee dans le regroupement des solutions

LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee

BLOCS DrsquoENSEIGNEMENT SUGGEacuteREacuteS

Afin de faciliter la preacutesentation des renseignements et des strateacutegies drsquoenseignement et drsquoeacutevaluation les RAS de ce regroupement ont eacuteteacute disposeacutes en blocs drsquoenseignement Il est agrave souligner que tout comme le regroupement lui-mecircme les blocs drsquoenseignement ne sont que des pistes suggeacutereacutees pour le deacuteroulement du cours de chimie Lrsquoenseignant peut choisir de structurer son cours et ses leccedilons en privileacutegiant une autre approche Les eacutelegraveves doivent cependant reacuteussir les RAS prescrits par le Ministegravere pour la chimie 12e anneacutee

Outre les RAS propres agrave ce regroupement plusieurs RAS transversaux de la chimie 12e anneacutee ont eacuteteacute rattacheacutes aux blocs afin drsquoillustrer comment ils peuvent ecirctre enseigneacutes pendant lrsquoanneacutee scolaire

Titre du bloc RAS inclus dans le bloc Dureacutee suggeacutereacutee

Bloc A La solubiliteacute et la preacutecipitation

C12-1-01 C12-1-02 C12-1-03 C12-0-C1 C12-0-S1 C12-0-S3C12-0-S5 C12-0-S7 C12-0-S9 C12-0-A1

Bloc B La neutralisationC12-1-04 C12-1-05 C12-1-06 C12-0-C1 C12-0-C2 C12-0-S5C12-0-S8

Bloc C Lrsquoidentification de solutions inconnuesC12-1-07 C12-0-S3 C12-0-S4 C12-0-S5 C12-0-S9 C12-0-A2 C12-0-G3

Bloc D Lrsquooxydation et la reacuteduction C12-1-08 C12-1-09 C12-0-C1 C12-0-C2 15 h

Bloc E Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction C12-1-10 C12-1-11 C12-0-C1 C12-0-C2 3 h

Bloc F Applications pratiques des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction

C12-1-12 C12-0-R1 C12-0-R2 C12-0-R3 C12-0-R5 C12-0-G1 C12-0-G2 C12-0-G3 C12-0-T1 C12-0-T2 C12-0-T3

Reacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 h

Nombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 19 agrave 20 h

RESSOURCES EacuteDUCATIvES POUR LrsquoENSEIGNANT

Vous trouverez ci-dessous une liste de ressources eacuteducatives qui se precirctent bien agrave ce regroupement Il est possible de se procurer la plupart de ces ressources agrave la Direction des ressources eacuteducatives franccedilaises (DREF) ou de les commander aupregraves du Centre de ressources drsquoapprentissage du Manitoba (CRA)

[R] indique une ressource recommandeacutee

LIvRES

[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97382)

[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97383)

[R] CLANCY Christina et al Chimie 12 STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 98878)

[R] EDWARDS Lois et al Chimie 12 STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 91609)

FLAMAND Eddy et Jean-Luc ALLARD Chimie geacuteneacuterale 2e eacutedition Mont-Royal Eacuted Modulo 2004 (DREF 541 F577c)

HILL John W et al Chimie geacuteneacuterale Saint-Laurent Eacuted du Renouveau peacutedagogique 2008 (DREF 541 H646c 2008)

[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96139)

[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Eacuted Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 97715)

[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire Une ressource didactique Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2000 (DREF PD 50712 E59 CRA 93965) [strateacutegies de peacutedagogie diffeacuterencieacutee]

[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LrsquoENSEIGNEMENT SUPEacuteRIEUR La seacutecuriteacute en sciences de la nature Un manuel ressource agrave lrsquointention des enseignants des eacutecoles et des

divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015(DREF PD37235 5446 CRA 98839)

[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc McGraw-Hill 2002 (DREF 540 C518c 11 CRA 91607)

[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2002 (DREF 540 C518c 11)

[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91609)

[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91610)

AUTRES IMPRIMEacuteS

LrsquoActualiteacute Eacuteditions Rogers Media Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 20 fois lrsquoan articles drsquoactualiteacute canadienne et internationale]

Deacutecouvrir la revue de la recherche Association francophone pour le savoir Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue bimestrielle de vulgarisation scientifique recherches canadiennes]

Pour la science Eacuted Beacutelin Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle version franccedilaise de la revue ameacutericaine Scientific American]

[R] Queacutebec Science La Revue Queacutebec Science Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 10 fois lrsquoan]

[R] Science et vie junior Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle excellente preacutesentation de divers dossiers scientifiques explications logiques avec beaucoup de diagrammes]

[R] Science et vie Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles plus techniques]

DISQUES NUMEacuteRISEacuteS ET LOGICIELS

[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoeacutevaluation informatiseacutee Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96140)

[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoimages Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96141)

SITES WEB

[R] Acid-Base Titration httpwwwmhhecomphysscichemistryanimationschang_7e_espcrm3s5_5swf

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde de sodium et de chlorure drsquohydrogegravene (site en anglais)]

Agence Science-Presse httpwwwsciencepresseqcca (consulteacute le 9 novembre 2013) [excellent reacutepertoire des actualiteacutes scientifiques issues de nombreuses sources internationales dossiers tregraves informatifs]

Animation neutralisation httpsicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7346 (consulteacute le 14 janvier 2015) [animation de la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde de sodium et de chlorure drsquohydrogegravene]

[R] Animation preacutecipitation httpicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7344 (consulteacute le 10 juillet 2014) [animation de la reacuteaction entre les solutions drsquohydroxyde de sodium et de sulfate de cuivre]

[R] Chimie en solution aqueuse httpueluniscielfrchimiesolutaquesolutaquecosolutaquehtml (consulteacute le 12 janvier 2015) [On peut acceacuteder agrave une animation de la dissolution ionique en cliquant sur lrsquoonglet laquo simuler raquo et ensuit le dossier laquo Dissolution et preacutecipitation drsquoune espegravece dans lrsquoeau raquo]

[R] La chimienet httpwwwlachimienet (consulteacute le 10 juillet 2014) [site avec beaucoup drsquoinformation et drsquoexercices]

[R] Dissolution du NaCl dans lrsquoeau (consulteacute le 10 juillet 2014) [animation eduMedia accessible agrave partir du site de la DREF httpdrefmbca]

[R] Dissolution drsquoun cristal ionique httpwwwostralonet3_animationsswfdissolutionswf (consulteacute le 10 juillet 2014)

[R] Dissolution drsquoun solide cristallin httpwwwpingbeat_homecaloriflashhtm (consulteacute le 10 juillet 2014)

Double Displacement Reaction ndash Precipitation httpwwwdltncssmedutigerFlashmoles

DoubleDisp_Reaction-Precipitationhtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction de preacutecipitation du nitrate de plomb(II) et de lrsquoiodure de potassium (site en anglais)]

Electrochemistry simulations httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais choisir lrsquoanimation laquo Zinc copper REDOX transfer raquo ou laquo Lead silver REDOX transfer raquo]

En mouvement httpwwwmpimbcafrPDFsRSLR_PhysicsModule-frpdf (consulteacute le 14 janvier 2015) [sceacutenario drsquoun accident]

Footprint puzzle httpwwwnapeduopenbookphprecord_id=5787amppage=89

(consulteacute le 10 juillet 2014) [Les eacutelegraveves peuvent pratiquer la distinction entre les affirmations et les preuves en observant et interpreacutetant des traces site anglais]

Indicator Sponge httpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF10376pdf (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais]

Orange Juice to Strawberry Float httpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF051600pdf (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais qui preacutesente la deacutemonstration drsquoune reacuteaction acido-basique]

Neutralization Reactions httphigheredmheducationcom (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

Metals in aqueous solutions httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesredoxhomehtml (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais]

pH Rainbow Tube httpswwwflinnscicommedia62118391475pdf (consulteacute le 20 novembre 2014) [site anglais]

The reaction of Sodium Sulphate with Barium Chloride httpamritaolabscoinindexphpsub=73ampbrch=3ampsim=82ampcnt=95

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction entre les solutions de sulfate de sodium et de chlorure de baryum (site en anglais)]

La science amusante httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=CateacutegorieChimie (consulteacute le 25 avril 2013) [site qui offre plusieurs deacutemonstrations et activiteacutes de laboratoire

ainsi que des informations]

[R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 25 avril 2013) [excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]

Tennis shoe detectives httpwwwucmpberkeleyedufosrecHeindel3html (consulteacute le 15 juillet 2014) [Les eacutelegraveves peuvent pratiquer la distinction entre les affirmations et les preuves en observant et interpreacutetant des traces site anglais]

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIFIQUES ThEacuteMATIQUES

C12-1-01 expliquer des exemples de solubiliteacute et de preacutecipitation au moyen de repreacutesentations particulaires et symboliques

RAG D3

C12-1-02 mener une expeacuterience afin drsquoeacutelaborer un ensemble de regravegles de solubiliteacute RAG C1 C2

C12-1-03 utiliser un tableau des regravegles de solubiliteacute pour preacutedire la formation drsquoun preacutecipiteacute RAG D3 C5

C12-1-04 reacutediger une eacutequation eacutequilibreacutee de neutralisation pour des reacuteactions comprenant des acides forts et des bases fortes

RAG D3

C12-1-05 mener une expeacuterience pour deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre une base forte et un acide fort

RAG C2

C12-1-06 calculer la concentration ou le volume drsquoun acide ou drsquoune base agrave partir de la concentration et du volume drsquoacide ou de base neacutecessaire pour la neutralisation

RAG D3

C12-1-07 eacutelaborer et mettre en œuvre une proceacutedure visant agrave identifier un certain nombre de solutions inconnues

RAG C2 C4 C5

C12-1-08 deacutefinir lrsquooxydation et la reacuteduction entre autres le gain ou la perte drsquoeacutelectrons lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur RAG D3

C12-1-09 deacuteterminer le degreacute drsquooxydation drsquoatomes dans des composeacutes et des ions RAG D3

C12-1-10 distinguer les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction de celles qui ne le sont pas entre autres lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur la substance oxydeacutee et la

substance reacuteduite RAG D3

Reacutesultats drsquoappRentissage speacuteCiFiQues theacutematiQues (suite)

C12-1-11 eacutequilibrer des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoaide de meacutethodes redox entre autres des solutions basiques et acides RAG D3

C12-1-12 mener une recherche sur les applications pratiques des reacuteactions redox par exemple carburant agrave fuseacutee feux drsquoartifice agent de blanchiment photographie extraction de meacutetaux agrave partir de minerai fabrication de lrsquoacier recyclage de

lrsquoaluminium piles agrave combustible batteries enlegravevement des taches de ternissure horloge agrave fruit mise en eacutevidence de sang agrave des fins judiciaires agrave lrsquoaide de luminol chimioluminescencebioluminescence deacutegraissage eacutelectrolytique eacutelectrodeacuteposition (galvanoplastie) gravure chimique antioxydantsagents de conservation RAG B1 B2 B4 D3

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIFIQUES TRANSvERSAUx

Deacutemonstration de la compreacutehension

RAG D3

Eacutetude scientifique

C12-0-S1 faire preuve drsquohabitudes de travail qui tiennent compte de la seacutecuriteacute personnelle et collective et qui teacutemoignent de son respect pour lrsquoenvironnement

entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes

RAG B3 B5 C1 C2

C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes

RAG C2

C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables

deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre

RAG C1 C2

Reacutesultats drsquoappRentissage speacuteCiFiQues tRansveRsaux (suite)

C12-0-S4 seacutelectionner et employer lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire

C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias

des logiciels des sondes RAG C2 C5

C12-0-S6 estimer et mesurer avec exactitude en utilisant des uniteacutes du Systegraveme international (SI) ou drsquoautres uniteacutes standard

entre autres les conversions SI les chiffres significatifs RAG C2

C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations

RAG C2 C5

C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de collecte de donneacutees

entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur

RAG C2 C5

C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres

explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8

Recherche et communication

C12-0-R1 tirer des informations drsquoune varieacuteteacute de sources et en faire la synthegravese entre autres imprimeacutees eacutelectroniques et humaines RAG C2 C4 C6

C12-0-R2 eacutevaluer lrsquoinformation obtenue afin de deacuteterminer lrsquoutiliteacute des renseignements par exemple lrsquoexactitude scientifique la fiabiliteacute le degreacute drsquoactualiteacute la pertinence

lrsquoobjectiviteacute les preacutejugeacutes RAG C2 C4 C5 C8

C12-0-R3 citer ou noter des reacutefeacuterences bibliographiques selon les pratiques accepteacutees RAG C2 C6

C12-0-R4 communiquer lrsquoinformation sous diverses formes en fonction du public cible de lrsquoobjectif et du contexte

RAG C5 C6

Travail en groupe

C12-0-G1 collaborer avec les autres afin drsquoassumer les responsabiliteacutes et drsquoatteindre les objectifs drsquoun groupe

RAG C2 C4 C7

C12-0-G2 susciter et clarifier des questions des ideacutees et des points de vue divers lors drsquoune discussion et y reacuteagir

RAG C2 C4 C7

C12-0-G3 eacutevaluer les processus individuels et collectifs employeacutes RAG C2 C4 C7

Nature de la science

C12-0-N1 expliquer le rocircle que jouent les theacuteories les donneacutees et les modegraveles dans lrsquoeacutelaboration de connaissances scientifiques

RAG A1 A2

C12-0-N2 deacutecrire drsquoun point de vue historique la faccedilon dont les observations et les travaux expeacuterimentaux de nombreuses personnes ont abouti agrave la compreacutehension moderne de la matiegravere

RAG A1 A4

C12-0-N3 deacutecrire comment des connaissances scientifiques eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et agrave mesure que de nouvelles ideacutees et de nouvelles interpreacutetations sont avanceacutees

RAG A1 A2

C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des applications de la chimie

RAG A1 A3 A5 B2

C12-0-T2 expliquer lrsquointeraction de la recherche scientifique et de la technologie dans la production et la distribution de mateacuteriaux

RAG A5 B1 B2

C12-0-T3 illustrer comment des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne

RAG A5 B2

Attitudes

C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sa capaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie ou drsquoexaminer un enjeu STSE

RAG C2 C5

C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprits scientifiques et technologiques

RAG C2 C3 C4 C5

C12-0-A3 manifester un inteacuterecirct soutenu et plus eacuteclaireacute pour la chimie et pour les carriegraveres et les enjeux lieacutes agrave la chimie

RAG B4

C12-0-A4 se sensibiliser agrave lrsquoeacutequilibre qui doit exister entre les besoins humains et un environnement durable et le deacutemontrer par ses actes

RAG B4 B5

RAG D3 C12-1-02 mener une expeacuterience afin drsquoeacutelaborer un ensemble de regravegles de solubiliteacute RAG C1 C2

C12-1-03 utiliser un tableau des regravegles de solubiliteacute pour preacutedire la formation drsquoun preacutecipiteacute

RAG D3 D5

par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de

preacutediction les cycles de mots RAG D3

RAG B3 B5 C1 C2 C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables

RAG C1 C2

C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes

RAG C2 C5

Bloc a la solubiliteacute et la preacutecipitation

RAG C2 C5

C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees

entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction

RAG C2 C5 C8

C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sacapaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie ou drsquoexaminer un enjeu STSE

RAG C2 C5

strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees

en tecircte

Eacutevaluation des connaissances anteacuterieuresDistribuer une liste de mots (p ex soluble insoluble preacutecipiteacute dissolution deacuteplacement double deacuteplacement simple concentration) aux eacutelegraveves ainsi que des autocollants des surligneurs ou des crayons de couleur vert jaune et rouge Le vert indique que lrsquoeacutelegraveve comprend tregraves bien le concept Le jaune indique une compreacutehension partielle et le rouge indique que lrsquoeacutelegraveve ne comprend ou ne connaicirct pas le concept Pour chaque mot dans la liste demander aux eacutelegraveves drsquoindiquer leur niveau de compreacutehension agrave lrsquoaide des diffeacuterentes couleurs Reacuteviser certains concepts au besoin

en quecircte

DeacutemonstrationFournir aux eacutelegraveves plusieurs exemples de solutions et leur demander drsquoexpliquer le processus de dissolution agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire et symbolique (voir Chimie 11-12 p 197 Chimie 11 STSEp 360-361 ou Chimie 11 p 293-294) Dans le preacutesent contexte le terme laquo moleacuteculaire raquo est consideacutereacute comme interchangeable avec le terme laquo particulaire raquo Les deux deacutesignent des repreacutesentations agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

En 9e anneacutee les eacutelegraveves ont deacutefini le termelaquo preacutecipiteacute raquo et ont reconnu la formation drsquoun preacutecipiteacute comme lrsquoun des indicateurs drsquoune reacuteaction chimique En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacutetudieacute les reacuteactions de deacuteplacement double

Le processus de dissolution a eacuteteacute eacutetudieacute en deacutetail en 11e anneacutee dans le regroupement des solutions Les eacutelegraveves ont expliqueacute le processus de dissolution de composeacutes ioniques et covalents simples agrave lrsquoaide de repreacutesentations particulaires et drsquoeacutequations chimiques Les eacutelegraveves ont fait une expeacuterience de laboratoire illustrant la formation de solutions sous lrsquoaspect de la nature polaire et non polaire des substances utilisant notamment les termes laquo soluble raquo et laquo insoluble raquo Ils ont aussi eacutetudieacute en deacutetail la notion de laquo concentration raquo

Exemple 1 NaCl(s) dissout dans lrsquoeau

Eacutechelle moleacuteculaire

Forme symbolique

NaCl(s)2 NaCl(aq)

Animations bull Dissolution drsquoun cristal ionique httpwwwostralonet3_animationsswfdissolutionswf bull Dissolution drsquoun solide cristallin (NaCl) httpwwwpingbeat_homecaloriflashhtm bull Dissolution du NaCl dans lrsquoeau (animation eduMedia accessible agrave partir du site Web de

la DREF httpwwwdrefmbca)bull Chimie en solution aqueuse httpueluniscielfrchimiesolutaquesolutaquecosolutaquehtml (on peut acceacuteder

agrave une animation de la dissolution ionique en cliquant sur lrsquoonglet laquo simuler raquo et en ouvrant le dossier laquo Dissolution et preacutecipitation drsquoune espegravece dans lrsquoeau raquo)

Exemple 2 NaCl(aq) et AgNO3(aq) meacutelangeacutes ensemble

Eacutechelle moleacuteculaire Montrer drsquoabord des diagrammes des deux solutions seacutepareacutement dans leur beacutecher c-agrave-d dans le beacutecher 1 la solution de NaCl(aq) contenant des ions Na+et Cl- circulant au milieu de moleacutecules drsquoeau et dans le beacutecher 2 la solution drsquoAgNO3(aq) renfermant des ions Ag+ et NO 3

Ce ne sont pas tous les meacutelanges drsquoions qui produisent une reacuteaction de preacutecipitation Si par exemple on meacutelange une solution de chlorure de sodium (NaCl) avec une solution drsquoiodure de potassium (KI) il nrsquoy aura aucune preacutecipitation Tous les ions resteront en solution

Animations

bull The Reaction of Sodium Sulphate with Barium Chloride httpamritaolabscoinindexphpsub=73ampbrch=3ampsim=82ampcnt=95 (site en anglais qui preacutesente une animation de la reacuteaction entre les solutions de sulfate de sodium et de chlorure de baryum On doit srsquoinscrire pour voir lrsquoanimation mais lrsquoinscription est gratuite)

bull Animation preacutecipitation httpicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7344 (animation de la reacuteaction entre les solutions drsquohydroxyde de sodium et de sulfate de cuivre)

Activiteacute de laboratoireInviter les eacutelegraveves agrave eacutelaborer leur propre deacutemarche en vue de creacuteer une seacuterie de regravegles de solubiteacute (voir lrsquoannexe 1 ou Chimie 11 p 332-333) Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 2 Fournir aux eacutelegraveves des solutions de 01 molL de divers anions et cations pour qursquoils puissent observer srsquoil y a formation de preacutecipiteacutes Ces observations aideront les eacutelegraveves agrave eacutelaborer une seacuterie de regravegles de solubiliteacute pour les ions positifs et neacutegatifs utiliseacutes au cours de lrsquoactiviteacute

Enseignement direct - eacutecrire des reacuteactions ioniquesLes reacuteactions de preacutecipitation sont utiliseacutees dans les stations de traitement de lrsquoeau dans les analyses qualitatives et dans les techniques de preacuteparation de nombreux sels Crsquoest aussi le processus qui entraicircne la formation des grottes calcaires Veiller agrave ce que les eacutelegraveves suivent les eacutetapes ci-dessous pour qursquoils puissent eacutecrire les eacutequations ioniques

Exemple

Eacutecris une eacutequation ionique nette pour la reacuteaction entre le chlorure de baryum et le sulfate de sodium 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction et assure-toi drsquoeacutequilibrer lrsquoeacutequation BaCl2 + Na2SO4 ⟶ BaSO4 + 2NaCl

2 Utilise les regravegles de solubiliteacute de lrsquoannexe 3 (voir aussi Chimie 11 STSE p 363 Chimie 11 p 334 ou Chimie 11-12 p 61) pour deacuteterminer quelles substances ioniques formeront un preacutecipiteacute agrave partir de solutions aqueuses Dans ces regravegles de base lrsquoion Cl(aq) forme un produit soluble lorsqursquoil est combineacute agrave lrsquoion Na(aq)

+ Par conseacutequent le NaCl restera en solution et sera illustreacute par la formule NaCl(aq)

Note aussi dans ces regravegles que lrsquoion Ba(aq)2+ forme un produit insoluble avec lrsquoion SO4(aq)

2- Donc le BaSO4 srsquoeacutecrit avec un (s) en indice car il forme un preacutecipiteacute dans le beacutecher Les substancesformant un preacutecipiteacute doivent ecirctre suivies du (s) en indice et celles qui ne forment pas de preacutecipiteacute du symbole (aq) en indice (voir Chimie 11 STSE p 407- 408 Chimie 11-12 p 281-283 ou Chimie 11 p 341-342)

BaCl2(aq)+ Na2SO4(aq) ⟶ BaSO4(s)+ 2NaCl(aq) Lrsquoeacutequation ci-dessus est une eacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee

3 Les composeacutes ioniques en solution dans lrsquoeau se dissocient en ions contrairement aux composeacutes insolubles Assure-toi que lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee

Ba(aq)2+ + 2Cl(aq)

- + 2Na(aq)+ + SO 4(aq)

2- ⟶ BaSO4(s)+ 2Na(aq)+ + 2Cl(aq)

Lrsquoeacutequation ci-dessus est appeleacutee eacutequation ionique complegravete eacutequation ionique totale ou eacutequation ionique

4 Biffe tous les ions spectateurs (les ions qui apparaissent des deux cocircteacutes de lrsquoeacutequation) et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation

Ba(aq)

2+ + 2Cl(aq)- + 2Na(aq)

+ + SO 4(aq)2- ⟶ BaSO4(s) + 2Na(aq)

+ + 2Cl(aq)-

Ba(aq)2+ + SO 4(aq)

2- ⟶ BaSO4(s)

Lrsquoeacutequation ci-dessus est appeleacutee eacutequation ionique nette

Voir drsquoautres exemples de problegravemes agrave lrsquoannexe 4 Animation bull Double Displacement Reaction ndash Precipitation httpwwwdltncssmedutigerFlash

molesDoubleDisp_Reaction-Precipitationhtml (reacuteaction de preacutecipitation du nitrate de plomb(II) et de lrsquoiodure de potassium (site en anglais))

Activiteacute de laboratoire Fournir aux eacutelegraveves des plaques agrave puits et quatre solutions inconnues dans des flacons compte-gouttes Leur demander drsquoidentifier chaque solution agrave lrsquoaide de lrsquoexpeacuterimentation des regravegles de solubiliteacute et drsquoun tableau des couleurs (voir lrsquoannexe 5) Voir un exemple de marche agrave suivre agrave lrsquoannexe 6

Lrsquoannexe 7 contient des renseignements pour lrsquoenseignant sur lrsquoeacutevaluation des habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve au laboratoire

en fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave la question suivante dans leur carnet scientifique

- Pensez-vous que lrsquoexpression laquo grandes lignes relatives agrave la solubiliteacute raquo serait preacutefeacuterable agrave laquo regravegles de solubiliteacute raquo Pourquoi 2Proposer aux eacutelegraveves de creacuteer un cycle de mots agrave partir des termes ions ions spectateurs preacutecipiteacute eacutequation moleacuteculaire eacutequation ionique totale eacutequation ionique nette et reacuteaction de deacuteplacement double

strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees

1 Donner aux eacutelegraveves diverses reacuteactions et leur demander de faire un diagramme illustrant la reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire et au niveau symbolique

2Lrsquoeacutevaluation des activiteacutes de laboratoire peut se faire au moyen de rapports de laboratoire formels Utiliser un cadre de rapport de laboratoire ou un format geacuteneacuteral de rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1138 et 1412)

3Se reacutefeacuterer aux annexes 8 et 9 afin drsquoeacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves

4Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer par eacutecrit les raisons pour lesquelles certains ions sont insolubles et drsquoautres sont solubles

5Demander aux eacutelegraveves de partager leurs reacutesultats avec les autres eacutelegraveves et de preacuteparer certaines grandes lignes relatives agrave la solubiliteacute drsquoions en solution Veacuterifier ensuite les regravegles eacutelaboreacutees par les eacutelegraveves en les comparant avec le tableau des regravegles de solubiliteacute

6Inviter les eacutelegraveves agrave utiliser leurs notes techniques pour reacutesoudre des problegravemes agrave partir drsquoune seacuterie de regravegles de solubiliteacute pour preacutedire la formation possible drsquoun preacutecipiteacute dans une reacuteaction agrave double deacuteplacement Voir les exemples de problegravemes agrave lrsquoannexe 4

7Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer par eacutecrit les eacutetapes de lrsquoeacutequation ionique nette dans leur carnet scientifique Voir les renseignements pour lrsquoenseignant agrave lrsquoannexe 10 et une feuille reproductible pour lrsquoeacutelegraveve agrave lrsquoannexe 11

C12-1-04 reacutediger une eacutequation eacutequilibreacutee de neutralisation pour des reacuteactions comprenant des acides forts et des bases fortes RAG D3

C12-1-05 mener une expeacuterience pour deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre une base forte et un acide fort RAG C2

C12-1-06 calculer la concentration ou le volume drsquoun acide ou drsquoune base agrave partir de la concentration et du volume drsquoacide ou de base neacutecessaire pour la neutralisation RAG D3

C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots RAG D3

C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs RAG D3

C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes RAG C2 C5

C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de collecte de donneacutees entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur RAG C2 C5

Bloc B la neutralisation

En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacutecrit les formules des composeacutes ioniques binaires et les ont nommeacutes ont appris agrave eacutequilibrer des eacutequations chimiques et ont eacutetudieacute la reacuteaction entre un acide et une base En 11e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave eacutecrire les formules et les noms des composeacutes polyatomiques en respectant la nomenclature de lrsquoUnion internationale de chimie pure et appliqueacutee

en tecircte

Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur les reacuteactions de neutralisation en leur posant les questions suivantes

- Quels sont les produits formeacutes au moment drsquoune reacuteaction de neutralisation- De quel type de reacuteaction chimique la neutralisation est-elle un exemple- Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la reacuteaction de neutralisation entre lrsquoacide chlorhydrique (HCl) et lrsquohydroxyde de calcium (Ca(OH)2)

OUFaire la deacutemonstration de quelques reacuteactions acido-basiques Demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire leurs observations sur la reacuteaction chimique qui se produit c-agrave-d de deacutecrire les reacuteactifs et les produits Voici quelques exemples de reacuteactions

bull Jus drsquoorange et flotteur agrave la fraise httpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF051600pdf (site en anglais)Cette deacutemonstration requiert le meacutelange de bicarbonate de soude et de deacutetergent Alconoxreg dans lrsquoeau Lrsquoindicateur meacutethylorange est ajouteacute au meacutelange et produit une solution ressemblant au jus drsquoorange Puis on ajoute de lrsquoacide chlorhydrique rapidement mais avec une grande prudence La reacuteaction est puissante et produit une solution faisant penser au flotteur agrave la fraise Mise en garde cette deacutemonstration peut ecirctre tregraves salissante drsquoougrave lrsquoimportance de prendre des preacutecautions

bull Tube arc-en-ciel

httpswwwflinnscicommedia62118391475pdf (site en anglais)Pour cette deacutemonstration on remplit drsquoabord un tube drsquoune solution verte Agrave une extreacutemiteacute on ajoute quelques gouttes drsquoun acide et agrave lrsquoautre quelques gouttes drsquoune base Apregraves la reacuteaction on peut voir tout le spectre des couleurs

bull Lrsquoeacuteponge cameacuteleacuteonhttpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF10376pdf (site en anglais)Cette deacutemonstration illustre la transition dans le changement de couleur drsquoun indicateur partant du pH 3 (bleu) au pH 5 (rouge) Tout ce qursquoil faut crsquoest une eacuteponge de cellulose de couleur pacircle lrsquoindicateur rouge Congo du bicarbonate de soude et de lrsquoacide aceacutetique ou chlorhydrique

en quecircte

Enseignement direct ndash les regravegles de nomenclaturePreacutesenter les regravegles de nomenclature des composeacutes acides binaires et polyatomiques (voir Chimie 11 p 384 ou Chimie 11 STSE p 69-70) Pour nommer un acide binaire suivre les regravegles ci-dessous

1 Premier mot laquo acide raquo2 Ensuite le radical de lrsquoanion3 Enfin le suffixe laquo hydrique raquo

Exemple de nomenclature drsquoun acide binaire HCl Eacutetape 1 acideEacutetape 2 chlorEacutetape 3 hydrique

La nomenclature des acides polyatomiques suit des regravegles diffeacuterentes Bon nombre drsquoions polyatomiques neacutegatifs contenant de lrsquooxygegravene forment des acides qui sont nommeacutes en remplaccedilant le suffixe -ate par -ique et le suffixe -ite par -eux Pour nommer les oxyacides (acides qui contiennent lrsquoeacuteleacutement oxygegravene) les eacutelegraveves devraient pouvoir les reconnaicirctre par la formule geacuteneacuterale HaXbOc ougrave X repreacutesente un eacuteleacutement autre que lrsquohydrogegravene ou lrsquooxygegravene

Exemples drsquoacides polyatomiques

bull Si un ion H+ est ajouteacute agrave un nitrate NO 3- HNO3 est formeacute Ce composeacute est lrsquoacide nitrique

bull Si deux ions H+ sont ajouteacutes agrave un sulfate SO 42- H2SO4 est formeacute Ce composeacute est lrsquoacide

sulfuriquebull Si un ion H+ est ajouteacute agrave un nitrite NO 2

- HNO2 est formeacute Ce composeacute est lrsquoacide nitreux

Un acide fort est un acide qui se dissocie complegravetement en ions Si par exemple 100 moleacutecules de HCl se dissolvent dans lrsquoeau cela produira 100 ions H+ et 100 ions Cl- Soulignons qursquoil nrsquoexiste que six acides forts soit lrsquoacide chlorhydrique (HCl) lrsquoacide bromhydrique (HBr) lrsquoacide iodhydrique (HI) lrsquoacide sulfurique (H2SO4) lrsquoacide nitrique (HNO3) et lrsquoacide perchlorique (HClO4)

Pour nommer une base on combine le nom du meacutetal avec celui de lrsquoanion OH- lrsquoion hydroxyde ou oxhydryle Le composeacute NaOH par exemple srsquoappelle hydroxyde de sodium Une base forte se deacutefinit comme eacutetant une base qui se dissocie complegravetement en ions Si par exemple 100 uniteacutes de formule NaOH se dissolvent dans lrsquoeau cela produira 100 ions Na+ et 100 ions OH- Les bases fortes sont des composeacutes ioniques qui contiennent lrsquoion hydroxyde (OH-) Une fois combineacutes agrave un ion hydroxyde les eacuteleacutements des groupes 1 (IA) et 2 (IIA) forment des bases fortes

Ces acides et bases sont les seuls que les eacutelegraveves eacutetudieront dans le regroupement laquo Reacuteactions en solution aqueuse raquo Quand un acide fort et une base forte sont combineacutes ils produisent une reacuteaction complegravete ce qui signifie que tous les ions hydrogegravene (de lrsquoacide) et tous les ions hydroxyde (de la base) reacuteagissent pour former de lrsquoeau

Enseignement direct ndash les reacuteactions de neutralisationRappeler aux eacutelegraveves que les acides et les bases sont des composeacutes ioniques et que par conseacutequent lorsque ces composeacutes sont placeacutes dans lrsquoeau ils se dissocient en ions et entrent dans une reacuteaction agrave double deacuteplacement produisant un sel et de lrsquoeau (voir Chimie 11 p 394- 395 Chimie 11-12 p 62 63 ou Chimie 11 STSE p 177-178)

Exemple

Eacutecris lrsquoeacutequation de la reacuteaction de neutralisation entre H2SO4 et NaOH

1 Preacutedis les produits de la reacuteaction et assure-toi drsquoeacutequilibrer lrsquoeacutequation H2SO4 + 2NaOH ⟶ H2O + Na2SO4

2 Utilise les regravegles de solubiliteacute pour deacuteterminer si chaque produit sera solide liquide ou en solution aqueuse H2SO4(aq) + 2NaOH(aq)⟶ H2O(l) + Na2SO4(aq)

Nota faire remarquer aux eacutelegraveves que lrsquoeau est un liquide puisque le solvant des solutions aqueuses est lrsquoeau

3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique totale en montrant tous les ions qui entrent dans la solution

2H(aq)+ + SO 4(aq)

2- + 2Na(aq)+ + 2OH(aq)

- ⟶ 2H2O(l) + 2Na(aq)+ + SO 4(aq)

4 Biffe les ions spectateurs et eacutecris lrsquoeacutequation ionique nette

2H(aq)+ + SO 4(aq)

2- + 2Na(aq)+ + 2OH(aq)

- ⟶ 2H2O(l) + 2Na(aq)+ + SO

4(aq)2-

2H(aq)+ + 2OH(aq)

- ⟶ 2H2O(l)

H(aq)+ + OH(aq)

- ⟶H2O(l) Deacutemonstration ndash eacuteveacutenement inattenduMontrer aux eacutelegraveves que les reacuteactions de neutralisation peuvent produire un volume plus grand que la somme des volumes des reacuteactifs Un exemple serait drsquoajouter 125 mL de HCl 01 molL agrave 125 mL de NaOH 01 molL dans un cylindre gradueacute de 250 mL On devrait alors observer une augmentation de 2 agrave 3 mL du volume Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer ce pheacutenomegravene agrave lrsquoaide de repreacutesentations particulaires

AnimationsInviter les eacutelegraveves agrave visionner une animation en ligne qui deacutemontre une reacuteaction de neutralisation au niveau particulaire

bull Animation neutralisation httpsicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7346 Cette simulation illustre la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde desodium et de chlorure drsquohydrogegravene

bull Acid-Base Titration httpwwwmhhecomphysscichemistryanimationschang_7e_espcrm3s5_5swf(site en anglais)Cette animation illustre la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde de sodium et de chlorure drsquohydrogegravene Les ions spectateurs sont repreacutesenteacutes dans la simulation

bull Neutralization Reactions httphigheredmheducationcomolcwebcgipluginpopcgiit=swf525530sitesdl free007351107232263309_neut_reactionsswfNeutralization Reactions (site en anglais)

Activiteacute de laboratoireFournir aux eacutelegraveves des solutions 01 molL de NaOH et de H2SO4 Leur demander de faire un microtitrage pour pouvoir comparer le rapport stœchiomeacutetrique avec le rapport molaire expeacuterimental entre les reacuteactifs (voir lrsquoannexe 12) Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 13

Enseignement direct ndash reacutesolution de problegravemesProposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser les donneacutees expeacuterimentales de lrsquoactiviteacute de laboratoire preacuteceacutedente pour deacuteterminer la concentration inconnue de lrsquoacide ou de la base Limiter lrsquoemploi de formules telles que C1V1 = C2V2 Pour mieux faire comprendre ce concept proposer le processus de reacutesolution de problegravemes ci-dessous

1 Eacutecrire une eacutequation chimique eacutequilibreacutee pour la reacuteaction2 Utiliser la concentration et le volume de la base ou de lrsquoacide connu pour calculer le nombre

de moles de la substance3 Utiliser les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour deacuteterminer le nombre de moles de la

base ou de lrsquoacide inconnu4 Calculer le volume requis ou la concentration de lrsquoacide ou de la base

Exemples de problegravemes

1 Pour une reacuteaction avec 350 mL drsquoun liquide servant agrave deacuteboucher les tuyaux contenant du NaOH il faut ajouter 5008 mL drsquoune solution HCl agrave 0409 molL pour neutraliser la base Quelle est la concentration de la base dans le produit de nettoyage

Solution

a) Eacutecris une eacutequation eacutequilibreacutee NaOH(aq) + HCl(aq) ⟶ H2O(l) + NaCl(aq)

b) Calcule le nombre de moles de HCl en multipliant la concentration par le volume mol HCl = (0409 molL)(0050 08 L) = 00205 mol de HCl

En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacutetudieacute des reacuteactions de neutralisation ayant un rapport de 11 Dans lrsquoactiviteacute de laboratoire suggeacutereacutee les eacutelegraveves verront maintenant un rapport de 21 On recommande agrave lrsquoenseignant de ne pas deacutepasser ce stade et drsquoeacuteviter les discussions sur les acides et bases Bronsted-Lowry dans le cadre de ce reacutesultat drsquoapprentissage Un titrage plus deacutetailleacute sera effectueacute dans le regroupement sur les acides et bases

c) Utilise lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour exprimer le rapport molaire entre HCl et NaOH et trouve le nombre de moles de NaOH

mol NaOH = 00205 mol HCl-times 1 mol NaOH-1 mol HCl

mol NaOH = 00205 mol NaOH

d) Trouve la concentration de NaOH en divisant le nombre de moles par le volume donneacute

- NaOH[ = 00205 mol

00350 L= 0586 mol] L

2 Calcule le volume de Ba(OH)2 agrave 0256 molL qui doit ecirctre ajouteacute pour neutraliser 460 mL de solution HClO4 agrave 0407 molL

Solution a) Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee Ba(OH)2(aq) + 2HClO4(aq) ⟶ 2H2O(l) + BaCl2(aq)

b) Calcule le nombre de moles de HClO4 en multipliant la concentration par le volume

mol HClO4 = (0407 molL) (00460 L)

= 00187 mol HClO4

c) Trouve le nombre de moles de Ba(OH)2 en eacutetablissant le rapport entre le nombre de moles et le coefficient agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee

mol HClO4

coefficient HClO4=

mol Ba(OH) 2

coefficient Ba(OH)2

00187 mol HClO=

2 mol HClO4

mol Ba(OH)2

1 mol Ba(OH)2

0009 35 mol Ba(OH ) 2 = mol Ba(OH)2

d) Trouve le volume de Ba(OH)2 en divisant le nombre de moles par la concentration

V = mol_c = 0009 35 mol

Volume de Ba(OH) = 365 mL2

en fin

1Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer les eacutetapes drsquoeacutecriture des reacuteactions de neutralisation (voir lrsquoannexe 14) et de problegravemes de neutralisation agrave lrsquoaide de la technique laquo le cahier diviseacute raquo

2Inviter les eacutelegraveves agrave faire une courte recherche sur les reacuteactions acido-basiques et la cuisine (voir Chimie 11 STSE p 471)

1Inviter les eacutelegraveves agrave eacutecrire des reacuteactions de neutralisation eacutequilibreacutees

2Se reacutefeacuterer aux annexes 8 et 9 pour eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves

3Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes de neutralisation semblables agrave ceux qui sont preacutesenteacutes agrave la section laquo En quecircte raquo

Bloc C lrsquoidentification de solutions inconnues

C12-1-07 eacutelaborer et mettre en œuvre une proceacutedure visant agrave identifier un certain nombre de solutions inconnues RAG C2 C4 C5

C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables indeacutependantes deacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre RAG C1 C2

C12-0-S4 seacutelectionner et employer lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2

C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees et des observations dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes RAG C2 C5

C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8

C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprit scientifiques et technologiques RAG C2 C3 C4 C5

Les eacutelegraveves devraient pouvoir utiliser les concepts eacutetudieacutes dans les reacutesultats drsquoapprentissage preacuteceacutedents pour reacutealiser cette activiteacute

Preacuteparer les solutions bien avant la peacuteriode de laboratoire Il est recommandeacute de fournir aux eacutelegraveves lrsquoinformation sur lrsquoexpeacuterience de laboratoire une semaine agrave lrsquoavance pour qursquoils puissent faire une recherche sur les produits possibles de chaque reacuteaction Inviter les eacutelegraveves agrave remettre leur plan quelques jours avant lrsquoexpeacuterience afin de veacuterifier sa validiteacute Suggeacuterer aux eacutelegraveves de se preacuteparer au laboratoire en faisant une recherche sur Internet agrave lrsquoaide de mots cleacutes tels que laquo test tube mystery raquo laquo identification de solutions inconnues raquo et laquo solutions ioniques inconnues raquo pour se renseigner sur les solutions Leur suggeacuterer de consulter le tableau des regravegles de solubiliteacute et drsquoutiliser le papier tournesol dans leurs essais pour identifier les solutions acides et basiques La couleur et lrsquoodeur des solutions peuvent aider agrave identifier les inconnues Souligner que les eacutelegraveves qui auront bien preacutepareacute leur expeacuterience de laboratoire auront plus de chances de reacuteussir agrave identifier les solutions inconnues

en tecircte

Puisque les eacutelegraveves doivent planifier et mener une expeacuterience par eux-mecircmes srsquoassurer qursquoils connaissent bien la diffeacuterence entre les affirmations et les preuves Leur proposer une activiteacute telle que

bull Le sceacutenario drsquoun accident dans la ressource En mouvement qui appuie le programme de sciences de la nature de la 10e anneacutee Les eacutelegraveves doivent deacuteterminer qui a causeacute lrsquoaccident httpwwwmpimbcafrPDFsRSLR_PhysicsModule-frpdf

bull Observer et interpreacuteter des traces httpwwwucmpberkeleyedufosrecHeindel3html ou httpwwwnapeduopenbookphprecord_id=5787amppage=89

Rappeler aux eacutelegraveves qursquoune affirmation (infeacuterence) indique ce que lrsquoon sait les preuves (donneacutees observations) expliquent comment on le sait et le raisonnement agrave lrsquoappui de la preuve indique pourquoi les preuves appuient lrsquoaffirmation (lien entre les preuves et lrsquoaffirmation)

affirmation + preuve + raisonnement = explication

en quecircte

Activiteacute de laboratoire Fournir aux eacutelegraveves des eacutechantillons non eacutetiqueteacutes des solutions suivantes K2CrO4 ndash 02 molL

Consulter lrsquoannexe 16 pour de lrsquoinformation sur la preacuteparation de ce laboratoire Lrsquoannexe fournit une seacuterie de solutions possibles Des cleacutes drsquoidentification destineacutees agrave lrsquoenseignant sont fournies agrave lrsquoannexe 17 (qui preacutesente une grille indiquant ce que les eacutelegraveves peuvent apporter au laboratoire) et agrave lrsquoannexe 18 (un sommaire deacutetailleacute des observations attendues des eacutelegraveves apregraves le laboratoire)

AlCl3∙6H2O ndash 10 molLNa2CO3 ndash 10 molLNaCH3COO∙3H2O ndash 10 molL HCl ndash 60 molLNaOH ndash 60 molLNH4OH ndash 60 molL Fe(NO3)3∙6H2O ndash 01 molL AgNO3 ndash 01 molL CuSO4 ndash 01 molL NiCl2∙6H2O ndash 01 molL Pb(NO3)2 ndash 01 molL

Proposer aux eacutelegraveves de deacuteterminer la nature de chaque solution agrave lrsquoaide des regravegles de solubiliteacute de la couleur de lrsquoodeur du test de la flamme et du papier tournesol Leur expliquer qursquoils vont faire des infeacuterences (indiquer lrsquoidentiteacute des solutions) en utilisant leurs observations (formation ou non de preacutecipiteacute couleur des solutions test de la flamme) afin drsquoexpliquer comment ces derniegraveres permettent drsquoidentifier les solutions Voir les renseignements pour les eacutelegraveves agrave lrsquoannexe 15 Leur proposer drsquoeacutecrire un rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 11-38 et 11-42 pour un modegravele)

en fin

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre aux questions suivantes dans leur carnet scientifique

- Qursquoas-tu le plus aimeacute au sujet du fait de concevoir ta propre expeacuterience- Qursquoas-tu le moins aimeacute au sujet du fait de concevoir ta propre expeacuterience- Quelles ont eacuteteacute les difficulteacutes eacuteprouveacutees lorsque ton groupe a conccedilu son expeacuterience- Comment ton groupe a-t-il reacutesolu ces problegravemes

strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1 Eacutevaluer les rapports de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide drsquoune eacutechelle drsquoeacutevaluation (voir lrsquoannexe 19 pour un modegravele) 2 Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 3 Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter une eacutevaluation de leur travail de groupe agrave lrsquoaide de lrsquoannexe 20

RAG D3

en tecircte

La deacutemonstration ci-dessous peut servir drsquointroduction agrave ce reacutesultat drsquoapprentissage Placer 20 g de chlorure de cuivre(II) dihydrateacute (CuCl2∙2H2O) dans un beacutecher de 250 mL et faire dissoudre dans 175 mL drsquoeau Froisser leacutegegraverement un carreacute de feuille drsquoaluminium de 10 cm de cocircteacute et le placer dans la solution Encourager les eacutelegraveves agrave noter soigneusement leurs observations macroscopiques pour discussion ulteacuterieure sur lrsquoactiviteacute agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire Demander aux eacutelegraveves par exemple si un reacuteservoir en aluminium pourrait servir au transport drsquoune solution de CuCl2 Les inviter eacutegalement agrave expliquer pourquoi la reacuteaction suivante ne se produira pas Cu(s) + AlCl3

Bloc d lrsquooxydation et la reacuteduction

Cette reacuteaction est exothermique donc preacutevoir une ventilation adeacutequate ou une hotte

en quecircte

Enseignement direct ndash lrsquooxydation et la reacuteductionPreacutesenter aux eacutelegraveves le deacuteveloppement de notre compreacutehension des reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction (voir Chimie 11-12 p 558-562 ou Chimie 12 p 465-466) Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et la perte et le gain drsquoeacutelectrons font lrsquoobjet de recherches depuis le deacutebut des anneacutees 1800 Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et le mouvement des eacutelectrons ont attireacute lrsquoattention des scientifiques car elles pourraient aider agrave reacutesoudre notre crise eacutenergeacutetique agrave lutter contre le reacutechauffement climatique planeacutetaire et agrave ameacuteliorer la santeacute de la planegravete

Bien des scientifiques estiment que les piles agrave hydrogegravene et les piles agrave combustible sont la technologie de lrsquoavenir Si nous voulons que nos eacutelegraveves drsquoaujourdrsquohui fassent des choix judicieux dans le futur ils doivent minimalement comprendre les technologies eacutelectrochimiques actuelles qursquoils utiliseront Preacutesenter un bref survol des technologies eacutelectrochimiques afin de mieux preacuteparer les eacutelegraveves au regroupement 6 qui preacutesente une discussion deacutetailleacutee sur le sujet

Le terme laquo oxydation raquo a eacuteteacute appliqueacute tout drsquoabord agrave la combinaison drsquooxygegravene avec drsquoautres eacuteleacutements (p ex rouille du fer ou combustion du charbon ou du meacutethane) La combustion est un synonyme drsquooxydation rapide

Le terme laquo reacuteduction raquo signifiait agrave lrsquoorigine lrsquoenlegravevement de lrsquooxygegravene drsquoun composeacute Ce terme vient du fait que le meacutetal libre a une masse plus faible que son composeacute oxydeacute Il y a diminution ou reacuteduction de la masse de la matiegravere lorsque lrsquooxygegravene est extrait Preacutesenter des exemples de reacuteactions aux eacutelegraveves

Exemple 1 2Mg(s) + O2(g) ⟶ 2MgO(s)

Si la reacuteaction est eacutecrite sous forme ionique elle devient 2Mg0 + O0

⟶ 2Mg2+O2- 2

Un coup drsquoœil rapide au reacutesultat drsquoapprentissage C12-1-12 et aux renseignements qui lrsquoaccompagnent fournira agrave lrsquoenseignant suffisamment drsquoinformation pour motiver les eacutelegraveves agrave en apprendre davantage sur les processus qui sous-tendent certains pheacutenomegravenes (propulsion drsquoune fuseacutee feux drsquoartifice antioxydants photosynthegravese rouille ivressomegravetre pour ne nommer que quelques applications)

Compte tenu de leurs connaissances anteacuterieures les eacutelegraveves devraient connaicirctre certaines reacuteactions drsquooxydation par exemple la combustion et le pourrissement des aliments

En chimie 11e anneacutee les eacutelegraveves devraient avoir observeacute le brucirclage du meacutetal de magneacutesium sinon il faudrait le faire degraves maintenant pour leur rappeler que la combustion (ou le brucirclage) est la reacuteaction drsquoune substance avec lrsquooxygegravene gazeux dans lrsquoair

Observations

bull Le magneacutesium et lrsquooxygegravene gazeux sont deux eacuteleacutements et nrsquoont aucune chargebull Les non-scientifiques appellent geacuteneacuteralement cette reacuteaction brucirclage ou combustion

mais nous scientifiques appelons cette reacuteaction laquo oxydation raquobull Nous disons que le magneacutesium a eacuteteacute oxydeacute pour produire MgO par sa reacuteaction avec

lrsquooxygegravene gazeuxbull Du point de vue des charges le meacutetal est passeacute de la charge 0 agrave la charge 2+ et le non-

meacutetal est passeacute de 0 agrave 2-

Les chimistes savent que drsquoautres eacuteleacutements non meacutetalliques se combinent agrave des substances drsquoune maniegravere semblable agrave celle de lrsquooxygegravene (p ex lrsquohydrogegravene lrsquoantimoine et le sodium brucirclent dans le chlore et le fer brucircle en preacutesence de fluor) Par conseacutequent le terme oxydation a eacuteteacute redeacutefini comme eacutetant le processus par lequel des eacutelectrons sont enleveacutes drsquoun atome ou drsquoun ion La reacuteduction a ensuite eacuteteacute deacutefinie comme eacutetant le processus par lequel un atome ou un ion gagne des eacutelectrons

Si lrsquoon considegravere le changement dans la charge ionique comme eacutetant fonction des eacutelectrons les relations suivantes peuvent ecirctre eacutetablies

Mg ⟶ Mg2++ 2e- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee Elle est eacutegale agrave 0 des deux cocircteacutes

O2 + 4e- ⟶ 2O2- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee Elle est eacutegale agrave 4 des deux cocircteacutes

En doublant la relation Mg le nombre drsquoeacutelectrons perdus par Mg est eacutegal au nombre gagneacute par lrsquooxygegravene

2 times (Mg ⟶ Mg+2+ 2e-) = 2Mg ⟶2Mg+2+ 4e-

Ceci permet drsquoavoir une eacutequation eacutequilibreacutee

2Mg ⟶ 2Mg+2+ 4e-

+ O2+ 4e- ⟶ 2O2-

2Mg + O2 ⟶ 2MgO

Agrave partir de cet exemple on peut dire que quand Mg est oxydeacute (se combine agrave lrsquooxygegravene)

bull Mg gagne une charge positive en srsquoionisantbull Cette reacuteaction entraicircne la perte drsquoeacutelectrons

Peut-on appliquer ces geacuteneacuteralisations agrave drsquoautres reacuteactions

Exemple 2

Mg(s)+ Cl2(g) ⟶ MgCl2(g)

Eacutecrite sous forme ionique cette reacuteaction devient

2Mg0 + Cl02 ⟶ Mg2+Cl1-Cl1-

Rappeler aux eacutelegraveves que deux ions Cl1- sont neacutecessaires pour eacutequilibrer les charges 2+ de lrsquoion Mg et qursquoil y ait ainsi formation de MgCl2

Comme dans le premier exemple on peut eacutecrire la reacuteaction sous sa forme ionique

Mg ⟶ Mg2+ + 2e- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee

Elle est eacutegale agrave 0 des deux cocircteacutes

Cl2 + 2e- ⟶ 2Cl1- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee Elle est eacutegale agrave 2 des deux cocircteacutes Agrave partir de cet exemple on peut dire que Mg est encore oxydeacute bull Mg gagne une charge positive et devient un ion (srsquoionise)bull Il y a eu perte drsquoeacutelectrons

Une reacuteaction compleacutementaire se produit quand un atome Cl devient un ion Cl1- bull Cl est reacuteduit en un ion neacutegatifbull Crsquoest le reacutesultat drsquoun gain drsquoeacutelectrons

Srsquoappuyant sur ces eacutenonceacutes geacuteneacuteraux les chimistes deacutefinissent maintenant lrsquooxydation comme eacutetant la perte drsquoeacutelectrons et la reacuteduction comme un gain drsquoeacutelectrons

Utiliser des trucs mneacutemoniques pour aider les eacutelegraveves agrave diffeacuterencier oxydation et reacuteduction Par exemple OXPER REacuteGAIN = lrsquooxydation est la perte drsquoeacutelectrons la reacuteduction est le gain drsquoeacutelectrons

Exemple 3

Fe3+ + Cu1+ ⟶ Fe2 + Cu2+

Fe3+ + 1e- ⟶ Fe2+ gain drsquoeacutelectrons ndash reacuteduction Cu1+ ⟶ Cu2+ + 1e- perte drsquoeacutelectrons ndash oxydation

Fondamentalement il existe deux types de reacuteactions chimiques celles qui ne produisent pas de changement apparent du nombre drsquoeacutelectrons et celles qui en produisent Ce deuxiegraveme type de reacuteaction chimique est appeleacute reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

AnimationInviter les eacutelegraveves agrave visionner une animation en ligne qui deacutemontre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction au niveau particulaire

bull Choisir lrsquoanimation laquo Zinc copper REDOX transfer raquo ou laquo Lead silver REDOX transfer raquo (site en anglais) httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm

Enseignement direct ndash le degreacute drsquooxydationMaintenant que les eacutelegraveves peuvent distinguer des reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction il faut les amener agrave deacutecouvrir que dans des reacuteactions complexes il nrsquoest pas toujours eacutevident de deacuteterminer quel eacuteleacutement est reacuteduit ou oxydeacute

Les chimistes ont creacuteeacute une seacuterie de regravegles pour nous permettre de deacuteterminer plus facilement le nombre drsquooxydation drsquoun eacuteleacutement donneacute dans un composeacute ou un ion complexe

Tous les manuels de chimie fournissent des regravegles drsquoattribution des nombres drsquooxydation (voir Chimie 12 p 476 Chimie 12 STSE p 604 ou Chimie 11-12 p 583) Ces regravegles varient leacutegegraverement drsquoun manuel agrave lrsquoautre mais elles donnent toujours la mecircme valeur pour les nombres drsquooxydation Lrsquoannexe 21 fournit une seacuterie de regravegles de ce genre

Rappeler aux eacutelegraveves que la charge ionique srsquoeacutecrit 2+ alors que le nombre drsquooxydation srsquoeacutecrit +2

Les exemples ci-dessous ont eacuteteacute eacutelaboreacutes agrave partir des regravegles drsquooxydation de lrsquoannexe

Deacuteterminer le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements eacutecrits en gras Exemple 1

La regravegle 4 indique que le nombre drsquooxydation de H1+ = +1 et la regravegle 5 indique que O2- = -2 Ces nombres peuvent ecirctre eacutecrits agrave lrsquoendroit approprieacute comme indiqueacute

La charge totale est calculeacutee agrave la ligne du bas c-agrave-d pour H +1 times1 = +1 pour O ndash2 times 3 = ndash6

Les nombres drsquooxydation sont eacutecrits sur la ligne du haut Les charges totales sont eacutecrites sur la ligne du bas

La regravegle 3 dit que la somme des charges du bas doit eacutegaler 0 Ainsi le sur la ligne du bas doit ecirctre +5

Comme il nrsquoy a qursquoun N le nombre drsquooxydation de N doit ecirctre +5

Exemple 2

Na3PO4

La regravegle 6 indique que le nombre drsquooxydation de Na1+ = +1 et la regravegle 5 indique que O2 = ndash2 Ces nombres peuvent ecirctre eacutecrits agrave lrsquoendroit approprieacute comme indiqueacute La charge totale est calculeacutee au bas c-agrave-d pour O ndash2 times 4 = ndash8 et pour Na +1 times 3 = +3

La regravegle 3 indique que la somme des charges du bas doit eacutegaler 0 Ainsi le sur la ligne du bas doit ecirctre +5

Comme il nrsquoy a qursquoun P le nombre drsquooxydation de P doit ecirctre +5

+1 -2H N O3

+1 +5 -6

+1 +5 -2H N O3

+1 +5 -6

+1 -2Na3 P O4

+3 +5 -8

+1 +5 -2Na3 P O4

+3 +5 -8

Exemple 3

Cr2O2-

Il srsquoagit drsquoun ion complexe dont la charge totale est 2- Cette fois les charges de la ligne du bas eacutegalent 2- La regravegle 5 indique que le nombre drsquooxydation drsquoO est -2

-2Cr2 O7

Selon la regravegle 3 -14 + = -2 donc le doit ecirctre +12

-2Cr2 O7

+12 -14 Cependant il y a deux atomes Cr par conseacutequent le nombre drsquooxydation de chaque Cr doitecirctre +6

+6 -2Cr2 O7

+12 -14

Autres exemples

V2O5 (+5)H2CO3 (+4) (NH4)2SO4 (-3) [Truc eacutecrire N2H8 SO4 ou utiliser lrsquoion ammonium NH+]

Ra(NO2)2 (+3) [Truc eacutecrire RaN2O4 ou utiliser lrsquoion complexe NO1- ]

Cette meacutethode est tregraves visuelle Certains textes utilisent une solution purement algeacutebrique qui fonctionne pour certains eacutelegraveves

ExerciceInviter les eacutelegraveves agrave deacuteterminer le nombre drsquooxydation du soufre dans chacun des composeacutessuivants Na2SO4 H2S S S2Cl2 SO2 et K2S2O3 Leur demander eacutegalement drsquoorganiser ces substances par ordre croissant du nombre drsquooxydation

en fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter un cadre de comparaison pour les concepts drsquooxydation et de reacuteduction (voir lrsquoannexe 22) Voir lrsquoannexe 23 pour un exemple de reacuteponse

2Proposer aux eacutelegraveves de reacutepondre aux questions suivantes dans leur carnet scientifique

- Comment le pourrissement des aliments est-il lieacute agrave lrsquooxydation et agrave la combustion- Explique en quoi la combustion et la rouille sont des processus similaires et pourtant assez diffeacuterents

en plus

Bien des textes mentionnent souvent lrsquoeacutetat drsquooxydation des hydrures des peroxydes et des superoxydes La courte note ci-dessous devrait aider lrsquoenseignant agrave fournir aux eacutelegraveves des explications claires et ecirctre consideacutereacutee comme un compleacutement au cours

1 Les hydrures ioniques sont formeacutes lorsque lrsquohydrogegravene reacuteagit avec un meacutetal reacuteactif comme ceux qui font partie des meacutetaux alcalins et de la famille des alcalino-terreux

Exemples NaH le nombre drsquooxydation de H est ndash1 BaH2 le nombre drsquooxydation de H est ndash1 AlH3 le nombre drsquooxydation de H est ndash1

2 Les hydrures covalents sont formeacutes lorsque lrsquoatome drsquohydrogegravene est lieacute en covalence agrave lrsquoatome drsquoun autre eacuteleacutement Il y a deux types drsquohydrures covalents les hydrures contenant des uniteacutes moleacuteculaires distinctes comme CH4 et NH3 et ceux qui ont des structures plus complexes tels que (BeH2)x et (AlH3)x

CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g) + 2H2O(l) reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Le carbone de CH4 a un nombre drsquooxydation de ndash4 qui va jusqursquoagrave +4 dans CO2 tandis que lrsquoatome drsquooxygegravene va de 0 dans lrsquooxygegravene libre agrave ndash2 dans CO2 et H2O

3 Le calcium le strontium et le baryum des meacutetaux alcalino-terreux forment des peroxydes ioniques qui sont geacuteneacuteralement consideacutereacutes comme des exceptions aux regravegles normales drsquoattribution des nombres drsquooxydation de lrsquooxygegravene Les peroxydes ioniques combineacutes agrave lrsquoeau ou agrave un acide dilueacute produisent de lrsquoH2O2 et sont tous des agents oxydants puissants

Lrsquoion peroxyde est O22- dont chaque atome O a un nombre drsquooxydation de -1

4 Superoxydes les superoxydes sont un groupe de composeacutes comprenant lrsquoion O 2-

Dans des conditions ougrave il y a un excegraves drsquoO2 les meacutetaux alcalins subissent des reacuteactions de combustion qui geacutenegraverent plusieurs produits diffeacuterents des oxydes des peroxydes et des superoxydes Lrsquoion superoxyde O 2

- a un nombre drsquooxydation de frac12

Le potassium le rubidium et le ceacutesium forment des composeacutes superoxydes stables qui se deacutecomposent lorsqursquoils entrent en contact avec lrsquoeau libeacuterant de lrsquooxygegravene gazeux Cette reacuteaction est utiliseacutee dans les appareils respiratoires autonomes La vapeur drsquoeau de lrsquoair expireacute des poumons amorce la reacuteaction libeacuterant de lrsquooxygegravene gazeux

2KO2(s) + 2H2O(l) ⟶ 2KOH(aq) + O2(g) + H2O2(aq)

Le KO2 reacuteagit avec le dioxyde de carbone expireacute par les poumons pour libeacuterer encore plus drsquooxygegravene gazeux

4KO2(s) + 2CO2(g) ⟶ 2K2CO3(s) + 3O2(g)

Comme toujours faire lrsquoessai de tous les exemples avant de les soumettre comme problegravemes aux eacutelegraveves au cas ougrave il y aurait des nombres drsquooxydation fractionnaires Ce nrsquoest pas tellement un problegraveme dans le preacutesent reacutesultat mais cela pourrait le devenir lorsque les eacutelegraveves devront eacutequilibrer les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction dans le reacutesultat drsquoapprentissage C12-1-10 (p ex Fe3O4 ougrave le nombre drsquooxydation de Fe devrait ecirctre +83)

1Soumettre aux eacutelegraveves une reacuteaction chimique Leur demander drsquoidentifier la substance oxydeacutee et la substance reacuteduite et de deacuteterminer le nombre drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes pour conserver la charge Les eacutelegraveves devraient pouvoir eacutecrire les demi-reacuteactions bien qursquoagrave ce stade lrsquoensei-gnant nrsquoutiliserait probablement pas ce terme On peut prendre par exemple des reacuteactions qui ont eacuteteacute eacutetudieacutees en 11e anneacutee notamment

2AgNO3(aq) + Cu(s) ⟶ 2Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)

Les eacutelegraveves devraient ecirctre en mesure drsquoenlever les ions spectateurs des reacuteactions

2Donner aux eacutelegraveves des reacuteactions et leur demander de deacuteterminer lesquelles seraient des reacuteac-tions drsquooxydation ou de reacuteduction Les eacutelegraveves devraient pouvoir expliquer leurs reacuteponses

Exemples

Na ⟶ Na1++ 1e- (oxydation) F + 1e- ⟶F1- (reacuteduction) Ti3+ ⟶ Ti4+ + 1e- (oxydation)

Lancer un autre deacutefi aux eacutelegraveves avec la reacuteaction suivante

MnO2 + 2e- + 4H1+ ⟶ 2H2O + Mn2+ (oxydation)

3Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave la question suivante

- Pourquoi les reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction doivent-elles se produire ensemble

4Demander aux eacutelegraveves de deacuteterminer les nombres drsquooxydation des atomes dans des composeacutes et des ions Il y a une foule de textes qui renferment des exemples et des feuilles de travail pour aider les eacutelegraveves agrave pratiquer lrsquoassignation des nombres drsquooxydation

C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation

ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs RAG D3

en tecircte

deacutemonstrationPreacuteparer un beacutecher drsquoune solution de nitrate drsquoargent en faible concentration et y ajouter un bout de fil de cuivre nu enrouleacute Inviter les eacutelegraveves agrave observer et agrave se rappeler les notions relatives aux reacuteactions chimiques apprises en 11e anneacutee Leur demander de proposer une explication Est-ce que la reacuteaction inverse se produit

Utiliser une solution faible de nitrate de cuivre et de lrsquoargent pour deacutemontrer la reacuteaction inverse non spontaneacutee de la deacutemonstration ci-dessus

Bloc e les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction

Degraves la 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacuteteacute initieacutes agrave la conservation des atomes dans une reacuteaction (S2-2-06) et en chimie de 11e anneacutee agrave la conservation des atomes et de la masse dans une reacuteaction chimique (C11-3-05 C11-3-12 et C11-3-13)

en quecircte

Enseignement direct ndash les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction Si deacutesireacute faire la deacutemonstration drsquoun certain nombre de solutions reacuteactives donnant lieu agrave des reacuteactions drsquooxydation-reacuteduction (p ex cuivre plus sulfate de zinc et zinc plus sulfate de cuivre) Les possibiliteacutes qui sont les plus eacuteloigneacutees dans le tableau du potentiel de reacuteduction normal donneraient lieu aux reacuteactions les plus rapides Preacutesenter des exemples assez deacutetail-leacutes comme ceux qui figurent ci-dessous pour aider les eacutelegraveves agrave bien comprendre les concepts drsquooxydation et de reacuteduction ainsi que la perte et le gain drsquoeacutelectrons Il est essentiel qursquoils comprennent ces notions pour reacuteussir le regroupement 6 Lrsquoeacutelectrochimie

Exemple

Eacutequation ionique

Cu(s) + 2AgNO3(aq) ⟶ Cu(NO3 )2(aq) + 2Ag(s)

Eacutequation ionique nette

Eacutelectrons perdus (oxydation) Cu0 Cu2+ + 2e1-

Cu(s)0 + 2Ag(aq)

+ Cu(aq)2+ + 2Ag(s)

2Ag+ + 2e1- 2Ag0 Eacutelectrons gagneacutes (reacuteduction)

Inviter les eacutelegraveves agrave noter ce qui suit

bull Un agent reacuteducteur provoque la reacuteduction drsquoune autre espegravece

bull Un agent oxydant provoque lrsquooxydation drsquoune autre espegravece

bull La substance oxydeacutee Cu0 est lrsquoagent reacuteducteur (aussi appeleacute donneur drsquoeacutelectrons)

bull Lrsquoeacuteleacutement reacuteduit Ag+ est lrsquoagent oxydant (aussi appeleacute accepteur drsquoeacutelectrons)

Dans certains manuels on deacutefinit lrsquooxydation comme lrsquoaugmentation de lrsquoeacutetat drsquooxydation et la reacuteduction comme eacutetant la diminution de lrsquoeacutetat drsquooxydation

Srsquoassurer que les eacutelegraveves comprennent que chaque atome de cuivre solide (meacutetal) perd deux eacutelectrons pour former lrsquoion cuivre (II) Deux ions argent captent chacun lrsquoun des eacutelectrons du cuivre pour former deux atomes drsquoargent Le cuivre est laquo oxydeacute raquo et lrsquoargent est laquo reacuteduit raquo ndash une reacuteaction de transfert drsquoeacutelectrons par oxydationreacuteduction ou reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Chaque perte drsquoeacutelectrons drsquoune moleacutecule doit ecirctre compenseacutee par un gain drsquoun nombre eacutegal drsquoeacutelectrons dans une autre moleacutecule Lrsquooxydation et la reacuteduction se produisent toujours simul-taneacutement dans les reacuteactions Si une reacuteaction ne comporte pas de transfert drsquoeacutelectrons alors elle ne peut ecirctre consideacutereacutee comme une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Activiteacute de laboratoire ndash les reacuteactions drsquooxydoreacuteductionProposer aux eacutelegraveves de mener lrsquoactiviteacute de laboratoire deacutecrite agrave lrsquoannexe 24

Reacutesolution de problegravemesProposer aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes drsquooxydoreacuteduction (voir lrsquoannexe 25) Voici un exemple de problegraveme avec la solution

Pour la reacuteaction Zn(s)+ Cu(aq)2+

+ ⟶ Zn(aq)2+ + Cu(s)

1) indique si crsquoest une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction ou non

2) si crsquoest une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Solution

Eacutetape 1 Assigne les nombres drsquooxydation de chaque substance drsquoapregraves les regravegles drsquoassigna-tion des nombres drsquooxydation

Zn s + Cu(aq)

2+ Zn(aq)2+ + Cu(s)

0 +2 +2 0 ( )

Eacutetape 2 Remarque quel reacuteactif perd des eacutelectrons Crsquoest la substance oxydeacutee

Zn s + Cu(aq)2+ Zn(aq)

2+ + Cu(s) 0 +2 +2 0

Lrsquoatome Zn perd deux eacutelectrons et forme Zn2+ donc il est oxydeacute Zn est aussi lrsquoagent reacuteducteur car il fournit des eacutelectrons au reacuteactif reacuteduit

Eacutetape 3 Remarque quel reacuteactif gagne des eacutelectrons Ce sera la substance reacuteduite

2+ + Cu(s) 0 +2 +2 0

Lrsquoion Cu2+ gagne deux eacutelectrons et forme lrsquoatome Cu donc Cu2+ est reacuteduit Cu2+ est aussi lrsquoagent oxydant car il capte des eacutelectrons du reacuteactif oxydeacute

Eacutetape 4 Veacuterifie srsquoil y a une reacuteaction de reacuteduction et une reacuteaction drsquooxydation Si les deux reacuteactions se produisent crsquoest une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Les eacutetapes 2 et 3 confirment qursquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

AnimationMetals in Aqueous Solutions httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesredoxhomehtml Ce site Web illustre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsqursquoun meacutetal est immergeacute dans une solution ionique aqueuse (site en anglais) Demander aux eacutelegraveves de preacutedire ce qui se produira avant de placer le meacutetal dans la solution

Enseignement direct ndash eacutequilibrer les reacuteactions drsquooxydoreacuteductionPreacutesenter aux eacutelegraveves les eacutetapes suivantes pour eacutequilibrer une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction selon la meacutethode de variation du nombre drsquooxydation Cette meacutethode permet drsquoeacutequilibrer une eacutequation drsquooxydoreacuteduction en comparant la diminution et lrsquoaugmentation des nombres drsquooxydation c-agrave-d le nombre drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes

Un type speacutecial de reacuteaction drsquooxydoreacuteduction se produit quand deux eacuteleacutements du mecircme composeacute changent de nombre drsquooxydation On lrsquoappelle parfois la reacuteaction de dismutation En voici deux exemples

0 +1 -1Cl2(g)+ 2OH(aq)

- (aq)⟶ OCl(aq)+ Cl(aq)+ H2O(l) -1 -2 02H2O2 ⟶ 2H2O(l)+ O2(g)

Lrsquooxydoreacuteduction a des liens directs avec lrsquoeacutelectrochimie donc le regroupement 6 pourrait ecirctre enseigneacute directement apregraves ce regroupement ou le reacutesultat drsquoapprentissage C12-1-11 pourrait ecirctre preacutesenteacute au regroupement 6 plutocirct qursquoau regroupement 1

Exemple 1

Suivre les eacutetapes indiqueacutees pour eacutequilibrer la reacuteaction chimique ci-dessous

P(s)+ HNO3(aq) + H2O(l) ⟶ NO(g)+ H3PO4(aq)

1 Assigne les nombres drsquooxydation agrave tous les atomes de la reacuteaction Eacutecris le nombre au-dessus de lrsquoatome approprieacute

0 +1+5-2 +1-2 +2-2 +1+5-2 P(s)+ HNO3(aq)+ H2O(l) ⟶ NO(g)+ H3PO4(aq)

2 Indique quels atomes sont oxydeacutes et lesquels sont reacuteduits Trace une ligne pour relier les atomes qui sont oxydeacutes et ceux qui sont reacuteduits Eacutecris le nombre drsquoeacutelectrons gagneacutesperdus agrave mi-chemin de la ligne

P(s) + HNO3(aq) + H2O(l) NO(g) + H3PO4(aq) 0 +1+5-2 +1 -2 +2 -2 +1 +5 -2

5 eacutelectrons perdus

3 eacutelectrons gagneacutes |

oxydation

3 Eacutequilibre les nombres drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes en placcedilant les coefficients comme suit

5 times (3 eacutelectrons gagneacutes)

3 times (5 eacutelectrons perdus)oxydation

reacuteduction

Il existe deux meacutethodes de base pour eacutequilibrer les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction Eacutetant donneacute que cette courte section a eacuteteacute conccedilue en tant qursquointroduction agrave lrsquooxydoreacuteduction seule la meacutethode fondeacutee sur le nombre drsquooxydation est preacutesenteacutee Lrsquoautre meacutethode efficace fondeacutee sur les demi-reacuteactions sera preacutesenteacutee plus en deacutetail au regroupement 6 au cours drsquoune discussion sur le potentiel drsquooxydation et la seacuterie eacutelectrochimique De faccedilon geacuteneacuterale si la reacuteaction est eacutecrite sous forme moleacuteculaire comme dans le premier exemple on tiendra deacutejagrave compte de la base ou de lrsquoacide dans la reacuteaction Dans le cas de reacuteactions ioniques en solution aqueuse des ions H+ ou OHndash doivent ecirctre ajouteacutes du cocircteacute approprieacute pour eacutequilibrer la charge ionique et les espegraveces eacuteleacutementaires Les exemples preacutesenteacutes illustrent clairement ce concept

4 Place le coefficient 3 devant P(s) et H3PO4 et place le coefficient 5 devant HNO3 et NO

3P(s) + 5HNO3(aq) + H2O(l)⟶ 5NO(g) + 3H3PO4(aq)

5 Eacutequilibre tous les atomes comme il se doit et fais une veacuterification finale pour voir si tous les atomes et les charges sont eacutequilibreacutes Eacutequilibre drsquoabord les meacutetaux puis les non-meacutetaux Ensuite fais de mecircme pour lrsquohydrogegravene et termine avec lrsquooxygegravene En suivant ces eacutetapes souvent les nombres plus complexes de lrsquoatome O sont deacutejagrave deacutetermineacutes

3P(s) + 5HNO3(aq) + 2H2O(l)⟶ 5NO(g) + 3H3PO4(aq)

Exemple 2 Solution acide

Eacutequilibre la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction en solution aqueuse qui se produit en solution acide

BiO 3(aq)- + MnO2(aq) ⟶ Bi(aq)

3+ + MnO 4(aq)-

1 Assigne les nombres drsquooxydation agrave tous les atomes de la reacuteaction Eacutecris le nombre au-dessus des atomes approprieacutes et indique le nombre drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes

BiO3(aq)- + MnO2(aq) Bi(aq)

3+ + MnO4(aq)-

+5 -2 +4 -2 +3 +7 -2

oxydation

2 eacutelectrons gagneacutes reacuteduction

2 Eacutequilibre les nombres drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes en utilisant les coefficients approprieacutes

BiO3 (aq)- + MnO2 (aq) Bi3+

(aq)+ MnO4 (aq)-

+5 -2 +4 -2 +3 +7 -2

reacuteduction

3 Eacutecris les coefficients devant lrsquoespegravece approprieacutee

3BiO 3(aq)- + 2MnO2(aq) ⟶ 3Bi(aq)

3+ + 2MnO 4(aq)-

4 Additionne les charges ioniques et eacutequilibre la reacuteaction avec H+ sachant que la reacuteaction se produit dans une solution acide

3BiO3(aq)

- + 2MnO2(aq) 3Bi(aq)3+ + 2MnO4(aq)

- (3-) + 0

(9+) + (2 )

Il faudrait ajouter 10 ions H+ du cocircteacute gauche de la reacuteaction pour eacutequilibrer les charges ioniques

3BiO3(aq)- + 2MnO2(aq) + 10H+ 3Bi(aq)

3+ + 2MnO4(aq)-

5 Ajoute ensuite de lrsquoeau du cocircteacute opposeacute pour eacutequilibrer les nombres drsquoatomes H et O

3+ + 2MnO4(aq)- + 5H2O(l)

Exemple 3 Solution basique

Eacutequilibre la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction aqueuse suivante qui se produit en solution basique

MnO4(aq)- + C2O4(aq)

2- MnO2(s) + CO3(aq)2-

1 Assigne les nombres drsquooxydation agrave tous les atomes de la reacuteaction Eacutecris ces nombres au-dessus des atomes approprieacutes et indique les nombres drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes

2- MnO2(s) + CO3(aq)2-

+7 -2 +3 -2 +4 -2 +4 -2

2 eacutelectrons perdus par C2 oxydation

3 eacutelectrons gagneacutes

reacuteduction

2 Eacutequilibre les eacutelectrons perdus et gagneacutes en utilisant les coefficients

2- MnO2(s) + CO3(aq)2-

+7 -2 +3 -2 +4 -2 +4 -2

3(2 eacutelectrons perdus par C2) oxydation

2(3 eacutelectrons gagneacutes)

reacuteduction

3 Eacutecris les coefficients devant les espegraveces approprieacutees 2MnO4(aq)

- + 3C2O4(aq)2- 2MnO2(s) + 6CO3(aq)

Remarque qursquoil faut 6CO32- pour eacutequilibrer les atomes C dans 3C2O4-

4 Additionne les charges ioniques et fais lrsquoeacutequilibrage avec les ions OHndash sachant que la reacuteaction se produit en solution basique

2MnO4(aq)- + 3C2O4(aq)

2- 2MnO2(s) + 6CO3(aq)2-

(2-) + (6-) 0 + (12-)

8- 12-

Il faudrait ajouter quatre ions OHndash agrave la partie gauche de la reacuteaction pour eacutequilibrer la charge ionique

2- + 4OH(aq)- 2MnO2(s) + 6CO3(aq)

5 Ajoute alors de lrsquoeau au cocircteacute opposeacute de la reacuteaction pour eacutequilibrer le nombre drsquoatomes H et O 2MnO4(aq)

- + 3C2O4(aq) 2- + 4OH(aq)

- 2MnO2(s) + 6CO (aq)2- + 2H2O(l)

Deacutemonstration Le test agrave lrsquoivressomegravetre srsquoappuie sur la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction indiqueacutee ci-dessous On peut lancer un deacutefi aux eacutelegraveves et leur demander drsquoeacutequilibrer cette reacuteaction CH3CH2OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr2( SO + 2K2SO4+ 11H2O (jaune-orange) (vert)

Historiquement avant que la spectrophotomeacutetrie laser occupe une place preacutedominante dans lrsquoeacutequipement mobile drsquoanalyse du taux drsquoalcool dans lrsquohaleine le conducteur devait souffler dans une solution de dichromate de potassium de couleur orange vert Lorsque lrsquoeacutethanol (srsquoil eacutetait preacutesent dans lrsquoeacutechantillon) reacuteagissait avec lrsquoacide la solution devenait de plus en plus verte Le degreacute de changement eacutetait ensuite mesureacute au moyen drsquoun simple spectrophotomegravetre Agrave mesure que la longueur drsquoonde de la lumiegravere eacutemise srsquoapprochait du vert elle indiquait une plus grande quantiteacute drsquoalcool dissous dans lrsquoair expireacute Ces reacuteactifs traditionnels sont facilement accessibles dans la plupart des laboratoires drsquoeacutecole On peut bacirctir un ivressomegravetre rudimentaire et y injecter des bulles drsquoeacutethanol deacutenatureacute pour tester le changement de couleur Un rince bouche ordinaire repreacutesente une source efficace et seacutecuritaire drsquoalcool pour simuler lrsquohaleine drsquoun conducteur avec les faculteacutes affaiblies

Poser la question suivante aux eacutelegraveves

- Qursquoarriverait-il si on ajoutait du meacutethanol ou de lrsquoisopropanol au lieu de lrsquoeacutethanol

en fin

Inviter les eacutelegraveves agrave creacuteer une analogie illustrant chacun des termes suivants oxydation reacuteduction agent oxydant et agent reacuteducteur

1Proposer aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes visant agrave identifier les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et celles qui nrsquoen sont pas Les eacutelegraveves pourront eacutegalement identifier lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur la substance oxydeacutee et la substance reacuteduite dans une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Ici nous utiliserons la convention selon laquelle la laquo substance raquo est geacuteneacuteralement une espegravece atomique donc nous nrsquoutiliserons pas une notation ionique (p ex N au lieu de N+5) Lrsquoenseignant peut utiliser srsquoil le deacutesire drsquoautres faccedilons de deacutecrire la substance oxydeacutee ou reacuteduite mais il est important de toujours utiliser la mecircme notation

Pour ces exemples de reacuteactions identifier la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteura) Ag(aq)

+ + Cu(s)0 Ag(s)

0 + Cu(aq)2+

(La reacuteaction srsquoeacutecrit comme suit Cu(s)+ 2AgNO3(aq) Cu( NO3) 2(aq) + 2Ag(s))

b) 2HNO3(aq) + 3H2S(g) 2NO(g) + 3S(s)0 + 4H2O(l)

Quelle substance est oxydeacutee a) Cu(s) 0 b) S

Quelle substance est reacuteduite a) Ag(aq) + b) N

Quel est lrsquoagent oxydant a) Cu(s) 0 b) HNO3(aq)

Quel est lrsquoagent reacuteducteur a) Cu(s) 0 b) H2S(g)

2Demander aux eacutelegraveves de deacutecrire les termes agent oxydant agent reacuteducteur substance oxydeacutee et substance reacuteduite agrave lrsquoaide de lrsquoapproche tripartite (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1022)

3Inviter les eacutelegraveves agrave eacutequilibrer les eacutequations drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoaide des notes explicatives (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1314)

4Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9

5Eacutevaluer le rapport drsquoexpeacuterience des eacutelegraveves

C12-1-12 mener une recherche sur les applications pratiques des reacuteactions redox par exemple carburant agrave fuseacutee feux drsquoartifice agent de blanchiment photographie extraction de meacutetaux agrave partir de minerai fabrication de lrsquoacier recyclage de lrsquoaluminium piles agrave combustible batteries enlegravevement des taches de ternissure horloge agrave fruit mise en eacutevidence de sang agrave des fins judiciaires agrave lrsquoaide de luminol chimioluminescencebioluminescence deacutegraissage eacutelectrolytique eacutelectrodeacuteposition (galvanoplastie) gravure chimique antioxydantsagents de conservation RAG B1 B2 B4 D3

C12-0-R2 eacutevaluer lrsquoinformation obtenue afin de deacuteterminer lrsquoutiliteacute des renseignements par exemple lrsquoexactitude scientifique la fiabiliteacute le degreacute drsquoactualiteacute la pertinence lrsquoobjectiviteacute les preacutejugeacutes RAG C2 C4 C5 C8

C12-0-R4 communiquer lrsquoinformation sous diverses formes en fonction du public cible de lrsquoobjectif et du contexte RAG C5 C6

C12-0-G1 collaborer avec les autres afin drsquoassumer les responsabiliteacutes et drsquoatteindre les objectifs drsquoun groupe RAG C2 C4 C7

C12-0-G2 susciter et clarifier des questions des ideacutees et des points de vue divers lors drsquoune discussion et y reacuteagir RAG C2 C4 C7

Bloc F applications pratiques des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction

C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des applications de la chimie RAG A1 A3 A5 B2

C12-0-T2 expliquer lrsquointeraction de la recherche scientifique et de la technologie dans la production et la distribution de mateacuteriaux RAG A5 B1 B2

C12-0-T3 illustrer comment des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne RAG A5 B2

en tecircte

Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche rapide dans Internet sur diffeacuterentes applications des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et agrave partager leurs reacutesultats avec la classe

en quecircte

Recherche ndash applications pratiques de reacuteactions drsquooxydoreacuteductionProposer aux eacutelegraveves de faire une recherche sur une application pratique de reacuteactions drsquooxy-doreacuteduction (voir lrsquoannexe 26) Leur deman-der de partager lrsquoinformation recueillie selon la meacutethode de leur choix (p ex exposeacute oral brochure informative affiche) Des eacuteleacutements de contenu pour cette preacutesentation pourraient inclure la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction eacutequili-breacutee lrsquoeffet du processus sur lrsquoenvironnement et la consommation drsquoeacutenergie par cette reacuteaction Deacuteterminer les critegraveres drsquoeacutevaluation avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient inclure des eacuteleacutements touchant le contenu et la preacutesentation

Les renseignements qui suivent visent agrave servir drsquointroduction pour chacun des exemples dansle reacutesultat drsquoapprentissage et pourraient srsquoajouter agrave la liste eacutetablie par les eacutelegraveves dans la sectionlaquo En tecircte raquo Choisir des exemples qui correspondent aux inteacuterecircts et expeacuteriences des eacutelegraveves et de lrsquoenseignant Compleacuteter le mateacuteriel preacutesenteacute agrave la page suivante par des recherches drsquoinfor-mation dans les ressources habituelles comme Internet certains manuels encyclopeacutedies et

Ce reacutesultat drsquoapprentissage a eacuteteacute placeacute ici pour que lrsquoenseignant puisse assigner aux eacutelegraveves une recherche degraves le deacutebut de lrsquoanneacutee scolaire afin qursquoils rassemblent des donneacutees et des ideacutees sur une longue peacuteriode Organiser des preacutesentations de groupe durant le regroupement sur lrsquoeacutelectrochimie agrave la fin du cours Attirer lrsquoattention des eacutelegraveves sur lrsquoeffet de ces processus sur lrsquoenvironnement et sur leur consommation drsquoeacutenergie

Encourager les eacutelegraveves agrave faire des recherches et agrave preacuteparer des deacutemonstrations pour appuyer leurs preacutesentations

revues et aupregraves de speacutecialistes Ideacutealement demander aux eacutelegraveves de fournir de lrsquoinformation provenant de leur propre sphegravere drsquoexpeacuteriences

Carburant agrave fuseacuteeChaque propulseur fuseacutee solide de la navette spatiale utiliseacute durant les deux premiegraveres mi-nutes du lancement contient 495 000 kg drsquoun meacutelange explosif de perchlorate drsquoammonium et drsquoaluminium

NH4ClO4(s) + Al(s) Al2O3(g) + HCl(g) + N2(g) + H2O(g) Feux drsquoartificeLa chaleur et la pousseacutee produites par une piegravece pyrotechnique sont le reacutesultat de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction exothermiques En geacuteneacuteral une piegravece pyrotechnique est composeacutee drsquoun agent oxydant comme le perchlorate de potassium drsquoun combustible comme lrsquoaluminium ou le magneacutesium drsquoun liant et de certaines substances chimiques pour les effets speacuteciaux (cou-leurs eacutetincelles et fumeacutee) Agrave titre drsquoexemple la couleur verte des feux drsquoartifice est produite gracircce agrave un composeacute de baryum et les eacutetincelles doreacutees sont produites gracircce agrave lrsquoajout de limaille de fer ou de charbon

Agent de blanchiment pour lrsquoentretien meacutenagerGracircce au processus drsquooxydation les couleurs indeacutesirables (taches) sont enleveacutees (oxydeacutees) par lrsquoagent de blanchiment La couleur est le reacutesultat du mouvement drsquoeacutelectrons entre diffeacuterents niveaux drsquoeacutenergie des atomes du mateacuteriel OCl(aq)

- + moleacutecule de substance coloreacutee(s) Cl(aq)- + moleacutecule de substance oxydeacutee (incolore)(s)

PhotographieIl existe trois reacuteactions drsquooxydoreacuteduction diffeacuterentes en photographie noir et blanc

1 Le neacutegatif du film est une eacutemulsion de bromure drsquoargent

Ag(aq)+ + Br(aq)

- AgBr(s)

2 Le film est traiteacute et lrsquoAg+(aq) reacutesiduel est converti en argent libre par un agent reacuteducteur La

partie AgBr qui nrsquoa pas reacuteagi est enleveacutee par immersion dans une solution approprieacutee Cette eacutetape produit le neacutegatif

3 Le neacutegatif est ensuite imprimeacute sur du papier photographique

Extraction de meacutetaux agrave partir de mineraiLrsquoaluminium est extrait de lrsquooxyde drsquoaluminium (bauxite raffineacutee) par eacutelectrolyse suivant le proceacutedeacute de Hall-Heroult cathode Al(aq)

3+ + 3e- Al(s) anode 2O(aq)

2- O2(g ) + 4e-

reacuteaction en cellule nette 4Al(aq)3+ + 6O(aq)

2- 4Al(s) + 3O2(g)

Ce proceacutedeacute consomme drsquoeacutenormes quantiteacutes drsquoeacutenergie eacutelectrique Le recyclage de lrsquoaluminium est beaucoup plus eacuteconomique que le proceacutedeacute effectueacute agrave partir de la bauxite

Le cuivre lrsquoargent lrsquoor le platine et le palladium sont les seuls meacutetaux de transition qui preacute-sentent une reacuteactiviteacute assez faible pour ecirctre preacutesents dans la nature sans ecirctre combineacutes agrave drsquoautres eacuteleacutements

Production de lrsquoacierLe proceacutedeacute agrave lrsquooxygegravene constitue la meacutethode de base la plus courante pour purifier le fer Les mitrailles drsquoacier sont meacutelangeacutees au fer de fonte dans un haut fourneau puis on ajoute de lrsquooxygegravene (par injection) pour oxyder les impureteacutes

Recyclage de lrsquoaluminiumTous les produits de lrsquoaluminium peuvent ecirctre recycleacutes apregraves usage Les rebuts en aluminium sont geacuteneacuteralement transporteacutes par camion jusqursquoau centre de recyclage ougrave ils sont veacuterifieacutes et trieacutes pour en deacuteterminer la composition et la valeur Srsquoil est impossible de deacuteterminer leur qualiteacute lrsquoaluminium sera drsquoabord passeacute entre de gros aimants pour enlever tout meacutetal ferreux et selon le type de contamination preacutesent certains rebuts devront ecirctre soumis agrave drsquoautres trai-tements Pour les canettes de boissons par exemple il faut enlever la laque qui les recouvre avant de pouvoir reacutecupeacuterer lrsquoaluminium Piles agrave combustibleLa pile agrave combustible la plus courante est la pile hydrogegravene-oxygegravene utiliseacutee dans la navette spatiale Certains constructeurs drsquoautomobiles utilisent maintenant des piles agrave combustiblecomme sources drsquoeacutenergie

oxydation ( H2(g) + 2OH(aq)- 2H2O(l) + 2e-) times 2

reacuteduction O2(g) + 2H2O(l) + 4e- 4OH(aq)-

reacuteaction globale 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

BatteriespilesLe flux des eacutelectrons dans une pile ou une batterie est geacuteneacutereacute par lrsquooxydation du zinc dans la pile et la reacuteduction de MNO2 Voici les reacuteactions qui se produisent

oxydation Zn(s) Zn(aq)2+ + 2e-

reacuteduction 2MnO2(s) + 2NH4(aq)

+ + 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)

Enlegravevement des ternissuresLa ternissure de lrsquoargent est faite drsquoAg2S et reacutesulte de la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction mettant en jeu des sulfures de lrsquoenvironnement Pour enlever les ternissures on fait reacuteagir lrsquoaluminium comme suit

3Ag2S(s) + 2Al(s) Al2S3(s) + 6Ag(s)

Horloge agrave fruitEn inseacuterant deux eacutelectrodes de diffeacuterents meacutetaux dans un morceau de fruit (comme le citron) et en les reliant par des fils eacutelectriques on peut geacuteneacuterer un courant eacutelectrique et alimenter une horloge rudimentaire agrave cristaux liquides

Zn(s)+ Cu(aq)2+ Zn(aq)

2+ + Cu(s)

Mise en eacutevidence de sang agrave des fins judiciaires agrave lrsquoaide de luminolPour reacutealiser un test au luminol les criminalistes nrsquoont qursquoagrave vaporiser la solution de luminol partout ougrave ils pensent trouver des taches de sang Si le meacutelange de luminol vient en contact avec des globules rouges le fer de lrsquoheacutemoglobine acceacuteleacuterera une reacuteaction entre le peroxyde drsquohydrogegravene et le luminol Dans cette reacuteaction drsquooxydation le luminol perd des atomes drsquoazote et drsquohydrogegravene et capte des atomes drsquooxygegravene drsquoougrave la formation drsquoun composeacute appeleacute 3-aminophthalate Le 3-aminophthalate se preacutesente agrave lrsquoeacutetat exciteacute les eacutelectrons des atomes drsquooxygegravene eacutetant propulseacutes sur une orbite supeacuterieure Les eacutelectrons retombent rapidement agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute (eacutetat fondamental) en eacutemettant un surplus de luminescence sous forme de photon lumineux Quand le fer acceacutelegravere la reacuteaction la lumiegravere eacutemise est assez brillante pour qursquoon la voie dans le noir

ChimioluminescencebioluminescenceLa plupart des meacutethodes de chimioluminescence nrsquoutilisent que quelques composants chimiques pouvant produire de la lumiegravere La chimioluminescence du luminol et celle du peroxyoxalate sont toutes deux utiliseacutees dans des meacutethodes bioanalytiques Dans chaque sys-tegraveme un laquo combustible raquo est chimiquement oxydeacute pour geacuteneacuterer un produit agrave lrsquoeacutetat exciteacute Dans bien des meacutethodes utilisant le luminol crsquoest ce produit exciteacute qui eacutemet la lumiegravere signalant la preacutesence de sang Dans la chimioluminescence lieacutee au peroxyoxalate le produit initial agrave lrsquoeacutetat exciteacute nrsquoeacutemet pas de lumiegravere du tout il reacuteagit plutocirct avec un autre composeacute souvent un com-poseacute qui est aussi viable comme colorant fluorescent et crsquoest ce fluorophore qui devient exciteacute et eacutemet de la lumiegravere

La bioluminescence est une lumiegravere produite par une reacuteaction chimique agrave lrsquointeacuterieur drsquoun organisme Au moins deux produits chimiques sont en preacutesence celui qui produit la lumiegravere est geacuteneacuteralement appeleacute laquo lucifeacuterine raquo et celui qui alimente ou catalyse la reacuteaction srsquoappelle laquo lucifeacuterase raquo

Deacutegraissage eacutelectrolytiqueLa couche de sels de mer sur des objets de meacutetal est enleveacutee agrave lrsquoaide drsquoun processus eacutelectrochi-mique Une pile voltaiumlque est coupleacutee agrave une cathode lrsquoobjet lui-mecircme et agrave une anode drsquoacier inoxydable dans une solution basique Les ions chlorure sont enleveacutes au passage du courant eacutelectrique

Dans une autre meacutethode les bacteacuteries convertissent les ions sulfate en un gaz (sulfure drsquohydrogegravene) permettant le deacutepocirct drsquoune couche de sulfure drsquoargent sur les piegraveces de monnaie et les lingots drsquoargent apregraves une longue peacuteriode drsquoimmersion au fond de lrsquooceacutean Dans une pile eacutelectrolytique lrsquoargent du sulfure drsquoargent peut ecirctre reacuteduit sous sa forme meacutetallique et reacutecupeacutereacute (Dingrando et al 2005 684)

EacutelectrodeacutepositionLa technique utiliseacutee dans la galvanoplastie srsquoappelle lrsquoeacutelectrodeacuteposition (p ex dans la production de CD) Lrsquoobjet agrave recouvrir est placeacute dans un contenant renfermant une solution drsquoun ou de plusieurs sels meacutetalliques Lrsquoobjet est brancheacute agrave un circuit eacutelectrique formant la cathode (eacutelectrode neacutegative) du circuit tandis qursquoune eacutelectrode geacuteneacuteralement faite du mecircme meacutetal agrave appliquer forme lrsquoanode (positive) Quand un courant eacutelectrique passe dans le circuit les ions meacutetalliques en solution sont attireacutes vers lrsquoobjet formant une couche du meacutetal sur lrsquoobjet Cependant il faut une grande habileteacute et une bonne maicirctrise du proceacutedeacute pour assu-rer lrsquouniformiteacute du deacutepocirct meacutetallique sur le produit fini Ce proceacutedeacute est similaire agrave une pile galvanique inverseacutee

Gravure photochimiqueCe proceacutedeacute consiste agrave utiliser les rayons ultraviolets pour transfeacuterer un motif sur une piegravece de meacutetal Les produits chimiques sont ensuite appliqueacutes pour enlever certaines parties du motif creacuteant ainsi un dessin complexe sur le meacutetal (Dingrando et al 2005 641)

Antioxydantsagents de preacuteservationLrsquooxydation peut faire pourrir les aliments et deacutegrader drsquoautres matiegraveres organiques (p ex la peau chez les humains) Les antioxydants aident agrave reacuteduire la deacutegradation de certains acides amineacutes essentiels et la perte de certaines vitamines Les antioxydants comme la vitamine C la vitamine E le BHT (butylhydroxytoluegravene) le HAB (butylhydroxyanisole) les sulfites et le dioxyde de soufre reacuteagissent plus facilement avec lrsquooxygegravene que les aliments ce qui empecircche la deacutegradation des aliments

Stimulateur cardiaqueMis au point par un Canadien (John Hopps) dans les anneacutees 1940 le stimulateur cardiaque envoie des impulsions eacutelectriques au muscle cardiaque afin de reacutegulariser les battements du cœur Lrsquoeacutenergie du stimulateur cardiaque est fournie par une pile qui dure sept ans

Preacutevention de la corrosionLrsquoutilisation de peinture ou drsquoun autre revecirctement protecteur permet de proteacuteger les structures drsquoacier de la corrosion Des anodes sacrificielles de magneacutesium de zinc ou drsquoun autre meacutetal actif sont aussi utiliseacutees pour preacutevenir la corrosion

en fin

Inviter les eacutelegraveves agrave faire une autoeacutevaluation de leur travail de groupe (voir lrsquoannexe 27)

1Eacutevaluer les preacutesentations des eacutelegraveves selon les critegraveres eacutetablis

LiSTE DES ANNExES

ANNEXE 1 Eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute 162

ANNEXE 2 Eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 163

ANNEXE 3 Regravegles de solubiliteacute 166

ANNEXE 4 Preacutediction des reacuteactions de preacutecipitation 167

ANNEXE 5 Tableau des couleurs 169

ANNEXE 6 Identification de solutions inconnues ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 170

ANNEXE 7 Habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve en laboratoire ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 172

ANNEXE 8 Liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash Habileteacutes geacuteneacuterales 175

ANNEXE 9 Liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash Capaciteacute de raisonnement 176

ANNEXE 10 Notes explicatives ndash Eacutecriture des eacutequations ioniques nettes 177

ANNEXE 11 Exercice ndash Eacutecriture des eacutequations ioniques nettes 178

ANNEXE 12 Laboratoire de titrage 179

ANNEXE 13 Laboratoire de titrage ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 182

ANNEXE 14 Eacutequilibrage des reacuteactions de neutralisation 185

ANNEXE 15 Expeacuterience ndash Douze solutions mystegraveres 186

ANNEXE 16 Douze solutions mystegraveres ndash Guide de preacuteparation 188

ANNEXE 17 Cleacute no 1 pour lrsquoenseignant 190

ANNEXE 19 Eacutelaboration drsquoune eacutechelle drsquoeacutevaluation de lrsquoexpeacuterience 193

ANNEXE 20 Eacutevaluation ndash Processus de collaboration 194

ANNEXE 21 Regravegles sur les nombres drsquooxydation 195

ANNEXE 22 Cadre de comparaison ndash Oxydation et reacuteduction 196

ANNEXE 23 Cadre de comparaison ndash Exemple de reacuteponse 197

ANNEXE 24 Expeacuterience ndash Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction 198

ANNEXE 25 Exercice ndash Identification des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction 1102

ANNEXE 26 Exemple de recherche 1103

ANNEXE 27 Reacuteflexion individuelle sur le travail de groupe 1104

annexe 1 eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute

Objectif Au cours de cette activiteacute de laboratoire tu devras observer des reacuteactions de preacutecipitation pour des solutions ioniques diffeacuterentes et eacutetablir un ensemble de regravegles de solubiliteacute

Mateacuteriel bull Plaque agrave puitsbull Compte-gouttesbull Solutions

Seacuterie A ions argent (Ag+) ions baryum (Ba2+) ions sodium (Na+) ions ammonium (NH4

+) ions calcium (Ca2+) ions chlorure (Cl-) ions carbonate

(CO32-) ions sulfate (SO4

2-) ions nitrate (NO3- ) et ions phosphate (PO4

3-) Seacuterie B ions zinc (Zn2+) ions fer (Fe3+) ions sodium (Na+) ions magneacutesium

(Mg2+) ions potassium (K+) ions chlorure (Cl-) ions hydroxyde (OH-) ions

bromure (Br-) ions carbonate (CO32-) et ions aceacutetate (C2H3O2

Deacutemarche Eacutelabore ta propre meacutethode pour deacuteterminer des regravegles de solubiliteacute Ton enseignant te remettra soit la seacuterie A soit la seacuterie B

Conseil avant de commencer agrave meacutelanger les solutions dessine une grille pour organiser tes observations

Analyse1 Les scientifiques ont eacutelaboreacute une seacuterie de regravegles de solubiliteacute en fonction de la solubiliteacute drsquoanions avec de nombreux cations a) Eacutenumegravere les cations qui nrsquoont pas formeacute de preacutecipiteacute b) Pour chaque anion eacutenumegravere les cations avec lesquels lrsquoanion eacutetait insoluble (a formeacute un preacutecipiteacute) c) Eacutecris les eacutequations moleacuteculaire ionique et ionique nette pour chaque reacuteaction (nrsquooublie pas drsquoinclure les eacutetats)

2 Dresse la liste des regravegles de solubiliteacute que tu as eacutetablies Consulte un groupe qui a utiliseacute la seacuterie de solutions autre que la tienne et mettez en commun vos observations afin de compleacuteter la liste des regravegles de solubiliteacute Consultez ensuite le tableau de lrsquoannexe 5 pour deacuteterminer comment vos reacutesultats srsquoy comparent

annexe 2 eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Proposer agrave des groupes drsquoeacutelegraveves de faire lrsquoexpeacuterience de laboratoire en utilisant soit la seacuterie Asoit la seacuterie B et les inviter agrave mettre en commun leurs observations

Remarques Des solutions de 10 molL peuvent ecirctre preacutepareacutees au lieu de solutions 01 molL srsquoil y a lieu Lrsquoenseignant peut aussi demander aux eacutelegraveves drsquoaider agrave la preacuteparation des solutions Il peut ecirctre souhaitable pour les eacutelegraveves que les ions participant agrave la reacuteaction proviennent de solutions seacutepareacutees Dans une laquo seacuterie A raquo par exemple une solution 01 molL de NaCl pourrait ecirctre la source drsquoions Na+ et une solution 01 molL de Na2CO3 serait la source drsquoions CO3

2- Ces solutions remplaceraient les 2 solutions 01 molL de carbonate de sodium (Na2CO3) eacutetiqueteacutees Na+ et CO3

2- mentionneacutees ci-dessous Si cette strateacutegie nrsquoest pas suivie les eacutelegraveves observeront sans aucun doute des preacutecipiteacuteslaquo anormaux raquo (pheacutenomegravenes) et inattendus qui peuvent ecirctre difficiles agrave expliquer Il pourrait srsquoensuivre une confusion crsquoest pourquoi il est recommandeacute de proceacuteder selon le niveau de difficulteacute deacutesireacute pour les eacutelegraveves qui doivent expliquer les reacutesultats

Solutions Preacuteparer deux seacuteries de solutions dans des flacons compte-gouttes de 25 mL

Seacuterie A

1 solution 01 molL de nitrate drsquoargent (AgNO3 ) eacutetiqueteacutee Ag+

2 solutions 01 molL de chlorure de baryum (BaCl2 ) eacutetiqueteacutees Ba2+ et Cl-

2 solutions 01 molL de carbonate de sodium (Na2CO3 ) eacutetiqueteacutees Na+ et CO32-

2 solutions 01 molL de sulfate drsquoammonium ((NH4 )2SO4 ) eacutetiqueteacutees NH4+ et SO4

2 solutions 01 molL de nitrate de calcium (Ca(NO3 )2 ) eacutetiqueteacutees Ca2+ et NO3-

1 solution 01 molL de phosphate de potassium (K3PO4 ) eacutetiqueteacutee PO43-

Seacuterie B

1 solution 01 molL drsquoaceacutetate de zinc (Zn(C2H3O2 )2 ) eacutetiqueteacutee Zn2+

2 solutions 01 molL de chlorure de fer(III) (FeCl3) eacutetiqueteacutees Fe3+ et Cl-

2 solutions 01 molL drsquohydroxyde de sodium (NaOH) eacutetiqueteacutees Na+ et OH-

1 solution 01 molL de bromure de magneacutesium (MgBr2) eacutetiqueteacutee Mg2+

1 solution 01 molL de bromure de sodium (NaBr) eacutetiqueteacutee Br-

2 solutions 01 molL de carbonate de potassium (K2CO3) eacutetiqueteacutees K+ et CO32-

1 solution 01 molL drsquoaceacutetate de sodium (NaC2H3O2) eacutetiqueteacutee C2H3O2-

Reacutesultats probables

Seacuterie A

Cl- CO32- SO4

2- NO3- PO4

Ag+ PPT PPT PPT pas de reacuteaction PPT

Ba2+ pas de

reacuteaction PPT PPT pas de reacuteaction PPT

Na+ pas de

reacuteaction pas de

reacuteaction

pas de reacuteaction

Ca2+ pas de

PPT = preacutecipiteacute

1 a) Les cations qui nrsquoont pas formeacute de preacutecipiteacute sont Na+ et NH4

b) Cl- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+

CO32- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+ Ba2+ et Ca2+

SO42- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+ Ba2+ et Ca2+ Mentionnons que Ag2SO4 est faiblement

soluble donc il peut y avoir preacutecipiteacute ou non

NO3- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation

PO43- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+ Ba2+ et Ca2+

Seacuterie B

Cl- OH- Br- CO32- C2H3O2

Zn2+ pas de

reacuteaction PPT pas de reacuteaction PPT pas de

reacuteaction

Fe3+ pas de

reacuteaction PPT pas de reacuteaction

Na+ pas de

reacuteaction

Mg2+ pas de

reacuteaction

K+ pas de

reacuteaction

1 a) Les cations qui nrsquoont pas formeacute de preacutecipiteacute sont Na+ et K+

b) Cl- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation OH- a formeacute un preacutecipiteacute avec Zn2+ Fe3+ et Mg2+ Br- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation CO3

2- a formeacute un preacutecipiteacute avec Zn2+ et Mg2+ C2H3O2

- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation

2 Regravegles de solubiliteacute i) La plupart des sels nitrates (NO3

- ) sont solubles ii) La plupart des sels contenant des ions meacutetalliques alcalins (Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+) et lrsquoion ammonium (NH4

+) sont solubles iii) La plupart des sels de chlorure (Cl-) de bromure (Br-) et drsquoiodure (I-) sont solubles Les sels contenant des ions Ag+ Pb2+ et Hg

22+sont des exceptions marquantes

iv) La plupart des sels de sulfate (SO42- ) sont solubles BaSO4 PbSO4 HgSO4 et CaSO4 sont

des exceptions marquantes v) La plupart des sels hydroxydes sont faiblement solubles NaOH et KOH sont les hydroxydes solubles importants Les composeacutes Ba(OH)2 Sr(OH)2 et Ca(OH)2 sont faiblement solubles vi) La plupart des sels de sulfure (S2-) de carbonate (CO3

2- ) de chromate (CrO42- ) et de

phosphate (PO43- ) sont faiblement solubles

annexe 3 Regravegles de solubiliteacuteions neacutegatifs ions positifs Solubiliteacute

ions alcalins (Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+)

solubles

essentiellement tous ion hydrogegravene H(aq)+ solubles

essentiellement tous ion ammonium (NH4+) solubles

nitrate NO3-

aceacutetate CH3COO- essentiellement tous (SAUF Ag+)

solubles

chlorure Cl- bromure Br- iodure I-

Ag+ Pb2+ Hg22+ Cu+ Tl+ faiblement solubles

sulfate SO42- Ca2+ Sr2+ Ba2+ Pb2+ Ra2+ faiblement solubles

sulfure S2- ions alcalins H(aq)+ NH4

+ Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Ra2+

solubles

hydroxyde OH- ions alcalins H(aq)+ NH4

+ Sr2+ Ba2+ Ra2+ Tl+

solubles

phosphate PO43-

carbonate CO32-

sulfite SO32-

ions alcalins H(aq)+ NH4

+ solubles

chromate CrO42- Ba2+ Sr2+ Pb2+ Ag+ faiblement solubles

essentiellement tous

essentiellement tous solubles

tous les autres solubles

tous les autres faiblement solubles

faiblement solublestous les autres

annexe 4 preacutediction des reacuteactions de preacutecipitation

Agrave partir drsquoun tableau des solubiliteacutes

a) preacutedis les produits des reacuteactions suivantesb) eacutecris une eacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee et veacuterifie le tableau pour deacuteterminer la solubiliteacute des produitsc) eacutecris une eacutequation ionique totaled) eacutecris une eacutequation ionique nette

Exemple 1

AlCl3 reacuteagit avec KOH

a) Al3+ se combine avec OH- pour former Al(OH)3 et K+ se combine avec Cl- pour former KCl

b) Lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee sera

AlCl3(aq) + 3KOH(aq) rarr Al(OH)3(s) + 3KCl(aq)

Remarque dans le tableau des solubiliteacutes que lrsquoion Al3+ est insoluble avec lrsquoion OH- et forme un preacutecipiteacute

c) Les composeacutes qui sont eacutecrits comme eacutetant aqueux se seacuteparent en leurs cations et anions respectifs Les solides sont eacutecrits sous leur forme moleacuteculaire

Al + 3Cl + 3K + 3OH rarr Al(OH)3(s) + 3K + 3Cl

d) Les ions qui se trouvent des deux cocircteacutes de la reacuteaction sont appeleacutes ions spectateurs Ils sont biffeacutes (annuleacutes) quand on eacutecrit lrsquoeacutequation ionique nette

Lrsquoeacutequation ionique nette serait Al + 3OH rarr Al(OH)3(s)

(aq)3+

Exemple 2

AgNO3 reacuteagit avec CaI2

a) Ag+ se combine avec I- pour former AgI et Ca2+ se combine avec NO 3- pour former

Ca(NO3)2

b) Lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee sera 2AgNO3(aq) + CaI2(aq) rarr 2AgI(s) + Ca(NO3)2(aq)

Remarque dans le tableau des solubiliteacutes que lrsquoion Ag+ est insoluble lorsqursquoil est combineacute agrave lrsquoion I- et forme donc un preacutecipiteacute

2Ag + 2NO3(aq)+ Ca(aq)2+ + 2I(aq)rarr 2AgI(s) + Ca(aq)

2+ + 2NO3(aq)

2Ag(aq)+ + 2NO3(aq) + Ca + 2I(aq)rarr 2AgI(s) + Ca + 2NO3(aq)

Lrsquoeacutequation ionique nette serait 2Ag (aq)+ + 2I rarr 2AgI(s)

(aq)2+

ANNExE 5 Tableau des couleurs

ion Symbole Couleur Chrome(II) Cr2+ Bleu

Chrome(III) Cr3+ Vert

Cobalt(II) Co2+ Rose

Chromate CrO42- Jaune

Bichromate Cr2O72- Orange

Cuivre(I) Cu+ Vert

Cuivre(II) Cu2+ Bleu

Fer(II) Fe2+ Vert

Fer(III) Fe3+ Jaune pacircle

Manganegravese(II) Mn2+ Rose Permanganate MnO4

- Mauve Nickel(II) Ni2+ Vert

annexe 6 identification de solutions inconnues ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Former des groupes drsquoeacutelegraveves et leur preacutesenter quatre solutions inconnues Leur proposer drsquoidentifier chaque solution en utilisant seulement une plaque agrave puits un bacirctonnet agrave cafeacute le tableau des regravegles de solubiliteacute et les solutions Les groupes de solutions utiliseacutees par les eacutelegraveves peuvent inclure des solutions 01 molL de

Seacuterie 1 Ba(NO3)2 NaOH Na2CO3 CuSO4 Seacuterie 2 Co(NO3)2 Na3PO4 Na2SO4 AgNO3 Seacuterie 3 Cr2(SO4)3 MnSO4 Ba(NO3)2 Zn(NO3)2 Seacuterie 4 Fe(NO3)3 KI Pb(NO3)2 NaOH Seacuterie 5 NiSO4 Na2CO3 MnSO4 NaCl Seacuterie 6 CuSO4 NaCl Na3PO4 Zn(NO3)2

Inviter les eacutelegraveves agrave identifier correctement les quatre solutions et agrave expliquer comment ils ont fait pour identifier chaque solution agrave partir des regravegles de solubiliteacute Leur demander de reacutepondre aux questions suivantes

1 Peux-tu identifier ces solutions inconnues agrave partir de lrsquoinformation contenue dans le tableau montrant la couleur des ions communs en solution aqueuse

2 Quelles solutions ont formeacute un preacutecipiteacute quand tu les as meacutelangeacutees Peux-tu identifier des solutions inconnues agrave partir de ce reacutesultat

3 Y a-t-il des reacuteactions qui nrsquoont formeacute aucun preacutecipiteacute Peux-tu identifier des solutions inconnues drsquoapregraves ce reacutesultat

Guide de preacuteparationPreacuteparer des solutions 01 molL de chacune des substances suivantes

Seacuterie 1 Solution 1 2613 g de Ba(NO3)2 dans 100 mL de solutionSolution 2 040 g de NaOH dans 100 mL de solutionSolution 3 106 g de Na2CO3 dans 100 mL de solutionSolution 4 250 g de CuSO4∙5H2O dans 100 mL de solution

Seacuterie 2 Solution 1 291 g de Co(NO3)2∙6H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 268 g de Na3PO4∙7H2O dans 100 mL de solutionSolution 3 1421 g de Na2SO4 dans 100 mL de solutionSolution 4 1699 g de AgNO3 dans 100 mL de solution

Seacuterie 3 Solution 1 3923 g de Cr2(SO4)3 dans 100 mL de solutionSolution 2 169 g de MnSO4∙H2O dans 100 mL de solutionSolution 3 2613 g de Ba(NO3)2 dans 100 mL de solutionSolution 4 297 g de Zn(NO3)2∙6H2O dans 100 mL de solution

Seacuterie 4 Solution 1 404 g de Fe(NO3)3∙9H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 166 g de KI dans 100 mL de solutionSolution 3 3312 g de Pb(NO3)2 dans 100 mL de solutionSolution 4 040 g de NaOH dans 100 mL de solution

Seacuterie 5 Solution 1 263 g de NiSO4∙6H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 106 g de Na2CO3 dans 100 mL de solutionSolution 3 169 g de MnSO4∙H2O dans 100 mL de solutionSolution 4 0584 g de NaCl dans 100 mL de solution

Seacuterie 6 Solution 1 250 g de CuSO4∙5H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 0584 g de NaCl dans 100 mL de solutionSolution 3 268 g de Na3PO4∙7H2O dans 100 mL de solutionSolution 4 297 g de Zn(NO3)2∙6H2O dans 100 mL de solution

annexe 7 habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve en laboratoire ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Les habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve en laboratoire portent sur deux aspects les activiteacutes de lrsquoeacutelegraveve dans le laboratoire et le rapport qursquoil eacutecrit Trop souvent les enseignants consacrent plus drsquoeacutenergie agrave eacutevaluer le rapport plutocirct qursquoagrave eacutevaluer le processus de reacuteflexion et le travail durant le laboratoire Les eacutelegraveves comprennent-ils pourquoi ils font ce laboratoire Obtiennent-ils les reacutesultats attendus Ont-ils confiance en leur technique de laboratoire lorsqursquoils voient les autres obtenir des reacutesultats diffeacuterents Prenez en consideacuteration les suggestions qui suivent avant de concevoir votre approche drsquoeacutevaluation du travail en laboratoire des eacutelegraveves

Avant le laboratoireHabituellement les enseignants soulignent le but la deacutemarche les meacutethodes de collecte des donneacutees et les mesures de seacutecuriteacute durant la discussion qui preacutecegravede le laboratoire Ils posent aussi des questions au groupe pour veacuterifier la compreacutehension des eacutelegraveves Ces derniers savent-ils ce qursquoils ont agrave faire et les raisons pour lesquelles on favorise cette approche Le fait de srsquoadresser agrave tout le groupe continue drsquoecirctre lrsquoapproche la plus approprieacutee pour une introduction

Durant le laboratoireAgrave ce point vous avez lrsquooccasion drsquoassigner agrave chaque eacutelegraveve une tacircche individuelle Les aptitudes geacuteneacuterales en laboratoire comme le releveacute des observations ou lrsquoutilisation de lrsquoeacutequipement approprieacute peuvent ecirctre porteacutees sur une liste de controcircle

Vous pouvez eacutegalement interviewer les eacutelegraveves entre les eacutetapes afin de veacuterifier la profondeur de leur compreacutehension Cela peut se faire en posant une seacuterie de questions agrave chacun En quoi ce laboratoire est-il relieacute agrave ce que vous avez appris en classe Quelle eacutetait la logique derriegravere votre hypothegravese Obtenez-vous les reacutesultats attendus Avez-vous eacuteprouveacute des difficulteacutes avec la deacutemarche

Une eacutevaluation de ce type peut paraicirctre longue mais peut ecirctre alleacutegeacutee en utilisant une liste de controcircle et en rencontrant un nombre limiteacute drsquoeacutelegraveves agrave chaque laboratoire En utilisant la mecircme liste de controcircle pour chaque eacutelegraveve durant tout le cours vous pouvez noter les progregraves chaque fois que vous proceacutedez agrave une eacutevaluation

Apregraves le laboratoireVous dirigerez votre activiteacute postlaboratoire habituelle Le gros des analyses fera lrsquoobjet drsquoune discussion par le groupe eacutelargi avant que les eacutelegraveves reacutedigent leurs rapports individuels Vous dirigerez le groupe vers une compreacutehension des grandes lignes que vous appuierez avec des deacutetails agrave partir de lrsquoexpeacuterience du groupe

Par la suite vous voudrez peut-ecirctre poser des questions agrave certains eacutelegraveves pour veacuterifier leur compreacutehension Que pouvez-vous conclure agrave partir de vos reacutesultats Donnez-moi une preuve preacutecise pour appuyer votre conclusion Quelles eacutetaient les sources drsquoerreur dans votre cas Que feriez-vous de diffeacuterent une prochaine fois

Mecircme si ces questions peuvent ecirctre eacutecrites dans le rapport de laboratoire le fait de prendre du temps pour en discuter avec certains eacutelegraveves vous permet drsquoen savoir davantage et de renforcer la compreacutehension Encore une fois il suffit peut-ecirctre de questionner certains eacutelegravevessur une base rotative

Refaire le laboratoireOn demande souvent aux eacutelegraveves drsquoidentifier les sources drsquoerreur possibles Ils ont rarement la chance de resserrer les variables de controcircle et de reacutepeacuteter le laboratoire Peut-ecirctre veulent-ilschanger complegravetement drsquoapproche pour reacutesoudre le problegraveme et tester agrave nouveauVous pourriez eacuteliminer un nouveau laboratoire du cours pour que vos eacutelegraveves effectuent un laboratoire deacutejagrave fait Les eacutelegraveves ont besoin de mettre en pratique leurs habileteacutes analytiques en essayant plus drsquoune fois Apregraves tout ne reacutepegravete-t-on pas qursquoun eacutechantillon plus large est plus pertinent

Produits varieacutesLes eacutelegraveves peuvent reacutesumer leur expeacuterience dans un rapport de laboratoire Vous pourriez aussi vous servir de protocoles de laboratoire ou de carnets de laboratoire Les protocoles de laboratoire permettent agrave lrsquoenseignant drsquoobtenir des reacuteponses bien preacutecises Le carnet de laboratoire permet aux eacutelegraveves de noter leur travail au fur et agrave mesure qursquoils reacutealisent le laboratoire ce qui reflegravete davantage le processus que le produit Vous pouvez faire les analyses reacutepondre aux questions et tirer les conclusions apregraves le laboratoire

Le tableau qui suit propose un cadre geacuteneacuteral pour un rapport de laboratoire Il existe plusieurs autres formats qui peuvent ecirctre utiliseacutes (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1126-1129 et 1411-1412 ou drsquoautres ressources pour plus drsquoideacutees)

Introduction

lrsquoobjectif ou la question lrsquohypothegravese ou la preacutediction

Doit ecirctre appuyeacutee drsquoeacuteleacutements rationnels (que va-t-on trouver et pourquoi)

Meacutethodologie mateacuteriel meacutethode ndash deacutemarche

Remarque dans beaucoup de laboratoires cette information sera fournie Dans les laboratoires conccedilus par lrsquoeacutelegraveve cette partie est plus importante et est eacutetablie par lrsquoeacutelegraveve

Reacutesultats Observations geacuteneacuterales peut comprendre des tableaux de donneacutees des graphiques et des calculs

Analyse Cette partie devrait comprendre nrsquoimporte lequel des eacuteleacutements suivants qui sont pertinents au laboratoire

interpreacutetation ndash discussions autour des reacutesultats

lrsquohypothegravese a-t-elle eacuteteacute corroboreacutee signification des reacutesultats liens entre les reacutesultats et des connaissances

anteacuterieures reacuteponses aux questions analyse des erreurs ndash sources drsquoerreur reacutesumeacute

annexe 8 liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash habileteacutes geacuteneacuterales

Habileteacutes geacuteneacuterales Attentes Attentes pas encore satisfaites

Attentes satisfaites

- est preacutepareacute agrave reacutealiser le laboratoire

- a lu drsquoavance le sommaire du laboratoire fait des tableaux pose les questions qui preacutecisent la tacircche plutocirct que demander laquo Qursquoest-ce que je fais maintenant raquo

- preacutepare et utilise lrsquoeacutequipement correctement

- choisit le bon eacutequipement se preacutepare bien (p ex veacuterifie que la hauteur de lrsquoanneau sur le treacutepied agrave anneau est approprieacutee) et utilise correctement lrsquoeacutequipement (p ex allumer un bec Bunsen ou anestheacute-sier les mouches des cerises)

- suit des proceacutedures seacutecuritaires

- fait la deacutemonstration de proceacutedures geacuteneacuterales seacutecuritaires aussi bien que de faits preacutecis indiqueacutes dans le preacutelaboratoire

- note les observations - note ses observations personnelles au cours de lrsquoaction utilise des approches quantitative et qualita-tive comme on lui demande prend des notes de faccedilon organiseacutee (p ex en utilisant un tableau ou une cleacute)

- travaille de faccedilon indeacutependante (labo individuel) ou en collaboration (labo de groupe)

- connaicirct les tacircches et se met tout de suite au travail OU partage les tacircches et observations sait eacutecouter et est reacuteceptif au point de vue des autres eacutelegraveves

- gegravere le temps efficace-ment

- divise les tacircches et les ordonne afin de respecter les eacutecheacuteances

- nettoie convenable-ment

- laisse la table et lrsquoeacutevier propres range lrsquoeacutequipement lave la surface de la table se lave les mains

annexe 9 liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash Capaciteacute de raisonnement

Capaciteacute de raisonnement Questions

Compreacutehension du laboratoire

Limiteacutee Geacuteneacuterale Approfondie Connaissance ndash compreacutehension

ndash Quel est le but de ce laboratoire

ndash Comment est-il relieacute agrave ce que tu eacutetudies en classe

ndash Quels sont les fondements de ton hypothegravese

ndash Pourquoi as-tu besoin de consignes speacuteciales relatives agrave la seacutecuriteacute pour ce laboratoire

ndash Quels conseils as-tu reccedilus pour eacuteliminer les produits chimiques

Mise en application ndash analyse

ndash Comment as-tu deacutecideacute de la deacutemarche

ndash Cette deacutemarche preacutesente-t-elle des difficulteacutes

ndash Obtiens-tu les reacutesultats attendus

ndash Quel graphique diagramme ou tableau concevrais-tu pour illustrer ces reacutesultats

ndash Vois-tu une tendance dans tes donneacutees

ndash Y a-t-il des points de donneacutees qui ne suivent pas la tendance

Synthegravese ndash eacutevaluation

ndash Que peux-tu conclure agrave partir de tes reacutesultats

ndash Donne une preuve preacutecise pour appuyer ta conclusion

ndash Quelles eacutetaient les sources drsquoerreur pour cet essai

ndash Que ferais-tu de diffeacuterent dans un second essai Que ferais-tu de la mecircme faccedilon

ndash Comment tes deux essais se comparent-ils

annexe 10 notes explicatives ndash eacutecriture des eacutequations ioniques nettes

Reacutesous le problegraveme en indiquant toutes les eacutetapes Deacutecris en mots chaque eacutetape du processus

Na2S + FeSO4 ⟶ Na2SO4 + FeS

Eacutetape 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction agrave double deacuteplacement et assure-toi que lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee

Na2S(aq) + FeSO4 (aq) ⟶ Na2SO4(aq) + FeS(s)

Eacutetape 2 Ajoute laquo aq raquo ou laquo s raquo en indice agrave chaque espegravece pour indiquer srsquoil srsquoagit drsquoun produit soluble ou faiblement soluble (c-agrave-d eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire)

2Na(aq)+ + S(aq)

2- + Fe(aq)2+ + SO4(aq)

2- rarr 2Na(aq)+ + SO4(aq)

2- + FeS(s) Eacutetape 3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique

en seacuteparant les espegraveces solubles en leurs ions

2Na(aq)+ + S(aq)

2- + Fe(aq)2+ + SO4(aq)

2- + FeS(s) Eacutetape 4 Annule (biffe) tous les

ions spectateurs et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation

S(aq)2- + F e(aq)

2+ rarr FeS(s) Ce qui donne lrsquoeacutequation ionique nette

annexe 11 exercice ndash eacutecriture des eacutequations ioniques nettes

Reacutesous le problegraveme en indiquant toutes les eacutetapes

Deacutecris en mots chaque eacutetape du processus

BaCl2 + Na(PO4)3 ⟶ Eacutetape 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction agrave double deacuteplacement et assure-toi que lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee

Eacutetape 2 Ajoute laquo aqraquo ou laquosraquo en indice agrave chaque espegravece pour indiquer srsquoil srsquoagit drsquoun produit soluble ou faiblement soluble (c-agrave-d eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire)

Eacutetape 3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique en seacuteparant les espegraveces solubles en leurs ions

Eacutetape 4 Annule (biffe) tous les ions spectateurs et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation

Ce qui donne lrsquoeacutequation ionique nette

annexe 12 laboratoire de titrage

Le titrage est un proceacutedeacute qui sert geacuteneacuteralement agrave deacuteterminer la concentration inconnue de substances Dans cette expeacuterience tu dois ajouter des gouttes drsquoune solution de concentration connue drsquohydroxyde de sodium agrave un beacutecher contenant une concentration connue drsquoacide sulfurique jusqursquoagrave ce qursquoil y ait neutralisation Le nombre de moles de chaque reacuteactif peut ensuite ecirctre calculeacute agrave partir des volumes preacutesents de sorte que leur rapport puisse ecirctre compareacute au rapport des coefficients dans lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee

Mateacuteriel bull 1 beacutecher de 50 mLbull 3 micropipettesbull indicateur agrave la pheacutenolphtaleacuteinebull cylindre gradueacute 10 mLbull eau distilleacuteebull solution 01 molL de NaOH bull solution 01 molL de H2SO4

Deacutemarche1 Agrave lrsquoaide drsquoun cylindre gradueacute 10 mL et drsquoune micropipette compte et inscris le nombre de

gouttes ajouteacutees pour obtenir 10 mL drsquoeau distilleacutee Reacutepegravete cette eacutetape deux autres fois REMARQUE pour maximiser la reproductibiliteacute et la preacutecision des reacutesultats tiens la

micropipette verticalement et appuie sur la poire doucement Eacutevite de faire entrer des bulles drsquoair dans la tige de la pipette car tu pourrais obtenir des demi-gouttes ou des quarts de gouttes

2 Ajoute 5 mL drsquoeau distilleacutee et une goutte drsquoindicateur agrave la pheacutenolphtaleacuteine agrave un beacutecher de 50 mL Meacutelange bien en faisant tourner le liquide dans le beacutecher

3 Utilise une deuxiegraveme micropipette (pour eacuteviter la contamination des solutions) pour ajouter 20 gouttes drsquoune solution 01 molL de H2SO4 au beacutecher Meacutelange bien la solution

4 Avec une troisiegraveme micropipette ajoute la solution 01 molL de NaOH goutte agrave goutte jusqursquoagrave ce que la couleur de la solution soit permanente Meacutelange doucement la solution apregraves lrsquoajout de chaque goutte en la faisant tourner lentement dans le beacutecher Inscris le nombre de gouttes neacutecessaires pour atteindre le point de virage (la fin du titrage)

REMARQUE le point de virage correspond au moment ougrave une goutte drsquoun acide ou drsquoune base change de faccedilon permanente la couleur de lrsquoindicateur utiliseacute pour le titrage

5 Rince le contenu des beacutechers dans lrsquoeacutevier en faisant couler beaucoup drsquoeau (le rinccedilage final doit ecirctre fait agrave lrsquoeau distilleacutee) et reacutepegravete les eacutetapes 2 agrave 4 deux autres fois (trois au total)

Les nombres de gouttes des trois essais ne doivent pas diffeacuterer de plus drsquoune goutte Si tu as fait une erreur si tu manques le point de virage ou si tu as oublieacute de compter des gouttes recommence lrsquoessai Nrsquoefface pas tes reacutesultats mais indique ce qui a mal fonctionneacute

Observations qualitatives ndash Deacutecris chaque solution avant la reacuteaction ndash Deacutecris la solution apregraves avoir ajouteacute les gouttes de pheacutenolphtaleacuteine

Tableau des donneacutees quantitatives

Analyse1 Eacutecris une eacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee pour la reacuteaction2 Dessine une repreacutesentation particulaire de la reacuteaction eacutequilibreacutee3 Calcule le nombre moyen de gouttes neacutecessaires pour obtenir 10 mL drsquoeau distilleacutee4 Drsquoapregraves les donneacutees obtenues agrave lrsquoeacutetape 2 calcule le volume de NaOH ajouteacute pour chaque

essai5 Calcule le nombre moyen de moles de NaOH neacutecessaires pour neutraliser lrsquoeacutechantillon de

H2SO46 Drsquoapregraves les donneacutees obtenues agrave lrsquoeacutetape 2 calcule le volume de H2SO4 ajouteacute pour chaque

essai7 Agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee deacutetermine le nombre moyen de moles preacutesentes dans

lrsquoeacutechantillon de H2SO48 Utilise les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour deacuteterminer le rapport entre le nombre

de moles drsquohydroxyde de sodium et de moles drsquoacide sulfurique9 Utilise le nombre de moles obtenu aux eacutetapes 4 et 5 pour deacuteterminer le rapport entre le

nombre de moles drsquohydroxyde de sodium et drsquoacide sulfurique

Conclusion Indique la relation stœchiomeacutetrique entre lrsquohydroxyde de sodium et lrsquoacide sulfurique

Essai Gouttes drsquoeau dans 10 mL 1 2 3

Moyenne

Volume drsquoeau utiliseacute (mL)

Gouttes drsquoacide sulfurique

Volume drsquoacide sulfurique (mL)

Gouttes drsquohydroxyde

de sodium

Volume drsquohydroxyde

de sodium (mL)

5 20 5 20 5 20

Moyenne

Questions 1 a) Dessine une repreacutesentation particulaire de la reacuteaction entre lrsquohydroxyde de baryum et lrsquoacide sulfurique b) Eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee pour la reacuteaction entre lrsquohydroxyde de baryum et lrsquoacide sulfurique c) Utilise les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour calculer le volume drsquohydroxyde de baryum neacutecessaire pour reacuteagir avec 20 mL drsquoacide sulfurique

2 a) Dessine une repreacutesentation particulaire de la reacuteaction entre lrsquohydroxyde drsquoaluminium et lrsquoacide sulfurique b) Eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee de la reacuteaction entre lrsquohydroxyde drsquoaluminium et lrsquoacide sulfurique c) Utilise les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour calculer le volume drsquohydroxyde drsquoaluminium neacutecessaire pour reacuteagir avec 30 mL drsquoacide sulfurique

Sources drsquoerreurQuelles seraient des sources drsquoerreur possibles pour cette activiteacute de laboratoireQuelles erreurs auraient pu se produire dans ton activiteacute de laboratoire

annexe 13 laboratoire de titrage ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Objectif Deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre un acide fort et une base forte

Observations qualitativeseau distilleacutee liquide clair incoloreacide sulfurique liquide clair incolorehydroxyde de sodium liquide clair incolorepheacutenolphtaleacuteine liquide clair incolore

Tableau des donneacutees quantitatives Essai Gouttes drsquoeau dans 10 mL

1 232 243 23

Moyenne 23

Volume drsquoacide sulfurique

de sodium

Volumedrsquohydroxyde

de sodium(mL)

5 20 0858 69 2965 20 0858 68 2925 20 0858 70 300

Moyenne 20 0858 69 296

Calculs1 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) rarr Na2SO4(aq) + 2H2O(l)2 La taille de la moleacutecule illustreacutee nrsquoest pas une repreacutesentation fidegravele de la taille reacuteelle du

composeacute

3 23 + 24 + 233 = 233 gouttes4 volume de NaOH = (1 mL233 gouttes) times 69 gouttes = 296 mL de NaOH5 moles de NaOH = 010 molL times 296 times 10-3 L = 0000 296 mol de NaOH6 volume de H2SO4 = (1 mL233 gouttes) times 20 gouttes = 0858 mL de H2SO47 moles de H2SO4 = 010 molL times 0858 times 10-3 L = 0000 085 8 mol de H2SO4 8 coefficient NaOHH2SO4 = 21 = 29 moles de NaOHmoles de H2SO4 = 0000 2960000 085 8 = 345

Conclusion Les reacuteponses varieront Par exemple le rapport stœchiomeacutetrique entre lrsquohydroxyde de sodium et lrsquoacide sulfurique dans lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee est de 2 pour 1 alors que le rapport expeacuterimental est de 345 pour 1

Questions1 a)

b) Ba(OH)2(aq) + H2SO4(aq) BaSO4(aq) + 2H2O(l)

c) Le volume drsquohydroxyde de baryum neacutecessaire pour reacuteagir avec 20 mL drsquoacide sulfurique est de 20 mL

b) 2Al(OH)3(aq) + 3H2SO4(aq) rarr Al2(SO4)3(aq) + 6H2O(l) c) Le volume drsquohydroxyde drsquoaluminium neacutecessaire pour reacuteagir avec 30 mL drsquoacide sulfurique est de 20 mL

Sources drsquoerreurParmi les sources drsquoerreur possibles mentionnons lrsquoeacutetalonnage de la micropipette et ducylindre gradueacute et lrsquoexactitude des concentrations des solutions utiliseacutees

annexe 14 eacutequilibrage des reacuteactions de neutralisation

H2SO4+ NaOH ⟶ Na2SO4+ H2O

Eacutetape 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction de neutralisation Souviens-toi qursquoil y a formation drsquoun sel et drsquoeau

H2SO4 aq+ 2NaOHaq ⟶ Na2SO4(aq)+H2O(l)

Eacutetape 2 Veacuterifie si lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee Utilise les symboles laquo aq raquo ou laquo l raquo en indice pour identifier chaque espegravece comme eacutetant soluble ou faiblement soluble (eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire)

2H(aq)+ +SO4(aq)

2- +2Na(aq)+ +2OH(aq)

- rarr 2Na(aq)+ + SO4(aq)

2- + 2H2O(l)

Eacutetape 3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique totale et indique tous les ions en solution

2H(aq)+ +SO4(aq)

2- +2Na(aq)+ +2OH(aq)

2- + 2H2O(l)

H+aq+ OH-aq ⟶ H2O(l)

Eacutecris lrsquoeacutequation ionique nette

annexe 15 expeacuterience ndash douze solutions mystegraveres

ObjectifTout comme des deacutetectives les chimistes tentent drsquoidentifier des substances inconnues gracircce agrave des analyses minutieuses et astucieuses Ils doivent notamment observer les couleurs les odeurs et les reacuteactions des substances inconnues et les comparer avec celles de substances connues Dans cette expeacuterience tu tenteras drsquoidentifier douze composeacutes chimiques diffeacuterents en les mettant en reacuteaction les uns avec les autres en observant les reacutesultats et en comparant ces reacutesultats avec les caracteacuteristiques connues de certains produits chimiques communs

Composeacutes chimiquesLes douze produits chimiques sont les suivants (sans aucun ordre particulier)

bull chromate de potassium (K2CrO4)bull chlorure drsquoaluminium (AlCl3)bull carbonate de sodium (Na2CO3)bull aceacutetate de sodium (NaCH3COO)bull acide chlorhydrique (HCl)bull hydroxyde de sodium (NaOH)bull hydroxyde drsquoammoniumammoniaque (NH4OH)bull nitrate de fer(III) (Fe(NO3)3)bull nitrate drsquoargent (AgNO3)bull sulfate de cuivre(II) (CuSO4)bull chlorure de nickel(II) (NiCl2)bull nitrate de plomb(II) (Pb(NO3)2)

Recherche et planificationAvant drsquoamorcer lrsquoexpeacuterience tu dois faire des recherches pousseacutees sur la couleur caracteacuteristique des solutions leur odeur caracteacuteristique la coloration de flamme et la couleur de tout preacutecipiteacute susceptible drsquoecirctre creacuteeacute par la combinaison de chaque espegravece diffeacuterente Ton plan eacutecrit doit inclure un tableau de donneacutees indiquant chaque espegravece les couleurs de la solution de la flamme et du preacutecipiteacute potentiel et toute autre information qui pourrait trsquoaider agrave identifier la substance inconnue

MateacuterielLe jour du laboratoire on te fournira le mateacuteriel suivant

bull douze eacuteprouvettes contenant chacun 8 mL drsquoune solution diffeacuterentebull plaques agrave puitsbull bacirctonnets agrave cafeacute ou cure-dentsbull cotons-tigesfil de platine pour le test agrave la flamme ou tiges de bois humecteacuteesbull brucircleur Bunsenbull allumettesbull papier de tournesolbull 10 micropipettesbull gants bull eau distilleacutee

Essaie de ne pas gaspiller tes eacutechantillons parce qursquoon ne pourra pas trsquoen fournir drsquoautres Ne suppose pas que les seacuteries de solutions que les autres groupes utilisent ont eacuteteacute numeacuteroteacutees de la mecircme faccedilon ndash ce nrsquoest pas le cas

Rapport de laboratoireApregraves avoir consigneacute toutes tes observations au laboratoire tu auras du temps pour essayer drsquoidentifier chacune des solutions inconnues Le rapport de laboratoire doit inclure une explication logique de la meacutethode qui trsquoa permis drsquoidentifier chaque solution Indique les eacutequations ioniques de tout preacutecipiteacute que tu auras observeacute

Conseils de seacutecuriteacuteToutes les solutions doivent ecirctre traiteacutees comme si elles eacutetaient toxiques et corrosives Eacutevite drsquoinhaler les vapeurs Certaines reacuteactions peuvent se produire tregraves rapidement et drsquoautres plus lentement Observe chaque reacuteaction pendant au moins deux minutes avant drsquoeacuteliminer les produits Les reacuteactions gazeuses (formation de bulles) sont immeacutediates Rince complegravetement le bacirctonnet agrave cafeacute apregraves chaque usage Deacutepecircche-toi car le temps est limiteacute Fais-en bon usage

annexe 16 douze solutions mystegraveres ndash guide de preacuteparation

Faire ces solutions agrave lrsquoavance ou demander aux eacutelegraveves de les preacuteparer dans le cadre du RAS C11-4-15 (en 11e anneacutee) Preacuteparer une solution compte tenu de la masse du soluteacute (en grammes) et du volume de solution (en millilitres) et deacuteterminer la concentration en moleslitre

MateacuterielPlaques agrave puits bacirctonnets agrave cafeacute cotons-tigesfil pour le test agrave la flamme ou tiges de bois humecteacutees brucircleurs Bunsen allumettes papier de tournesol micropipettes (10 par groupe) gants eau distilleacutee portoir agrave eacuteprouvettes (12 times 10groupe = 120 eacuteprouvettes) bouchonsfilm de paraffine ou de plastique pour couvrir les eacuteprouvettes

100 mL des solutions suivantes

bull 02 molL de K2CrO4 ndash preacuteparation dissoudre 388 g de K2CrO4 dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 10 molL de AlCl36H2O ndash preacuteparation dissoudre 2414 g de AlCl3 dans 100 mL drsquoeau

distilleacuteebull 10 molL de Na2CO3 ndash preacuteparation dissoudre 106 g de Na2CO3 dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 10 molL de NaCH3COO3H2O ndash preacuteparation dissoudre 1361 g de NaCH3COO dans

100 mL drsquoeau distilleacuteebull 60 molL de HCl ndash preacuteparation meacutelanger 496 mL dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 60 molL de NaOH ndash preacuteparation dissoudre 240 g de NaOH dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 60 molL de NH4OH ndash preacuteparation meacutelanger 405 mL dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 01 molL de Fe(NO3)39H2O ndash preacuteparation dissoudre 404 g de Fe(NO3)39H2O dans

100 mL drsquoeau distilleacuteebull 01 molL de AgNO3 ndash preacuteparation dissoudre 17 g de AgNO3 dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 01 molL de CuSO4 ndash preacuteparation dissoudre 25 g de CuSO45H2O dans 100 mL drsquoeau

distilleacuteebull 01 molL de NiCl26H2O ndash preacuteparation dissoudre 238 g de NiCl2 dans 100 mL drsquoeau

distilleacuteebull 01 molL de Pb(NO3)2 ndash preacuteparation dissoudre 331 g de Pb(NO3)2 dans 100 mL drsquoeau

distilleacutee

Les solutions de 100 mL doivent ecirctre faites agrave lrsquoavanceLes eacuteprouvettes peuvent ecirctre eacutetiqueteacutees au preacutealable seacuterie 1 eacuteprouvette 1 etcDonner agrave chaque eacutelegraveve un eacutechantillon de 8 agrave 10 mL de chaque solution (12 eacuteprouvettes diffeacuterentes) placeacutees dans un portoir

Voir la cleacute pour lrsquoenseignant fournie pour chaque seacuterie drsquoeacuteprouvettes

Cleacute pour lrsquoenseignant par seacuterie de solutions

Substance Groupes 1 et 9

Groupes 2 et 10

Groupes 3 et 6

Groupes 4 et 7

Groupes 5 et 8

K2CrO4 3 1 2 3 4

AlCl3 5 5 6 7 8

Na2CO3 6 9 10 11 12

NaCH3COO 1 4 1 2 3

HCl 11 8 5 6 7

NaOH 4 12 9 10 11

NH4OH 7 3 4 1 2

Fe(NO3)3 10 7 8 5 6

AgNO3 2 11 12 9 10

CuSO4 8 2 3 4 1

NiCl2 12 6 7 8 5

Pb(NO3)2 9 10 11 12 9

Cleacute

no 1 p

rsquoens

annexe 18 Cleacute no 2 pour lrsquoenseignant Substance Couleur odeur

de la solutionCouleur du papier de tournesol

Coloration de flamme

Reacuteagit avec Pour former Couleur du ppt

K2CrO4 Jaune Bleu Violet AgNO3Pb(NO3)2

Ag2CrO4PbCrO4

Rouge briqueJaune

AlCl3 Neutre

Na2CO3NaOHAgNO3

Pb(NO3)2

Al2(CO3)3Al(OH)3

AgClPbCl2

BlancBlancBlancJaune

Na2CO3 Bleu Jaune

HClFe(NO3)3AgNO3CuSO4NiCl2

Pb(NO3)2AlCl3

BullesFe(CO3)3AgCO3CuCO3NiCO3PbCO3

Al2(CO3)3

BullesBlancBlancBlancBlancBlanc

NaCH3COO Bleu Jaune AgNO3 AgCH3COO Blanc

HCl RoseAgNO3

Pb(NO3)2Na2CO3

AgClPbCl2Bulles

BlancJauneBulles

NaOH Bleu

Fe(NO3)3AgNO3CuSO4NiCl2

Pb(NO3)2AlCl3

Fe(OH)3AgOH

Cu(OH)2Ni(OH)2Pb(OH)2Al(OH)3

BlancBrunBlancBlancBlancBlanc

NH4OH Forte odeur Bleu

Pb(NO3)2AlCl3

Fe(OH)3AgOH

Fe(NO3)3 Jaune pacircle Neutre Na2CO3NaOH

Fe2(CO3)3Fe(OH)3

BlancBlancbrun

AgNO3 Neutre

NiCl2K2CrO4AlCl3

Na2CO3NaCH3COO

AgClAg2CrO4

AgClAg2CO3

AgCH3COO

BlancRouge brique

BlancBlancBlanc

annexe 18 Cleacute no 2 pour lrsquoenseignant (suite)

Substance Couleur odeur de la solution

Couleur du papier de tournesol

AgNO3 Neutre

NiCl2K2CrO4AlCl3

Na2CO3NaCH3COO

HClNaOHCuSO4

AgClAg2CrO4

AgClAg2CO3

AgCH3COOAgCl

AgOHAg2SO4

BlancRouge brique

BlancBlancBlancBlancBrun

CuSO4 Bleu Neutre Vert bleuteacutePb(NO3)2Na2CO3NaOH

PbSO4CuCO3

Cu(OH)2

BlancBlancBlanc

NiCl2 Vertbleu vert Neutre

Pb(NO3)2Na2CO3NaOHAgNO3

PbCl2NiCO3

Ni(OH)2AgCl

JauneBlancBlancBlanc

Pb(NO3)2 Neutre Blanc bleuteacute

K2CrO4AlCl3

Na2CO3HCl

NaOHCuSO4NiCl2

PbCrO4PbCl2PbCO3PbCl2

Pb(OH)2PbSO4PbCl2

JauneJauneBlancJauneBlancBlancJaune

La plupart des preacutecipiteacutes drsquoargent ont drsquoabord une couleur blanche ou blanc grisacirctre mais virent ensuite au mauve brun ou noir

annexe 19 eacutelaboration drsquoune eacutechelle drsquoeacutevaluation de lrsquoexpeacuterience

Nom ___________________________________________________________

Titre de lrsquoexpeacuterience _______________________________________________

1 2 3 4

La meacutethodologie expeacuterimentale veacuterifie lrsquohypothegravese

Lrsquoeacutenonceacute du problegraveme justifie la neacutecessiteacute de lrsquoexpeacuterience

La deacutemarche est complegravete claire et deacutecrite de maniegravere seacutequentielle

Une variable indeacutependante est clairement identifieacutee

Le plan permet de controcircler et mesurer avec exactitude la variable indeacutependante

Une variable deacutependante est clairement identifieacutee

Le concept fait en sorte que la variable deacutependante est mesureacutee avec exactitude

Lrsquoexpeacuterience comprend des mesures de controcircle adeacutequates

La marge drsquoerreur est indiqueacutee et on a ajouteacute un commentaire reacutefleacutechi sur la reacuteduction des erreurs

Une liste complegravete du mateacuteriel neacutecessaire est fournie

On deacutecrit une strateacutegie conforme drsquoutilisation de mesures et drsquoessais reacutepeacuteteacutes

La meacutethodologie expeacuterimentale tient compte des mesures de seacutecuriteacute indiqueacutees

Le compte rendu est soigneacute preacutesentable et bien organiseacute

On utilise une langue et un vocabulaire adeacutequats et des phrases complegravetes

Des instructions sont donneacutees pour le nettoyage et lrsquoeacutelimination des deacutechets

annexe 20 eacutevaluation ndash processus de collaboration

eacutevaluation du travail drsquoeacutequipe

eacutevaluer les processus de collaboration agrave lrsquoaide de lrsquoeacutechelle suivante

eacutechelle drsquoeacutevaluation

4 ndash Nous avons eacuteteacute systeacutematiquement forts sur ce point

3 ndash Nous avons eacuteteacute geacuteneacuteralement efficaces sur ce point

2 ndash Nous avons eacuteteacute parfois efficaces sur ce point

1 ndash Nous nrsquoavons pas eacuteteacute efficaces sur ce point Nous avons eu des problegravemes que nous nrsquoavons pas essayeacute de reacutesoudre

Processus de groupe Notebull Nous avons respecteacute les visions et les forces individuelles

des membres du groupe

bull Nous avons encourageacute chaque personne agrave participer aux discussions de groupe et aux processus de prise de deacutecisions

bull Nous avons remis en question les ideacutees de chacun sans toutefois faire drsquoattaque personnelle

bull Nous avons essayeacute drsquoexplorer un large eacuteventail drsquoideacutees et de perspectives avant de prendre des deacutecisions

bull Nous avons fait un partage eacutequitable des tacircches et des responsabiliteacutes

bull Nous avons reacutegleacute avec succegraves les problegravemes lieacutes agrave lrsquoabsence ou au deacutesinteacuterecirct des membres

bull Nous avons pris des deacutecisions consensuelles

bull Nous avons fait un usage productif de notre temps

annexe 21 Regravegles sur les nombres drsquooxydation

Regravegle 1 Le nombre drsquooxydation de tout atome libre (ou de ses multiples) est 0 Exemples C = 0 H2 = 0 O2 = 0

Regravegle 2 Le nombre drsquooxydation drsquoun ion (simple ou complexe) correspond agrave la charge ionique de celui ci Exemples Na+ = +1 P3+ = +3 S2- = -2

Regravegle 3 Dans un composeacute la somme de tous les nombres drsquooxydation de chaque partie doit eacutegaler la charge totale de ce composeacute ou de cet ion complexe

Exemples NaCl CaCl2 SO +1 ndash1 +2 ndash2 +6 ndash2 ndash2 ndash2 ndash2 =ndash2

Regravegle 4 Le nombre drsquooxydation de lrsquohydrogegravene est +1 sauf dans le cas des hydrures meacutetalliquesougrave H est lrsquoanion (p ex CaH2 LiH) Dans leur cas le nombre drsquooxydation de lrsquohydrogegravene

est ndash1

Regravegle 5 Le nombre drsquooxydation de lrsquooxygegravene est ndash2 sauf dans le cas des peroxydes (H2O2 Na2O2) ougrave il est eacutegal agrave 1 et lorsque lrsquooxygegravene est combineacute au fluor (O = +2)

Regravegle 6 Le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements du groupe 1 (IA) est +1

Regravegle 7 Le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements du groupe 2 (IIA) est +2

Regravegle 8 Dans la plupart des cas le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements de la 17e colonne du tableau peacuteriodique (groupe VIIA) est ndash1

Regravegle 9 Dans un composeacute formeacute drsquoions complexes le nombre drsquooxydation de chaque eacuteleacutement peut ecirctre deacutetermineacute en utilisant la charge de lrsquoion complexe Exemple

bull Le composeacute Ni2(SO4)3 contient les ions Ni3+ et SO42-

bull Puisque le nombre drsquooxydation de lrsquooxygegravene est ndash2 selon la regravegle 5 (pour une charge totale de ndash8) S doit ecirctre +6 afin de reacutesulter en une charge de ndash2 pour lrsquoion sulfate

bull Donc

Ni2 (SO4)3 +18 -24

devient+ 3 +6 -2

Ni2 (SO4)3 +6 +18 -24

annexe 22 Cadre de comparaison - Oxydation et reacuteduction

Oxydation Reacuteduction Deacutefinition historique Exemple

Deacutefinition historique Exemple

Deacutefinition actuelle Exemple

Truc pour meacutemoriser

Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Une substance est ______________ cette substance est aussi lrsquoagent ____________ Son nombre drsquooxydation (augmente ou diminue) _________________

annexe 23 Cadre de comparaison - exemple de reacuteponse

Oxydation ReacuteductionDeacutefinition historique

Gain drsquooxygegravene

Exemple

4Fe + 3O2 rarr 2Fe2O3

CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O

Deacutefinition historique

Perte drsquooxygegravene

Exemple

2Fe2O3 + 3C rarr 4Fe + 3CO2

Deacutefinition actuelle

Perte drsquoeacutelectrons

Exemple

Mg + S rarr MgS (Mg est oxydeacute)

Gain drsquoeacutelectrons

Exemple

Mg + S rarr MgS (Le soufre est reacuteduit)

REacuteGAiN

Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Une substance est oxydeacutee cette substance est aussi lrsquoagent reacuteducteur

Son nombre drsquooxydation augmente

Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Une substance est reacuteduite cette substance est aussi lrsquoagent oxydant

Son nombre drsquooxydation diminue

ANNExE 24 expeacuterience - les reacuteactions drsquooxydoreacuteductionObjectifsCette activiteacute de laboratoire te permettra de visiter 13 stations ameacutenageacutees dans le laboratoire en compagnie drsquoun ou de plusieurs partenaires Agrave chaque station vous devrez observer une reacuteaction chimique deacuteterminer srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifier les substances oxydeacutees et reacuteduites ainsi que les agents oxydants et reacuteducteurs

MateacuterielStation 1 solution de HCl 01 molL ruban de magneacutesium de 2 cm allumettes eacuteprouvette no 1Station 2 solution de H2SO4 01 molL copeaux de CaCO3 allumettes eacuteprouvette no 2 Station 3 solution de NaOH 01 molL indicateur universel HCl 01 molL eacuteprouvette no 3Station 4 cristaux de AgNO3 eau distilleacutee fil de cuivre eacuteprouvette no 4Station 5 solution de CuCl2 01 molL papier drsquoaluminium eacuteprouvette no 5Station 6 solution de KI 01 molL solution de Pb(NO3)2 01 molL eacuteprouvette no 6Station 7 solution de CuSO4 01 molL solution de NaOH 01 molL eacuteprouvette no 7Station 8 ruban de magneacutesium pinces agrave creuset brucircleur eacuteprouvette no 8Station 9 solution de H2O2 3 solution satureacutee de KI eacuteclisse de bois allumettes eacuteprouvette no 9Station 10 vinaigre (solution drsquoacide aceacutetique 5 ) bicarbonate de soude eacuteprouvette no 10Station 11 CaCO3 pinces agrave eacuteprouvettes brucircleur bouchon de caoutchouc agrave un trou avec tube de verre eacuteprouvette contenant une solution de Ca(OH)2 eacuteprouvette no 11Station 12 ruban de Mg solution de CuSO4 01 molL eacuteprouvette no 12Station 13 calcium eau distilleacutee eacuteclisse de bois allumettes eacuteprouvette no 13

DeacutemarcheStation 1 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 1 agrave frac14 avec la solution de HCl Ajoutez-y le ruban de magneacutesium Notez vos observations Veacuterifiez la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit drsquohydrogegravene vous devriez entendre un leacuteger eacuteclatement

Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Station 2 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 2 agrave frac14 avec la solution drsquoacide sulfurique (H2SO4) Ajoutez-y un morceau de carbonate de calcium (CaCO3) Notez vos observations Veacuterifiez la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit de dioxyde de carbone la flamme devrait srsquoeacuteteindre

Station 3 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 3 agrave frac14 avec la solution drsquohydroxyde de sodium (NaOH) Ajoutez-y quelques gouttes drsquoindicateur universel Lrsquoindicateur change de couleur selon le pH Le bleu et le violet signifient qursquoil srsquoagit drsquoune base Le rouge lrsquoorange et le jaune signifient qursquoil srsquoagit drsquoun acide Le vert signifie que la solution est neutre Quelle est la couleur de lrsquoindicateur dans la solution drsquohydroxyde de sodium Ajoutez des gouttes drsquoacide chlorhydrique (HCl) jusqursquoagrave ce que la solution devienne verte

Station 4 Placez un cristal de nitrate drsquoargent (AgNO3) dans lrsquoeacuteprouvette no 4 Remplissez lrsquoeacuteprouvette agrave frac34 avec de lrsquoeau distilleacutee Enroulez un fil de cuivre autour de votre doigt afin de creacuteer une bobine de fil Placez le fil dans la solution de nitrate drsquoargent Notez vos observations

Station 5 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 5 agrave frac14 avec la solution de chlorure de cuivre(II) (CuCl2) Ajoutez-y un morceau de papier drsquoaluminium Notez vos observations

Station 6 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 6 agrave frac14 avec la solution drsquoiodure de potassium (KI) Ajoutez-y quelques gouttes de nitrate de plomb(II) (Pb(NO3)2) Notez vos observations

Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutementDeacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur Station 7 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 7 agrave frac14 avec la solution de sulfate de cuivre(II) (CuSO4) Ajoutez-y quelques gouttes drsquohydroxyde de sodium (NaOH) Notez vos observations Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Station 8 Tenez un morceau de ruban de magneacutesium agrave lrsquoaide de pinces agrave creuset Allumez le brucircleur et faites chauffer le magneacutesium Une fois que le magneacutesium commence agrave brucircler placez-le dans lrsquoeacuteprouvette no 8 Notez vos observations ATTENTION eacutevitez drsquoobserver directement le magneacutesium lorsqursquoil brucircle La lumiegravere pourrait endommager vos yeux Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Station 9 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 9 agrave frac14 avec la solution de peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2)Ajoutez-y quelques gouttes de la solution satureacutee drsquoiodure de potassium (KI) Cette solution ne participe pas agrave la reacuteaction Elle permet simplement au peroxyde drsquohydrogegravene de se deacutecomposer Notez vos observations

Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Station 10 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 10 agrave frac14 avec du vinaigre (acide aceacutetique) Ajoutez-y un peu de bicarbonate de soude Notez vos observations

Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Station 11 Placez un peu de carbonate de calcium (CaCO3) dans lrsquoeacuteprouvette no 11 et scellezlrsquoeacuteprouvette agrave lrsquoaide drsquoun bouchon de caoutchouc et un tube de verre inseacutereacute dans le trou du bouchon Faites chauffer doucement lrsquoeacuteprouvette agrave lrsquoaide drsquoun brucircleur Notez vos observations

Station 12 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 12 agrave frac14 avec la solution de sulfate de cuivre(II)(CuSO4) Ajoutez-y un morceau de ruban de magneacutesium drsquoune longueur drsquoenviron 2 cm Notez vos observations

Station 13 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 13 agrave frac14 avec de lrsquoeau distilleacutee Ajoutez-y un morceau decalcium (Ca) Notez vos observations Veacuterifiez la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit drsquohydrogegravene vous devriez entendre un leacuteger eacuteclatement

Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagentoxydant et lrsquoagent reacuteducteur

_______________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Redox Reactions ndash C12 1 12 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 18 deacutecembre 2012) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNExE 25 exercice ndash identification des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction

Pour chacune des reacuteactions suivantes preacutedis les produits de la reacuteaction eacutequilibre la reacuteaction identifie srsquoil srsquoagit drsquoune oxydoreacuteduction et si oui indique la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

1 Ag + S ⟶ (synthegravese)

2 Fe2O3⟶ (deacutecomposition)

3 Ca + O2⟶ (synthegravese)

4 Al + Fe2O3⟶ (deacuteplacement simple)

5 CuF2 + H2SO4⟶ (deacuteplacement double)

6 Mg + HCl ⟶ (deacuteplacement simple)

7 C4H10 + O2⟶ (combustion)

8 LiOH + HCl ⟶ (neutralisation)

9 Pb(OH)4 + KI ⟶ (deacuteplacement double)

10 C6H6 + O2 ⟶ (combustion)

ANNExE 26 exemple de recherche

Pour en apprendre davantage sur les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction qui se produisent autour devous formez des groupes de deux ou trois eacutelegraveves et preacuteparez une preacutesentation sur lrsquoun dessujets suivants

bull carburant agrave fuseacuteebull feux drsquoartifice (piegraveces pyrotechniques)bull agents de blanchimenteau de Javel (enlegravevement des taches deacutesinfection par chloration)bull photographiebull extraction de meacutetaux du mineraibull fabrication de lrsquoacierbull recyclage de lrsquoaluminiumbull piles agrave combustiblebull pilesbatteriesbull enlegravevement des ternissures (de lrsquoargent)bull horloge agrave fruitbull deacutetection de taches de sang agrave lrsquoaide du luminol en criminologiebull corrosion (rouille) processus et meacutethodes de preacuteventionbull chimioluminescencebioluminescencebull deacutegraissage eacutelectrolytiquebull eacutelectrodeacutepositionbull gravure photochimiquebull antioxydantsagents de conservation

Ressources disponibles

bull bibliothegravequebull Internetbull manuels scolairesbull courriel (communication avec un scientifique peut-ecirctre)bull entrevuesbull journaux peacuteriodiques

Votre preacutesentation devrait inclure lrsquoinformation suivante

bull reacuteaction drsquooxydoreacuteduction du processus choisibull renseignements sur les substances oxydeacutees et reacuteduites lors de la reacuteactionbull agents oxydants et reacuteducteursbull effets du processus sur lrsquoenvironnement et apport drsquoeacutenergie neacutecessaire pour le processus

ANNExE 27 Reacuteflexion individuelle sur le travail de groupe

Leacutegende 1 - peu satisfait(e)

3 - satisfait(e)

5 - tregraves satisfait(e)

Jrsquoai bien participeacute

Le groupe srsquoest bien concentreacute

sur la tacircche

Je me suis consciemment efforceacute(e)

de collaborer

Le groupe a bien collaboreacute

Jrsquoai eacutecouteacute les autres et jrsquoai bien accueilli leur

apport

Tout le monde a contribueacute

La prochaine fois je pourrais

La prochaine fois le groupe pourrait

Reacutefleacutechis au travail que toi et ton groupe avez fait ensemble et eacutevalue-leApreacutes ta reacuteflexion discute de tes reacuteponses avec les membres de ton groupe

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

LA STRUCTURE ATOMIQUE

LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee

Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront de faccedilon geacuteneacuterale le lien entre le spectre eacutelectromagneacutetique et la structure atomique le deacuteveloppement historique du modegravele quantique de lrsquoatome et la configuration eacutelectronique de lrsquoatome Ils examineront aussi le lien entre les tendances peacuteriodiques des eacuteleacutements et leur configuration eacutelectronique

En 8e anneacutee les eacutelegraveves ont compareacute et diffeacuterencieacute les divers types de rayonnements eacutelectromagneacutetiques en fonction de lrsquoeacutenergie de la longueur drsquoonde de la freacutequence et de la perception humaine En 9e anneacutee ils ont dessineacute le modegravele atomique de Bohr pour les 18 premiers eacuteleacutements En 10e anneacutee ils ont eacuteteacute initieacutes aux diagrammes de Lewis Enfin en physique de 11e anneacutee les eacutelegraveves se sont familiariseacutes avec les termes longueur drsquoonde et freacutequence sujets dont on traite dans le regroupement sur les ondes

LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee

Bloc A Le spectre eacutelectromagneacutetique C12-2-01 C12-2-02 C12-2-03 C12-0-S1 C12-0-R1 C12-0-T1 C12-0-A3

Bloc B Lrsquoeacutevolution historique du modegravele meacutecanique quantique

C12-2-04 C12-0-N1 C12-0-N2 C12-0-N3

Bloc C La configuration eacutelectronique C12-2-05 C12-2-06 C12-0-C1 C12-0-C2

Bloc D Les tendances peacuteriodiques C12-2-07 C12-0-C1 C12-0-S5 C12-0-S7

Reacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 hNombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 11 h agrave 12 h

LIvRES

HILL John W et al Chimie geacuteneacuterale Saint-Laurent Eacuted du Renouveau peacutedagogique 2008

(DREF 541 H646c 2008)

[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 97715)

Ccedila mrsquointeacuteresse Prisma Presse Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle beaucoup de contenu STSE excellentes illustrations]

Sciences et avenir La Revue Sciences et avenir Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles deacutetailleacutes]

SITES WEB

Agence Science-Presse httpwwwsciencepresseqcca (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [excellent reacutepertoire des actualiteacutes scientifiques issues de nombreuses sources internationales dossiers tregraves informatifs]

Atomic spectra httpwwwcoloradoeduphysics2000quantumzonelines2html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

[R] La chimienet httpwwwlachimienet (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site avec beaucoup drsquoinformation et drsquoexercices]

[R] Feu drsquoartifice httpfrwikipediaorgwikiFeu_drsquoartifice (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Flammes coloreacutees httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=Flammes_colorC3A9es (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Lrsquohistoire du modegravele de lrsquoatome httpwwwc4h10netmodresourceviewphpid=75 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation sur lrsquohistoire du modegravele de lrsquoatome]

[R] Le modegravele de Bohr lrsquoatome drsquohydrogegravene httpreadecclicqccadec_virtuelChimie202-NYA-05Chimie_generaleModeles_atomiquesModele_de_Bohr (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 31 deacutecembre 2000) [excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]

[R] Tableau peacuteriodique des eacuteleacutements httpwwwperiodnicomdownloadtableau_vierge_de_la_classification_periodiquepdf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [tableau peacuteriodique vide]

The Glowing Pickle httpmyglowingpicklecom (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [deacutemonstration qui consiste agrave appliquer un courant eacutelectrique agrave travers un cornichon Les atomes de sodium exciteacutes eacutemettent une lumiegravere jaune lorsqursquoils reviennent agrave lrsquoeacutetat fondamental (site en anglais)]

The Science of Stuff httpspantherfileuwmeduawschwabwwwspecwebhtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [fabrication drsquoun mini spectroscope (site en anglais)]

[R] Spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption httpwwwostralonet3_animationsswfspectres_abs_emswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site qui permet drsquoobserver le spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption pour les eacuteleacutements du tableau peacuteriodique]

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE ThEacuteMATIQUES

C12-2-01 deacutecrire qualitativement le spectre eacutelectromagneacutetique en termes de freacutequences de longueurs drsquoonde et drsquoeacutenergie

RAG D3 C12-2-02 reconnaicirctre par lrsquoobservation directe que les eacuteleacutements ont un spectre de raies unique entre autres au moyen de la coloration de flamme de tubes agrave deacutecharge

gazeuse drsquoun spectroscope ou drsquoun reacuteseau de diffraction RAG C2 D3

C12-2-03 deacutecrire des applications etou des occurrences naturelles de spectres de raies par exemple lrsquoastronomie les aurores boreacuteales les feux drsquoartifice les lumiegraveres

au neacuteon RAG C5 A5

C12-2-04 retracer dans les grandes lignes lrsquoeacutevolution historique du modegravele de meacutecanique quantique de lrsquoatome

RAG A1 A2 A4 D3

C12-2-05 tracer la configuration eacutelectronique drsquoeacuteleacutements du tableau peacuteriodique entre autres des eacuteleacutements choisis dont le numeacutero atomique ne deacutepasse pas 36 (krypton) RAG A2 D3

C12-2-06 lier la configuration eacutelectronique drsquoun eacuteleacutement agrave ses eacutelectrons de valence et agrave sa position dans le tableau peacuteriodique

RAG D2 D4 E1

C12-2-07 expliquer des tendances peacuteriodiques de proprieacuteteacutes drsquoeacuteleacutements et lier ces tendances agrave leur configuration eacutelectronique

entre autres les rayons atomiques les rayons ioniques lrsquoeacutenergie drsquoionisation lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute

RAG D3 D4 E1

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx

RAG D3

RAG B3 B5 C1 C2

RAG C2

RAG C1 C2

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)

RAG C2 C5

RAG C2 C6

Travail en groupe

RAG C2 C4 C7

RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG A1 A2

RAG A1 A3 A5 B2

RAG A5 B1 B2

RAG A5 B2

Attitudes

C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sa capaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie

RAG C2 C5

RAG C2 C3 C4 C5

RAG B4

RAG B5 C4

RAG D3

C12-2-02 reconnaicirctre par lrsquoobservation directe que les eacuteleacutements ont un spectre de raies unique

entre autres au moyen de la coloration de flamme de tubes agrave deacutecharge gazeuse drsquoun spectroscope ou drsquoun reacuteseau de diffraction

RAG C2 D3

C12-2-03 deacutecrire des applications etou des occurrences naturelles de spectres de raies par exemple lrsquoastronomie les aurores boreacuteales les feux drsquoartifice les lumiegraveres au

neacuteon RAG C5 A5

RAG B3 B5 C1 C2

C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des

applications de la chimie RAG A1 A3 A5 B2

RAG B4

Bloc A Le spectre eacutelectromagneacutetique

En tecircte

Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur les ondes et le spectre eacutelectromagneacutetique en les invitant agrave reacutepondre aux questions de lrsquoannexe 1 et de lrsquoannexe 2 (reacuteponses 1 Lumiegravere visible 2 Rayons gamma 3 Rayonnement ultraviolet 4 Micro-ondes 5 Ondes radio 6 Rayons X 7 Rayons infrarouges)

En quecircte

Activiteacute ndash les ondes Inviter les eacutelegraveves agrave utiliser un ressort pour montrer la relation entre la freacutequence et la longueur drsquoonde En tenant une extreacutemiteacute du jouet bouger la main lentement en un mouvement de va-et-vient

Cette expeacuterience est la deacutemonstration drsquoune onde longue (grande distance entre deux crecirctes successives) de faible freacutequence En acceacuteleacuterant le mouvement de va-et-vient on raccourcit la longueur drsquoonde Dans les deux cas la vitesse est la mecircme Srsquoassurer que les eacutelegraveves comprennent que la vitesse drsquoune onde est directement proportionnelle agrave la freacutequence et agrave la longueur drsquoonde et que la freacutequence et la longueur drsquoonde sont inversement proportionnelles ( = 1f )Cependant il nrsquoest pas neacutecessaire que les eacutelegraveves traitent ce rapport de faccedilon matheacutematique

En 8e anneacutee les eacutelegraveves comparent et diffeacuterencient les divers types de rayonnements eacutelectromagneacutetiques en fonction de lrsquoeacutenergie de la longueur drsquoonde de la freacutequence et de la perception humaine Dans le cours de physique de 11e anneacutee les eacutelegraveves se familiarisent avec les termes longueur drsquoonde et freacutequence abordeacutes dans le regroupement sur les ondes

Lrsquoeacutetude de la structure atomique vise entre autres agrave comprendre le rocircle des eacutelectrons dans lrsquoatome Au tournant du XXe siegravecle les scientifiques venaient de deacutecouvrir cette particule subatomique mais ils ne comprenaient pas complegravetement lrsquoamplitude des types drsquoeacutenergie associeacutes agrave lrsquoeacutelectron En poursuivant leurs eacutetudes du domaine les scientifiques espeacuteraient pouvoir mieux expliquer le comportement des substances dans les reacuteactions chimiques La preacutesente section eacutetablit le lien entre le spectre eacutelectromagneacutetique et la structure atomique Le spectre eacutelectromagneacutetique est formeacute de rayonnements eacutelectromagneacutetiques qui correspondent agrave la libeacuteration et au transfert drsquoeacutenergie sous forme drsquoondes eacutelectromagneacutetiques Ces ondes forment un champ eacutelectrique perpendiculaire agrave un champ magneacutetique

Les diffeacuterentes composantes (rayons gamma rayons X micro-ondes lumiegravere visible etc) du spectre eacutelectromagneacutetique varient en raison des diffeacuterences de longueur drsquoonde et de freacutequence mais elles voyagent toutes agrave la mecircme vitesse 3 x 108 ms Lrsquoeacutenergie est transfeacutereacutee gracircce aux ondes ou plus preacuteciseacutement en ce qui a trait agrave la structure atomique aux ondes eacutelectromagneacutetiques

Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer la relation entre la longueur drsquoonde la freacutequence et lrsquoeacutenergie Les eacutelegraveves devraient comprendre que si une onde a une haute freacutequence elle transportera une forte quantiteacute drsquoeacutenergie Les rayons gamma par exemple sont des ondes agrave haute eacutener-gie car leur freacutequence est tregraves eacuteleveacutee (1020 Hz) Les ondes radio sont des ondes agrave faible eacutener-gie puisque leur freacutequence est drsquoenviron 106 Hz Dans le spectre de la lumiegravere visible crsquoest la lumiegravere rouge qui a la longueur drsquoonde la plus grande (faible freacutequence) Agrave lrsquoautre extreacutemiteacute du spectre la lumiegravere violette a la longueur drsquoonde la plus courte (et la freacutequence la plus eacuteleveacutee)

Deacutemonstration ndash le spectre visiblePlusieurs deacutemonstrations permettent drsquoillustrer le spectre visible Lrsquoenseignant peut tenir un prisme devant un projecteur et la lumiegravere blanche qui traverse le prisme se deacutecomposera en une gamme de couleurs qui peut ecirctre projeteacutee au mur de la classe au plafond ou agrave lrsquoeacutecran drsquoun projecteur Une deuxiegraveme deacutemonstration toute simple consiste agrave observer la diffraction de la lumiegravere qui frappe un CD On peut voir tout un spectre de couleurs

LES ONDESPhysique

Secondaire 3Regroupement 1

Il existe plusieurs types dondes par exemple le son la lumiegravere et les vagues De plus il existe de nombreuxpheacutenomegravenes que lon peut repreacutesenter sous forme dondes par exemple le mouvement dun pendule oudune masse suspendue agrave un ressort

Une onde est une perturbation qui produit un transfert deacutenergie dun endroit agrave lautre On peut classer lesondes en deux cateacutegories selon quelles neacutecessitent un milieu ou non Une onde meacutecanique comme le sonneacutecessite un milieu alors quune onde eacutelectromagneacutetique comme la lumiegravere nen neacutecessite pas et peut donctraverser le vide

On peut eacutegalement classer les ondes selon le sens de mouvement Le mouvement des ondes transversalesest perpendiculaire agrave la perturbation Dans le diagramme ci-dessous les particules du milieu vibrent de hauten bas alors que la perturbation avance de gauche agrave droite Les ondes eacutelectromagneacutetiques sont un exempledondes transversales Les champs magneacutetique et eacutelectrique qui engendrent les ondes eacutelectromagneacutetiquessont perpendiculaires lun agrave lautre et au sens du mouvement des ondes

Le mouvement des ondes longitudinales est parallegravele agrave la perturbation Dans le diagramme ci-dessous lesparticules du milieu vibrent de gauche agrave droite tout comme la perturbation qui avance de gauche agrave droite

Malgreacute leurs diffeacuterences sur le plan physique les ondes transversales et longitudinales ont deuxcaracteacuteristiques importantes en commun soit lamplitude et la longueur donde Cela dit on peutrepreacutesenter les deux par le mecircme modegravele matheacutematique

ANNEXE 1 Les ondes ndash Renseignements pour lenseignant

Bloc A

mouvement de lrsquoonde

mouvement du milieu crecircte

amplitude

longueur drsquoonde (λ)

mouvement de lrsquoonderareacutefaction

compression

mouvement du milieu

Deacutemonstration ndash le spectre de raies bull Cette deacutemonstration fonctionne bien

dans une piegravece sombre Prendre une bobine Tesla et la tenir pregraves drsquoune tige de graphite (carbone) fixeacutee par une pince agrave un support annulaire Lrsquoeacutetin-celle qui se produit fait apparaicirctre un eacuteclair formeacute par le spectre de lrsquoazote Cette expeacuterience peut ecirctre lieacutee agrave des apparitions naturelles des spectres lumineux comme les arcs-en-ciel ou les aurores boreacuteales Voir le professeur de physique de lrsquoeacutecole pour demander une bobine Tesla

bull Une autre deacutemonstration est celle du

laquo cornichon eacutelectrique raquo qui consiste agrave appliquer un courant agrave travers un cor-nichon Les atomes de sodium exciteacutes eacutemettent une lumiegravere jaune (589 nm) quand ils reviennent agrave lrsquoeacutetat fondamen-tal Voir le site The real Glowing Pickle Page agrave lrsquoadresse httpmyglowing-picklecom (site en anglais)

Activiteacutes de laboratoireLe but de ces activiteacutes consiste agrave amener les eacutelegraveves agrave observer des spectres continus et des spectres de raies On peut diffeacuterencier ces deux types de spectres en faisant lrsquoanalogie suivante une rampe drsquoaccegraves pour fauteuil roulant est semblable agrave un spectre continu tan-dis qursquoun spectre de raies peut ecirctre compareacute agrave un escalier Les eacutelegraveves devraient savoir que chaque eacuteleacutement a son propre spectre de raies Pour ces activiteacutes fournir des spectroscopes commerciaux aux eacutelegraveves ou leur proposer de fabriquer le leur

bull Observation de la lumiegravere avec un prisme ou un spectroscope Proposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser un prisme ou un spectroscope pour observer la lumiegravere blanche drsquoune ampoule incandescente Mise en garde ne pas laisser les eacutelegraveves regarder directement le soleil Les eacutelegraveves verront un spectre continu de couleurs allant du rouge au violet

Le spectre drsquoeacutemission peut exister sous forme de spectre continu ou de spectre de raies (ou de lignes) Dans un spectre continu toutes les longueurs drsquoonde de la lumiegravere forment un motif ininterrompu comme dans la deacutemonstration avec le prisme de verre et le projecteur Le pheacutenomegravene le plus commun que les eacutelegraveves connaissent sucircrement est lrsquoarc-en-ciel une seacutequence ininterrompue de couleurs allant du rouge au violet En revanche le spectre de raies est formeacute de lignes brillantes distinctes apparaissant sur fond noir agrave diffeacuterents endroits du spectre visible Crsquoest cette caracteacuteristique distinctive des atomes gazeux qui fournit aux scientifiques une laquo empreinte raquo unique pour chaque eacuteleacutement En effet comme chaque eacuteleacutement preacutesente un nombre drsquoeacutelectrons ndash ou niveau drsquoeacutenergie ndash qui lui est propre on peut affirmer que chacun a son propre spectre de raies Ces lignes brillantes indiquent que certaines eacutenergies seulement sont possibles agrave lrsquointeacuterieur de lrsquoatome La brillance des lignes spectrales deacutepend du nombre de photons de la mecircme longueur drsquoonde qui sont eacutemis

Inviter les eacutelegraveves agrave regarder des ampoules fluorescentes au spectroscope Ils verrontdes spectres de raies superposeacutes au spectre de lumiegravere visible (spectres continus) Ce pheacutenomegravene srsquoexplique par le fait que les atomes de mercure eacutemettent une lumiegravere ultra-violette qui nrsquoest pas visible agrave lrsquoœil nu Cette lumiegravere UV est absorbeacutee par la couche de phosphore du tube fluorescent Quand les eacutelectrons de phosphore retournent agrave leur eacutetat fondamental ils eacutemettent une lumiegravere blanche qui a plus de bleu et moins de rouge que la lumiegravere solaire Il existe diffeacuterents types de tubes fluorescents chacun eacutemettant un spectre de couleurs unique Consulter Internet pour obtenir de lrsquoinformation sur les spectres de ces tubes

Proposer aux eacutelegraveves de fabriquer leur propre mini spectroscope Voir le site Web de The Science of Stuff (httpspantherfileuwmeduawschwabwwwspecwebhtm) Pour fabriquer un mini spectroscope il faut un patron agrave deacutecouper dans du carton un morceau triangulaire drsquoun CD des ciseaux et du ruban adheacutesif

bull Tubes agrave deacutecharge gazeuse Inviter les eacutelegraveves agrave observer des exemples de spectres drsquoeacutemission de lumiegravere agrave partir de tubes agrave deacutecharge gazeuse (si disponibles) ou de la coloration de flamme Lrsquoannexe 3 indique les longueurs drsquoonde et les couleurs drsquoeacuteleacutements preacutecis

Mise en garde crsquoest lrsquoenseignant qui doit manipuler le bloc drsquoalimentation et les tubes agrave deacutecharge gazeuse Recommander aux eacutelegraveves de faire attention aux tubes pendant la deacutemonstration car ils chauffent tregraves rapidement et peuvent causer des brucirclures

Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner les spectres de raies reacuteels et agrave indiquer la couleur et lrsquoendroit approximatif des lignes spectrales Les inviter agrave comparer les lignes spectrales observeacutees aux spectres de raies connus afin drsquoidentifier lrsquoeacuteleacutement preacutesent dans le meacutelange de gaz On peut par exemple les amener agrave observer les quatre lignes spectrales de lrsquohydrogegravene violet bleu violet bleu vert et rouge Souligner le fait que ces raies du spectre visible repreacutesentent les transitions des eacutelectrons agrave partir des niveaux drsquoeacutenergie 3 4 5 et 6 vers le niveau drsquoeacutenergie 2 (voir Chimie 12 p 124-125 ou Chimie 12 STSE p 195)

bull Coloration de flamme Faire la deacutemonstration deacutecrite agrave lrsquoannexe 4

bull Flammes coloreacutees On peut aussi inviter les eacutelegraveves agrave observer des eacuteclisses de bois trempeacutees dans diffeacuterentes solutions de sels meacutetalliques pendant quelques jours Desolutions satureacutees de baryum de calcium de cuivre(II) de potassium et de sodium peuvent ecirctre utiliseacutees Les eacutelegraveves devraient pouvoir observer la couleur speacutecifique du meacutetal pendant quelquesinstants Voir lrsquoannexe 5 ou le site Science amusante (httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=Flammes_colorC3A9es)pour une description de ce type drsquoactiviteacute

Enseignement direct ndash applications et apparition naturelle des spectres de raiesMaintenant que les eacutelegraveves ont vu et dessineacute des spectres de raies ils devraient pouvoir par-ler des applications de ce type de spectre Ils devraient connaicirctre les feux drsquoartifice et les lumiegraveres neacuteon Cependant la plupart drsquoentre eux ne savent probablement pas que le gaz neacuteon produit une lumiegravere rouge orangeacute

Les lignes spectrales sont produites par un atome agrave lrsquoeacutetat exciteacute Cet atome doit drsquoabord absorber de lrsquoeacutenergie Lrsquoeacutelectron migre alors agrave un niveau drsquoeacutenergie plus eacuteleveacute pendant qursquoil absorbe lrsquoeacutenergie Quand lrsquoeacutelectron revient agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute il eacutemet simul-taneacutement une couleur de lumiegravere On pourrait dire aussi qursquoil y a eacutemission drsquoune lumiegravere drsquoune seule longueur drsquoonde ou drsquoune seule freacutequence ou drsquoun seul paquet drsquoeacutenergie Ce pheacutenomegravene correspond agrave la distance que lrsquoeacutelectron a parcourue Comme le nombre de transi-tions drsquoeacutelectrons possibles entre les niveaux drsquoeacutenergie est grand un atome agrave lrsquoeacutetat exciteacute pro-duit beaucoup de lignes spectrales (voir Chimie 12 p 126 129 ou Chimie 12 STSE p 170-172)

Dans lrsquoatome drsquohydrogegravene quand lrsquoeacutelectron revient du troisiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutener-gie une couleur rouge est eacutemise Crsquoest un reacutesultat logique puisque lrsquoeacutelectron parcourt la plus courte distance qui correspond agrave la plus faible freacutequence de la lumiegravere visible soit le rouge Si un eacutelectron laquo tombe raquo du quatriegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie une lumiegravere verte est eacutemise du cinquiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie crsquoest une couleur indigo qui apparaicirct et du sixiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie la lumiegravere eacutemise est violette

Bien des manuels donnent des exemples de spectres de raies pour au moins quelques-uns des eacuteleacutements Les eacutelegraveves peuvent alors comprendre que chaque eacuteleacutement peut avoir un spectre de raies unique Ces spectres pourraient ensuite servir agrave lrsquoanalyse des constituants drsquoune source lumineuse notamment en astronomie On peut penser agrave lrsquoastronome qui capte la lumiegravere ve-nant drsquoune source lointaine agrave travers un spectroscope pour deacuteterminer les eacuteleacutements contenus dans cette lumiegravere Les sources de lumiegravere peuvent ecirctre des eacutetoiles des neacutebuleuses lrsquoexplo-sion drsquoune supernova dans une autre galaxie etc Les astronomes peuvent aussi deacutetecter des formes de radiation autres que la lumiegravere visible

Le site Spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption drsquoun eacuteleacutement (httpwwwostralonet3_animationsswfspectres_abs_emswf) permet drsquoobserver le spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption des eacuteleacutements du tableau peacuteriodique

Les rayons X et les rayons gamma par exemple sont eacutemis agrave partir drsquoeacutetoiles agrave neutrons tregraves denses ou eacutemanent de trous noirs Il est important de savoir drsquoun point de vue historique que lrsquoeacuteleacutement heacutelium a drsquoabord eacuteteacute identifieacute dans le spectre du soleil avant drsquoecirctre deacutetecteacute dans lrsquoatmosphegravere terrestre (drsquoougrave son nom qui vient du greclaquo helios raquo qui deacutesigne le dieu grec du soleil) Cet eacutepisode constitue un excellent lien historique entre la physique et la chimie qui meacuterite drsquoecirctre exploreacute

Les eacutelegraveves auront peut-ecirctre utiliseacute une flamme nue pour observer des spectres de raies La fabrication de feux drsquoartifice constitue une application eacutevidente de ce principe Voici la cou-leur de certains eacuteleacutements lorsqursquoils brucirclent

Baryum jaune vertStrontium rouge vifCalcium rouge orangeacuteSodium jaune vifPotassium violet pacircleLithium rouge violetCuivre vert

Internet renferme une foule de renseignements sur la chimie et la fabrication des feux drsquoarti-fice (piegraveces pyrotechniques) mais plusieurs sites ne sont disponibles qursquoen anglais

Voici un lien qui pourrait ecirctre utile

bull Feu drsquoartifice httpfrwikipediaorgwikiFeu_drsquoartifice

RechercheInviter les eacutelegraveves agrave se renseigner sur les applications et les apparitions naturelles des spectres de raies agrave lrsquoaide de la strateacutegie Jigsaw (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secon-daire p 321) Diviser la classe en groupes drsquoexperts et assigner agrave chacun une application ou un exemple drsquoapparition naturelle des spectres de raies par exemple les feux drsquoartifice et lrsquousage des spectres de raies agrave des fins drsquoanalyse Si la deacutemonstration sur les tubes agrave deacutecharge gazeuse a eacuteteacute faite les eacutelegraveves savent maintenant que le gaz neacuteon produit seulement la lumiegravere rouge orangeacute et que les autres gaz produisent drsquoautres couleurs dans les tubes agrave deacutecharge gazeuse (pex argonvert heacuteliumrose orangeacute kryptonlavande xeacutenonbleu)

Les eacutelegraveves pourraient aussi faire une recherche sur la faccedilon dont les astrophysiciens peuvent deacuteterminer quels eacuteleacutements composent notre soleil et drsquoautres eacutetoiles Comme une eacutetoile est faite de gaz chauds et brillants la lumiegravere qursquoelle eacutemet peut ecirctre capteacutee par un teacutelescope et analyseacutee Agrave partir de spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption atomique de la lumiegravere les eacuteleacute-ments preacutesents dans lrsquoeacutetoile peuvent ecirctre identifieacutes

Pour srsquoassurer que chaque membre du groupe drsquoexperts est en mesure drsquoexpliquer son sujet inviter les eacutelegraveves agrave faire des explications agrave tour de rocircle agrave lrsquointeacuterieur du groupe drsquoexperts Ensuite former des groupes heacuteteacuterogegravenes (laquo familles raquo) pour qursquoils partagent leurs nouvelles connaissances

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave dresser un cadre de concept sur les spectres drsquoeacutemission (voir Lrsquoenseigne-ment des sciences de la nature au secondaire p 1123 1126 et p 1136)

Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees

1Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner une seacuterie de diagrammes montrant la relation entre la freacutequence et la longueur drsquoonde drsquoune onde eacutelectromagneacutetique et agrave faire le lien entre la freacutequence du rayonnement eacutelectromagneacutetique et la quantiteacute drsquoeacutenergie contenue dans une onde de ce type Leur demander de reacutepondre aux questions suivantes

- Qursquoadvient-il de lrsquoeacutenergie quand la freacutequence est doubleacutee - Qursquoadvient-il de lrsquoeacutenergie quand la freacutequence est diminueacutee de moitieacute

2Demander aux eacutelegraveves drsquoeffectuer lrsquoexercice de lrsquoannexe 6 sur les spectres de raies

3Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 du regroupement 1

4Pour veacuterifier la compreacutehension des eacutelegraveves utiliser la strateacutegie des tecirctes numeacuteroteacutees (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 312)

RAG A1 A2 A4 D3 C12-0-N1 expliquer le rocircle que jouent les theacuteories les donneacutees et les modegraveles dans lrsquoeacutelaboration

de connaissances scientifiques RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG A1 A2

Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees Le deacuteveloppement historique du modegravele meacutecanique quantique de lrsquoatome est un sujet theacuteorique complexe Bien que la plupart des textes de chimie renferment de lrsquoinformation sur le sujet la porteacutee et la complexiteacute du traitement varient avec chaque texte La preacutesentation aux eacutelegraveves devrait ecirctre aussi simple et logique que possible On trouvera dans ce bloc drsquoenseignement une seacutequence drsquoeacuteveacutenements suggeacutereacutee La contribution drsquoEinstein a deacutelibeacutereacutement eacuteteacute mise de cocircteacute eacutetant donneacute que lrsquoeffet photoeacutelectrique nrsquoentre pas dans le cadre de la progression historique

En tecircte

Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur la structure atomique de base (protons neutrons et eacutelectrons) le nombre atomique et la masse atomique moyenne des eacuteleacutements Les eacutelegraveves devraient pouvoir utiliser ces connaissances pour repreacutesenter divers atomes avec le modegravele de Bohr

En quecircte

Recherche ndash deacuteveloppement historique du modegravele de lrsquoatomeInviter les eacutelegraveves agrave effectuer une recherche sur un scientifique qui a contribueacute au deacuteveloppement du modegravele de meacutecanique quantique de lrsquoatome (voir lrsquoannexe 7)

Bloc B Lrsquoeacutevolution historique du modegravele de meacutecanique quantique

Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 8 Chaque groupe drsquoeacutelegraveves pourra ensuite trouver un moyen de preacutesenter ses reacutesultats par exemple en creacuteant une affiche Deacuteterminer les critegraveres drsquoeacutevaluation avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient inclure des eacuteleacutements touchant le contenu et la preacutesentation Proposer aux eacutelegraveves de prendre en note les renseignements importants pendant les preacutesentations

Animations ndash orbites eacutelectroniquesLes animations preacutesenteacutees ci-dessous montrent lrsquoabsorption et lrsquoeacutemission de photons par un atome drsquohydrogegravene Inviter les eacutelegraveves agrave observer la faccedilon dont un eacutelectron absorbe de lrsquoeacutenergie et passe agrave une orbite supeacuterieure autour du noyau Ils verront que lrsquoeacutelectron agrave lrsquoeacutetat exciteacute eacutemet un photon et revient agrave un niveau drsquoeacutenergie infeacuterieur Inviter les eacutelegraveves agrave noter que lrsquoeacutelectron nrsquoest pas tregraves stable agrave lrsquoeacutetat exciteacute et qursquoil preacutefegravere revenir agrave son orbitale eacutenergeacutetique infeacuterieure

bull Le modegravele de Bohr lrsquoatome drsquohydrogegravene httpreadecclicqccadec_virtuelChimie202 NYA 05Chimie_generaleModeles_atomiquesModele_de_Bohr

bull Lrsquohistoire du modegravele atomique httpwwwc4h10netmodresourceviewphpid=75

bull Atomic spectra (site en anglais) httpwwwcoloradoeduphysics2000quantumzonelines2html

ActiviteacutedeacutemonstrationProposer aux eacutelegraveves de faire une maquette du spectre drsquoeacutemission agrave partir de ce qui suit

bull des balles de couleur (ou marqueurs agrave transparents de couleur) repreacutesentant diffeacuterents photons avec une eacutenergie correspondant agrave leur couleur

bull un espace sur le plancher qui repreacutesente lrsquoeacutetat fondamentalbull une chaise un tabouret et un comptoir qui repreacutesentent les niveaux drsquoeacutenergie supeacuterieurs

Lrsquoeacutecart entre le plancher et la chaise doit ecirctre plus grand qursquoentre la chaise et le tabouret et le comptoir doit ecirctre plus eacuteleveacute que le tabouret

Jouer le rocircle drsquoun eacutelectron (ou demander agrave un eacutelegraveve de le faire) qui passe entre les diffeacuterents niveaux drsquoeacutenergie Donner aux eacutelegraveves des balles rouges jaunes vertes bleues violettes et noires et garder une balle rouge une balle bleue et une balle violette Le premier eacutelegraveve lance une balle violette agrave lrsquoenseignant En attrapant la balle lrsquoenseignant saute du plancher (premier niveau drsquoeacutenergie) au tabouret (troisiegraveme niveau drsquoeacutenergie)

Cette transition repreacutesente lrsquoabsorption drsquoun photon violet Immeacutediatement apregraves lrsquoenseignant sort une balle violette de sa poche la jette dans une direction diffeacuterente de celle de la balle qursquoil a reccedilue et redescend au plancher ce qui repreacutesente la libeacuteration drsquoun photon et correspond agrave la raie violette dans le spectre drsquoeacutemission de lrsquohydrogegravene Si un eacutelegraveve jette une balle bleue lrsquoenseignant grimpe au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie puis il sort une balle bleue de sa poche et la jette dans une direction diffeacuterente de celle qursquoil a reccedilue et redescend au plancher Ce pheacutenomegravene repreacutesente lrsquoeacutemission drsquoun photon et correspond agrave la ligne bleue du spectre drsquoeacutemission de lrsquohydrogegravene Lrsquoexercice continue avec les balles rouges qui illustrent la ligne rouge du spectre drsquoeacutemission de lrsquohydrogegravene Dans lrsquoatome drsquohydrogegravene quand lrsquoeacutelectron revient du troisiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie donc du tabouret agrave la chaise le rouge est eacutemis Crsquoest un reacutesultat logique puisque lrsquoeacutelectron parcourt la plus courte distance qui correspond agrave la plus faible freacutequence de la lumiegravere visible soit le rouge Si un eacutelegraveve lance une balle jaune lrsquoenseignant doit lrsquoignorer puisque le jaune ne correspond agrave aucune transition entre des niveaux drsquoeacutenergie de lrsquohydrogegravene Enfin lrsquoenseignant attrape une balle noire (repreacutesentant lrsquoultraviolet) monte sur le comptoir et se libegravere du noyau illustrant le pheacutenomegravene drsquoionisation

Cette deacutemonstration illustre des notions cleacutes de la theacuteorie atomique de Bohr et des spectres drsquoeacutemission Les balles de couleur repreacutesentent les diffeacuterents niveaux drsquoeacutenergie et les diffeacuterentes eacutenergies correspondent agrave des sauts (eacutecarts) de diffeacuterentes grandeurs Le photon eacutemis est geacuteneacuteralement propulseacute dans une direction diffeacuterente de celle du photon incident Les sauts de lrsquoeacutelectron correspondent agrave une petite seacuterie de valeurs drsquoeacutenergie preacutecises

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner une nouvelle repreacutesentation de lrsquoatome et de la comparer agrave celle qui est dessineacutee agrave la section laquo En tecircte raquo Y-a-t-il des diffeacuterences Des ressemblances

1Eacutevaluer les preacutesentations des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des critegraveres drsquoeacutevaluation eacutetablis

2Proposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser un diagramme pour expliquer la structure de lrsquoatome en parlant drsquoabsorption drsquoeacutenergie et de mouvement subseacutequent des eacutelectrons drsquoun niveau drsquoeacutenergie agrave lrsquoautre

Bloc C La configuration eacutelectronique

C12-2-05 tracer la configuration eacutelectronique drsquoeacuteleacutements du tableau peacuteriodique entre autres des eacuteleacutements choisis dont le numeacutero atomique ne deacutepasse pas 36

(krypton) RAG A2 D3 C12-2-06 lier la configuration eacutelectronique drsquoun eacuteleacutement agrave ses eacutelectrons de valence et agrave sa

position dans le tableau peacuteriodique RAG D2 D4 E1

par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots RAG D3

RAG D3

En tecircte

Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves en les invitant agrave discuter des questions suivantes

- Qursquoest-ce que la peacuteriode dans un tableau peacuteriodique- Qursquoest-ce que la famille- Pourquoi regroupe-t-on les eacuteleacutements dans des familles chimiques- Comment cette organisation du tableau peacuteriodique peut-elle aider agrave comprendre le comportement des eacuteleacutements- Qursquoest-ce qursquoun eacutelectron de valence- Qursquoest-ce qui arrive aux eacutelectrons de valence au moment de la formation drsquoun composeacute chimique

En 9e anneacutee les eacutelegraveves ont dessineacute le modegravele atomique de Bohr pour les 18 premiers eacuteleacutements (S1-2-05) Ils devraient aussi comprendre la disposition des eacuteleacutements dans le tableau peacuteriodique (S1-2-06 S2-2-01 S2-2-02) En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacuteteacute initieacutes aux diagrammes de Lewis (S2-2-01)

En quecircte

Enseignement direct ndash la configuration eacutelectroniquePreacutesenter aux eacutelegraveves les principes qui deacutefinissent la faccedilon dont les eacutelectrons peuvent se placer dans une orbitale atomique (voir Chimie 12 p 131-146 ou Chimie 12 STSE p 174-188) Une orbitale est la reacutegion de lrsquoespace dans laquelle il y a une probabiliteacute de trouver un eacutelectron

La disposition des eacutelectrons dans un atome est appeleacutee configuration eacutelectronique de lrsquoatome Une combinaison de nombres et de lettres permet de deacuteterminer le niveau drsquoeacutenergie des eacutelectrons dans un atome

bull Le nombre repreacutesente le niveau drsquoeacutenergie principal (1 2 3 4 etc) Dans chaque niveau drsquoeacutenergie il peut y avoir un nombre preacutecis drsquoorbitales deacutetermineacute agrave lrsquoaide de la valeur n2

bull Les lettres (s p d f g h etc) sont lieacutees agrave la forme de lrsquoorbitale (la reacutegion drsquoemplacement probable des eacutelectrons)

Niveaux drsquoeacutenergieNombre quan-

tique principal (n)Sous-niveaux

ou sous-couches preacutesents (types ou formes drsquoorbitales)

Nombre drsquoorbitales pour chaque sous-ni-veau ou sous-couche

Nombre total drsquoorbitales lieacutees au niveau drsquoeacutenergie

principal (n2)1 s 1 1

Trois principes ou regravegles deacutefinissent la faccedilon dont les eacutelectrons peuvent se placer dans une orbitale atomique

1 Le principe drsquoAufbau Le nom drsquoAufbau vient du mot allemand aufbauen qui signifie laquo remplissage raquo et a eacuteteacute proposeacute par le physicien danois Neils Bohr (1885-1962) Le principe drsquoAufbau veut que chaque eacutelectron occupe lrsquoorbitale drsquoeacutenergie la plus faible disponible Voir le diagramme qui suit

Dans le diagramme chaque case repreacutesente une orbitale atomique Toutes les orbitales du mecircme sous-niveau (ou sous-couche) ont la mecircme eacutenergie Les eacutelectrons du sous-niveau 2p par exemple ont tous la mecircme quantiteacute drsquoeacutenergie Les divers sous-niveaux drsquoeacutenergie dans un niveau drsquoeacutenergie principal ont diffeacuterentes eacutenergies Lrsquoorbitale 2s par exemple a un niveau drsquoeacutenergie infeacuterieur agrave celui de lrsquoorbitale 2p Les orbitales lieacutees aux sous- niveaux drsquoeacutenergie dans un niveau drsquoeacutenergie principal peuvent chevaucher des orbitales lieacutees agrave des sous-niveaux drsquoeacutenergie drsquoun autre niveau principal Lrsquoeacutenergie de lrsquoorbitale 4s par exemple est infeacuterieure agrave celle des orbitales 3d

2 Le principe drsquoexclusion de PauliCe principe veut que deux eacutelectrons au maximum puissent occuper une mecircme orbitale atomique mais seulement si les eacutelectrons ont des spins opposeacutes (tournent dans des sens opposeacutes) Wolfgang Pauli a proposeacute ce principe apregraves avoir observeacute des atomes agrave lrsquoeacutetat exciteacute Lrsquoorbitale atomique renfermant deux eacutelectrons ayant des spins opposeacutes srsquoeacutecrit

eacutener

3 La regravegle de HundLa regravegle de Hund veut que des eacutelectrons simples ayant le mecircme spin doivent occuper chaque orbitale de la mecircme eacutenergie avant que drsquoautres eacutelectrons ayant un spin opposeacute ne puissent occuper les mecircmes orbitales Les trois orbitales 2p par exemple se rempliraient comme suit

Le diagramme suivant peut aider les eacutelegraveves agrave comprendre la faccedilon dont srsquoeacutecrit la configura-tion eacutelectronique

Avec ce diagramme on remplit les orbitales en suivant la direction des flegraveches comme suit 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s etc

Exercice ndash eacutecrire des configurations eacutelectroniquesInviter les eacutelegraveves agrave dessiner la configuration eacutelectronique suivant la notation fondeacutee sur les gaz nobles (ou gaz rares) Agrave titre drsquoexemple la configuration eacutelectronique complexe de lrsquoaluminium est 1s22s22p63s23p1 tandis qursquoavec la notation fondeacutee sur les gaz nobles sa configuration serait [Ne] 3s23p1

1 eacutelectron

2 eacutelectrons

3 eacutelectrons

4 eacutelectrons

7s 7p 6s 6p 6d 6f

5s 5p 5d 5f

4s 4p 4d 4f

3s 3p 3d

Activiteacute ndash structure du tableau peacuteriodiqueExpliquer aux eacutelegraveves la faccedilon dont le tableau peacuteriodique moderne a eacuteteacute conccedilu en fonction de la structure de lrsquoatome ou plus preacuteciseacutement en fonction des eacutelectrons de valence et de la reacuteactiviteacute chimique des eacuteleacutements

Fournir aux eacutelegraveves un tableau peacuteriodique vide Voir lrsquoannexe 9 ou un site Web tel que le tableau vierge de la classification peacuteriodique (httpwwwperiodnicomdownloadtableau_vierge_de_la_classification_periodiquepdf) Leur demander drsquoy ajouter les eacutelectrons de valence et lrsquoorbitale correspondante Une fois le tableau compleacuteteacute lrsquoorganisation du tableau devrait ecirctre apparente

En fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave jouer agrave un bingo Place aux eacutelectrons ougrave la carte de jeu comporte des sym-boles drsquoeacuteleacutements Appeler des configurations eacutelectroniques (p ex 1s2) pour que les eacutelegraveves puissent les appliquer aux eacuteleacutements correspondants (p ex heacutelium)

2Proposer aux eacutelegraveves une reacuteflexion et une discussion sur lrsquoanalogie entre la regravegle de Hund et le comportement de deux parfaits eacutetrangers qui montent agrave bord drsquoun autobus (Dingrando et al 2005 137)

Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1Demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire la configuration eacutelectronique complegravete et la configuration de valence des eacuteleacutements jusqursquoau krypton inclusivement

2Inviter les eacutelegraveves agrave identifier la configuration de valence agrave partir de la position drsquoun eacuteleacutement dans le tableau peacuteriodique

2s1 2s2 2s2 2p1

2s2 2p2

2s2 2p3

RAG D3 D4 E1 C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une

compreacutehension de concepts en chimie par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs

les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots

RAG D3

C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees et des observations dans un format approprieacute

par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes

RAG C2 C5

En tecircte Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute a eacuteteacute abordeacutee briegravevement dans le cadre du reacutesultat drsquoapprentissage C11-4-02 du cours de chimie de 11e anneacutee La preacutesentation de ce concept visait agrave expliquer la polariteacute et la fonction subseacutequente de la moleacutecule drsquoeau dans le processus de dilution En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont drsquoabord vu le diagramme de Lewis comme une autre meacutethode permettant drsquoillustrer la structure atomique dans des composeacutes ioniques et covalents simples (S2-2-02)

Inviter les eacutelegraveves agrave examiner un tableau peacuteriodique Leur poser les questions suivantes - Que repreacutesente un groupe ou une famille sur le tableau peacuteriodique- Pouvez-vous nommer des familles - Qursquoont en commun les eacuteleacutements drsquoune mecircme famille- Que repreacutesente une peacuteriode sur le tableau peacuteriodique

Bloc D Les tendances peacuteriodiques

En quecircte

Activiteacute ndash analyse graphique de tendances peacuteriodiquesProposer aux eacutelegraveves drsquoeffectuer lrsquoactiviteacute deacutecrite agrave lrsquoannexe 11 afin drsquoexaminer les tendances peacuteriodiques des proprieacuteteacutes des eacuteleacutements Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 12

Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et types de liaisons Fournir aux eacutelegraveves un tableau peacuteriodique indiquant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute (voir lrsquoannexe 10) et le tableau ci-dessous sans les exemples Leur donner ensuite la formule de divers composeacutes binaires et leur demander de preacutedire le type de lien Les inviter agrave indiquer seulement si les liens sont covalents non polaires covalents moyennement polaires covalents tregraves polaires ou ioniques selon le tableau suivant Ajouter qursquoil nrsquoest pas neacutecessaire de preacuteciser le pourcentage mecircme si certains textes fournissent des valeurs en pourcentage

Diffeacuterences drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et caractegravere du lien preacuteditDiffeacuterence

drsquoeacutelectroneacutegativiteacuteType de lien

preacutedit Exemples

00-04 Covalent non polaire O-O (00)

04-10Covalent

moyennement polaire

SCl2 (316-258)

10-20 Covalent tregraves polaire CaS (258-100)

ge Ionique KCl (316-082)

ExempleQuel type de lien serait preacutesent dans une moleacutecule de LiF

Solution Drsquoapregraves le tableau des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute Li a une valeur de 097 et F une valeur de 410 La diffeacuterence entre 410 et 097 est 313 ce qui indique que le lien entre Li et F est de nature ioniqueVoir la feuille reproductible pour ces problegravemes agrave lrsquoannexe 13 Le corrigeacute figure agrave lrsquoannexe 14

Les exemples de ce reacutesultat drsquoapprentissage se limitent agrave des composeacutes binaires La plupart des manuels de chimie preacutesentent un tableau peacuteriodique indiquant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute de chaque eacuteleacutement

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesumer les tendances relatives au rayon atomique au rayon ionique agrave lrsquoeacutenergie drsquoionisation et agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute par rapport agrave la peacuteriode et au groupe

1Proposer aux eacutelegraveves drsquoindiquer dans un tableau peacuteriodique vierge les tendances entourant la peacuteriode et le groupe relativement agrave lrsquoeacutenergie drsquoionisation au rayon atomique au rayon ionique et agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute

2Inviter les eacutelegraveves agrave classer une seacuterie drsquoeacuteleacutements en fonction du rayon atomique du rayon ionique de lrsquoeacutenergie drsquoionisation et de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute Les eacutelegraveves devraient pouvoir expliquer leur classement en indiquant le lien avec la configuration eacutelectronique

3Demander aux eacutelegraveves de donner des exemples de composeacutes binaires et de preacutedire le caractegravere du lien existant dans la moleacutecule

LiSTE DES ANNExES

ANNEXE 1 Les ondes 233

ANNEXE 2 Le spectre eacutelectromagneacutetique ndash Activiteacute qui suis-je 234

ANNEXE 3 Lignes spectrales 236

ANNEXE 4 Deacutemonstration ndash Coloration de flamme 238

ANNEXE 5 Expeacuterience ndash Les flammes coloreacutees 239

ANNEXE 6 Observation de spectres continus et de spectres de raies 241

ANNEXE 7 Recherche ndash Le deacuteveloppement historique du modegravele atomique 242

ANNEXE 8 Le modegravele atomique de la meacutecanique quantique 244

ANNEXE 9 Tableau peacuteriodique 246

ANNEXE 10 Tableau drsquoeacutelectroneacutegativiteacute 247

ANNEXE 11 Analyse graphique des tendances peacuteriodiques 248

ANNEXE 12 Tendances peacuteriodiques ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 251

ANNEXE 13 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien 258

ANNEXE 14 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien ndash Corrigeacute 259

ANNExE 1 Les ondes

Une crecircte est la partie haute drsquoune onde alors qursquoun creux est la partie basseLa distance entre deux crecirctes ou deux creux successifs est appeleacutee longueur drsquoondeLa freacutequence est deacutetermineacutee par le nombre de crecirctes ou de creux qui passent par un point donneacute pendant un certain temps par exemple une seconde

1 Compare la freacutequence des ondes suivantes et indique quelle onde a

a) la freacutequence la plus eacuteleveacutee b) la freacutequence la plus basse

2 Deacutecris la relation entre la longueur drsquoonde et la freacutequence drsquoune onde

3 Dessine une onde ayant une freacutequence

a) plus eacuteleveacutee que celle en 1a b) plus basse que celle en 1b

ANNEXE 2 Le spectre eacutelectromagneacutetique ndash Activiteacute qui suis-je

Il existe sept types de rayonnement eacutelectromagneacutetique les ondes radio les micro-ondes les rayons infrarouges la lumiegravere visible les rayons ultraviolets les rayons X et les rayons gamma

Pour chacun des eacutenonceacutes qui suivent identifie le type de rayonnement eacutelectromagneacutetique qui est deacutecrit

1 Ces ondes eacutelectromagneacutetiques sont les seules que nous pouvons voir Nous les voyons comme les couleurs de lrsquoarc-en-ciel Chaque couleur possegravede une longueur drsquoonde diffeacuterente Le rouge a la longueur drsquoonde la plus eacuteleveacutee tandis que le violet a la longueur drsquoonde la plus courte Ces ondes se combinent pour former la lumiegravere blanche Ce type drsquoonde eacutelectromagneacutetique est aussi essentiel pour la photosynthegravese

2 Ces ondes possegravedent la longueur drsquoonde la plus courte et le niveau drsquoeacutenergie le plus eacuteleveacute du spectre eacutelectromagneacutetique Ces ondes sont produites par des atomes radioactifs et par les explosions nucleacuteaires Elles peuvent tuer des cellules vivantes mais les meacutedecins srsquoen servent pour eacuteliminer des cellules canceacutereuses

3 Ces ondes preacutesentent une longueur drsquoonde plus courte que celles de la lumiegravere visible Elles sont invisibles agrave lrsquoœil humain mais certains insectes peuvent les voir On utilise ces ondes pour steacuteriliser des instruments dans les hocircpitaux ainsi que pour deacutetruire des bacteacuteries dans notre nourriture Ces ondes sont aussi responsables des coups de soleil sur notre peau

4 Ces ondes preacutesentent une longueur drsquoonde plus courte que celles des ondes radio On srsquoen sert pour reacutechauffer notre nourriture ou pour creacuteer des images radar telles que le radar Doppler utiliseacute en meacuteteacuteorologie On srsquoen sert aussi pour communiquer avec des teacuteleacutephones cellulaires

5 Ces ondes preacutesentent la longueur drsquoonde la plus grande dans le spectre eacutelectromagneacutetique Elles nous permettent drsquoeacutecouter les nouvelles et de la musique Elles transportent aussi des signaux agrave nos teacuteleacuteviseurs ainsi qursquoagrave nos teacuteleacutephones cellulaires

6 Agrave mesure que la longueur drsquoonde diminue lrsquoeacutenergie drsquoune onde augmente Ces ondes preacutesentent une longueur drsquoonde plus courte que celles des rayons ultraviolets Elles traversent facilement la peau donc permettent aux meacutedecins drsquoexaminer nos os Une exposition eacuteleveacutee agrave ce type de rayonnement peut endommager les cellules

7 Ce type de rayonnement est associeacute agrave la chaleur Nos radiateurs ou chaufferettes eacutemettent ces ondes qui preacutesentent une grande longueur drsquoonde Le Soleil eacutemet aussi ce type drsquoonde On srsquoen sert pour geacuteneacuterer des images thermiques nous permettant de laquo voir raquo des objets la nuit gracircce agrave la chaleur qursquoils eacutemettent

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ANNExE 3 Lignes spectrales

Eacuteleacutement Longueur drsquoonde

(nm) Couleur

Baryum 6595 6141 5854 5777 5535 4554

Rouge Orange Jaune Jaune Vert (fonceacute) Bleu (fonceacute)

Calcium 4454 4434 4426 3968 3933

Bleu Bleu violet Violet (fonceacute) Violet (fonceacute) Violet (fonceacute)

Chrome 5208 5206 5204 4289 4274 4254

Vert Vert Vert Violet (fonceacute) Violet (fonceacute) Violet (fonceacute)

Cuivre 5218 5153 5105

Vert Vert Vert

Hydrogegravene 6562 4861 4340 4101

Rouge Vert Bleu violet Violet

Heacutelium 7065 6678 5875 5015 4713 3888

Rouge Rouge Orange (fonceacute) Vert Bleu Violet (fonceacute)

Potassium 4047 4044

Violet (fonceacute) Violet (fonceacute)

Mercure 6234 5790 5769 5460 4358

Rouge Jaune (fonceacute) Jaune (fonceacute) Vert (fonceacute) Bleu violet (beaucoup de bandes dans le violet et lrsquoultraviolet)

Mercure 6234 5790 5769 5460 4358

Lithium 6707 6103 4603

Rouge (fonceacute) Orange Violet

Sodium 5895 5889 5688 5682

Jaune (fonceacute) Jaune (fonceacute) Vert Vert

Neacuteon 6402 5852 5400

Beaucoup de bandes dans le rouge Orange Jaune Vert

Strontium 4962 4872 4832 4607 4305 4215 4077

Bleu vert Bleu Bleu Bleu (fonceacute) Bleu violet Violet Violet

(nm) Couleur

ANNEXE 4 Deacutemonstration ndash Coloration de flamme

introductionPour cette deacutemonstration des solutions de sel sont enflammeacutees afin drsquoobserver les couleurs produites Cette deacutemonstration fonctionne mieux si la seule diffeacuterence entre les sels est le meacutetal par exemple si tous les sels sont des chlorures

Mateacuterielbull plat agrave eacutevaporation ou boicircte de Peacutetri en verrebull spatule bull longues allumettes ou briquetbull gants et lunettes de seacutecuriteacutebull spectroscopesbull meacutethanolbull chlorure de lithium (LiCl)bull chlorure de sodium (NaCl)bull chlorure de potassium (KCl)bull chlorure de calcium (CaCl2)bull chlorure de strontium (SrCl2)bull chlorure de baryum (BaCl2)bull sulfate de cuivre(II) (CuSO4)bull borax (Na2CO3)bull carbonate de sodium (Na2CO3)

Deacutemarche

1 Placer une spatule de chaque sel dans des plats agrave eacutevaporation ou des boicirctes de Peacutetri seacutepareacutes et verser environ 10 mL de meacutethanol sur le sel

2 Avec le briquet ou lrsquoallumette enflammer la solution3 Inviter les eacutelegraveves agrave observer la couleur de la flamme et ensuite lrsquoobserver agrave lrsquoaide drsquoun

spectroscope4 Recouvrir la flamme avec un couvercle pour lrsquoeacuteteindre

ANNEXE 5 Expeacuterience ndash Les flammes coloreacutees

Lorsque des solutions contenant des ions meacutetalliques sont chauffeacutees dans la flamme drsquoun brucircleur elles eacutemettent des couleurs speacutecifiques Le sodium par exemple provoque une flamme jaune orangeacute

Mateacuteriel bull Brucircleur Bunsenbull 9 eacuteclisses de boisbull solutions (10 molL) - chlorure de lithium - chlorure de baryum - chlorure de strontium - chlorure de calcium - chlorure de cuivre(II) - chlorure de sodium - chlorure de potassium - meacutelange de chlorure de sodium et de chlorure de potassium - solution inconnuebull verre bleu (si disponible)

Deacutemarche1 Va chercher des eacuteclisses de bois qui ont eacuteteacute trempeacutees dans les solutions de sels

meacutetalliques et identifie chacune de ces eacuteclisses2 Allume le brucircleur et regravegle la flamme afin drsquoobtenir deux cocircnes bleus Il ne faut pas que la

flamme soit jaune3 Place le bout de lrsquoeacuteclisse qui a eacuteteacute trempeacute dans la solution dans la partie supeacuterieure du

cocircne interne de la flamme Note la couleur et lrsquointensiteacute de la flamme dans un tableau La couleur eacutemise par le sel est la couleur initiale de la flamme et non la couleur jaune orangeacute produite par lrsquoeacuteclisse qui se met agrave brucircler Pour eacuteviter de brucircler lrsquoeacuteclisse la passer agrave travers la flamme plutocirct que la tenir immobile dans la flamme

4 Reacutepegravete avec les autres eacuteclisses et note les reacutesultats5 Pour le meacutelange de sodium et de potassium observe les couleurs une premiegravere fois et

ensuite une deuxiegraveme fois en regardant agrave travers un morceau de verre bleu Ce verre qui contient du cobalt eacutelimine la couleur jaune orangeacute

AnalyseReacuteponds aux questions suivantes

1 Place les couleurs observeacutees en ordre deacutecroissant drsquoeacutenergie2 Place les couleurs observeacutees en ordre deacutecroissant de freacutequence3 Place les couleurs observeacutees en ordre croissant de longueur drsquoonde4 Quelle est la relation entre lrsquoeacutenergie la freacutequence et la longueur drsquoonde5 Selon tes observations quel est le meacutetal preacutesent dans la solution inconnue 6 Peut-on utiliser des tests de flamme afin drsquoidentifier des inconnus dans un meacutelange

Explique ta reacuteponse7 Comment les eacutelectrons sont-ils exciteacutes durant cette expeacuterience8 Quelles particules dans les solutions seraient responsables de la production de lumiegravere

coloreacutee9 Pourquoi diffeacuterents produits chimiques eacutemettent-ils des couleurs de lumiegravere diffeacuterentes10 Pourquoi devais-tu placer les solutions dans une flamme de brucircleur afin de voir

lrsquoeacutemission drsquoune lumiegravere coloreacutee

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ANNEXE 6 Observation de spectres continus et de spectres de raies

1 Dessine le spectre drsquoune ampoule de lampe incandescente et drsquoune ampoule de lampe fluorescente

2 Quelle est la diffeacuterence entre un spectre de raies et un spectre continu Dessine un exemple de chacun

3 Drsquoapregraves tes observations durant lrsquoactiviteacute en laboratoire quels types de matiegraveres produisent des spectres continus Des spectres de raies

4 Donne un exemple drsquoune source de lumiegravere donnant lieu agrave a un spectre continu b un spectre de raies c un spectre continu et des spectres de raies

5 Drsquoapregraves tes observations quelles seraient les proprieacuteteacutes que toutes les sources lumineuses ont en commun Quelles sont celles qui diffegraverent

6 Explique pourquoi un arc-en-ciel est consideacutereacute comme un bel exemple de spectre continu

7 Que repreacutesentent les diffeacuterentes couleurs drsquoun spectre de raies

8 Pourquoi diffeacuterentes substances donnent-elles des spectres diffeacuterents

9 Les lampes agrave vapeur de sodium eacutemettent une lumiegravere jaune caracteacuteristique Que peux-tu deacuteduire au sujet des atomes de sodium agrave partir de cette observation

10 Explique comment les atomes produisent leurs lignes spectrales caracteacuteristiquesPourquoi y a-t-il des lignes diffeacuterentes produites au lieu drsquoune seule ligne

11 Quels eacuteleacutements produisent le plus grand nombre de lignes spectrales Qursquoest-ce que cela te fait penser au sujet des transitions eacutelectroniques

12 Les lignes spectrales sont les empreintes des eacuteleacutements Explique ce que cela signifie

ANNEXE 7 Recherche ndash Le deacuteveloppement historique du modegravele atomique

Choisis lrsquoun des scientifiques suivants et deacutecris sa contribution au deacuteveloppement du modegravele atomique Les questions devraient trsquoaider agrave orienter ta recherche

Deacutemocritebull Qui eacutetait Deacutemocrite (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres renseignements personnels)bull Quelle a eacuteteacute sa contribution au deacuteveloppement du modegravele atomique Comment ses ideacutees

eacutetaient-elles diffeacuterentes des autres philosophes de lrsquoAntiquiteacute grecque

Daltonbull Qui eacutetait Dalton (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres

renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Qursquoa-t-il postuleacute au sujet des composeacutes et des reacuteactions chimiquesbull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele

Thomsonbull Qui eacutetait Thomson (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres

renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Quel nom a-t-on donneacute agrave son modegravelebull Quelles particules subatomiques sont incluses dans son modegravelebull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele

Rutherfordbull Qui eacutetait Rutherford (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres

renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Qursquoest-ce qui lrsquoa pousseacute agrave creacuteer ce modegravelebull Quelle expeacuterience a-t-il reacutealiseacutee et pourquoi ses reacutesultats eacutetaient-ils si surprenantsbull Quelles particules subatomiques sont incluses dans son modegravelebull Qui a deacutecouvert le protonbull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele

Bohrbull Qui eacutetait Bohr (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Comment a-t-il expliqueacute le problegraveme majeur du modegravele de Rutherfordbull Comment a-t-il deacutecrit les niveaux drsquoeacutenergie de lrsquoatomebull Que signifie quantabull Qursquoest-ce qursquoune orbitebull Les eacutelectrons peuvent-ils se deacuteplacer drsquoun niveau drsquoeacutenergie agrave un autrebull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele

Schroumldingerbull Qui eacutetait Schroumldinger (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres

renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Comment ce modegravele deacutecrit-il lrsquoatomebull Pourquoi ce modegravele est-il meilleur que celui de Bohrbull Qursquoest-ce qursquoune orbitale et en quoi est-elle diffeacuterente drsquoune orbite

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ANNEXE 8 Le modegravele atomique de la meacutecanique quantique

En 1913 le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) a proposeacute un modegravele de lrsquoatome drsquohydrogegravene selon lequel lrsquoabsorption du rayonnement par un atome fait passer lrsquoeacutelectron de son eacutetat fondamental agrave un niveau drsquoeacutenergie plus eacuteleveacute et instable (lrsquoeacutetat exciteacute) Le modegravele indique que cet eacutelectron finit par perdre de lrsquoeacutenergie et passe agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute en eacutemettant de lrsquoeacutenergie sous forme de lumiegravere Drsquoapregraves des arguments fondeacutes sur les interactions eacutelectrostatiques et la physique de Newton Bohr a montreacute que les eacutenergies de lrsquoeacutelectron de lrsquoatome drsquohydrogegravene pouvaient ecirctre calculeacutees par une simple relation en utilisant la constante de Rydberg et un nombre entier qui plus tard fut nommeacute le nombre quantique principal (n)

Johannes Rydberg (1854-1919) un physicien sueacutedois qui a meneacute des recherches sur la spectroscopie a deacutecouvert la relation simple entre les diverses raies du spectre des eacuteleacutements Cette relation comprend une constante que lrsquoon nomma plus tard constante de Rydberg Les valeurs calculeacutees par Bohr se comparaient favorablement aux valeurs expeacuterimentales observeacutees anteacuterieurement ce qui constituait une excellente preuve de la validiteacute du modegravele Lrsquoillustration qui suit montre lrsquoaugmentation de lrsquoeacutenergie potentielle lorsque lrsquoeacutelectron passe de son eacutetat fondamental agrave un eacutetat exciteacute diffeacuterent Le diagramme illustre les niveaux drsquoeacutenergie

Niveaux drsquoeacutenergie des eacutelectrons

Eacutetat fondamental n1

Eacutetat exciteacute n2

Les physiciens eacutetaient mystifieacutes autant qursquointrigueacutes par le modegravele de lrsquoatome de Bohr Ils se sont demandeacutes pourquoi le modegravele nrsquoadmettait que certaines valeurs drsquoeacutenergie des eacutelectrons (ce qursquoon appela plus tard la quantification du moment cineacutetique) Apparemment mecircme Bohr eacutetait incapable de fournir une explication logique En 1924 Louis de Broglie (1892-1987) physicien franccedilais propose une solution Son raisonnement eacutetait le suivant si les ondes lumineuses peuvent se comporter comme un faisceau de particules peut-ecirctre que les particules comme les eacutelectrons peuvent aussi se comporter comme des ondes Dans ses discussions il fait le lien entre la circonfeacuterence drsquoune orbite atomique et la longueur drsquoonde drsquoun eacutelectron voyageant autour du noyau Peu apregraves que de Broglie eut preacutesenteacute sa relation Clinton Joseph Davisson (1881-1958) et Lester Halbert Germer (1896-1972) tous deux des Eacutetats-Unis ainsi que George Paget Thomson (1892-1975) de lrsquoAngleterre deacutemontrent effectivement que les eacutelectrons possegravedent des proprieacuteteacutes similaires agrave celles des ondes

De nouvelles questions surgissent concernant la position de lrsquoeacutelectron Si un eacutelectron peut se comporter comme une onde comment peut-on deacuteterminer sa position preacutecise dans lrsquoatome Ceci a meneacute agrave la formulation du principe drsquoincertitude par le physicien allemand Werner Heisenberg (1901-1976) qui affirme qursquoil est impossible de connaicirctre simultaneacutement et avec certitude la position et la quantiteacute de mouvement drsquoune particule

Bohr a grandement contribueacute agrave notre compreacutehension de lrsquoatome mais sa theacuteorie ne deacutecrit pas complegravetement le comportement eacutelectronique dans lrsquoatome En 1926 le physicien autrichien Erwin Schroumldinger (1887-1961) formule une eacutequation deacutecrivant les eacutenergies et le comportement de particules inframicroscopiques agrave partir drsquoun calcul diffeacuterentiel complexe Cette eacutequation a autant drsquoimportance que la contribution drsquoIsaac Newton relativement agrave notre compreacutehension de la position et du mouvement des particules La discussion de Newton eacutetait axeacutee sur des corps macroscopiques (de grande taille) tandis que Schroumldinger fournissait une vision probabiliste avant-gardiste du monde microscopique Cette eacutequation permet entre autres de calculer la probabiliteacute statistique de trouver un eacutelectron dans un espace preacutecis de lrsquoatome Les travaux de Schroumldinger ont amorceacute une nouvelle egravere de la physique et de la chimie qui a culmineacute avec lrsquoeacutelaboration drsquoune nouvelle meacutecanique la meacutecanique quantique

eacuterio

2 He ―

5 B 201

9 F 410

Ne ―

Ar ―

Kr ―

Xe ―

Rn ―

Rf ―

Db ―

Hs ―

drsquoeacutel

oneacuteg

iteacute

ANNEXE 11 Analyse graphique des tendances peacuteriodiques

Partie 1 tendances dans les familles

1 Pour la famille des alcalins construis un graphique du symbole atomique en fonction bull du rayon atomique ou ionique bull de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute bull de lrsquoeacutenergie drsquoionisation

2 Pour la famille des halogegravenes construis un graphique du symbole atomique en fonction

bull du rayon atomique ou ionique bull de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute bull de lrsquoeacutenergie drsquoionisation

Partie 2 tendances dans les peacuteriodes

3 Pour la troisiegraveme peacuteriode du tableau peacuteriodique (de Na agrave Ar) construis un graphique du symbole atomique en fonction

bull du rayon atomique bull du rayon ionique bull de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute bull de lrsquoeacutenergie drsquoionisation

Analyse des donneacutees

1 Deacutecris les tendances observeacutees dans chacun des graphiques traceacutes Essaie drsquoexpliquer ces tendances agrave lrsquoaide de tes connaissances au sujet de la configuration eacutelectronique et de lrsquoinformation dans ton manuel scolaire

2 Comment le numeacutero de peacuteriode est-il relieacute au numeacutero du niveau drsquoeacutenergie de ses eacutelectrons

de valence 3 Explique ce qursquoest un rayon atomique et un rayon ionique 4 Qursquoarrive-t-il au rayon atomique agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une

peacuteriode Dans une famille Pourquoi observe-t-on ces tendances 5 Explique ce qursquoest lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de bouclier et deacutecris la relation entre lrsquoeffet drsquoeacutecran et

la taille drsquoun atome

6 Pourquoi un ion neacutegatif est-il plus grand que son atome neutre correspondant

7 Pourquoi un ion positif est-il plus petit que son atome neutre correspondant

8 Lrsquoazote a plusieurs eacutetats drsquooxydation (N3+ N5+ N N3- ) Place-les en fonction drsquoun rayon atomique ou ionique deacutecroissant

9 Lequel est plus grand Fe2+ ou Fe3+ Explique ta reacuteponse 10 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion qui a le plus grand rayon

Justifie ton choix a) S O b) Ca Ca2+

c) Na+ K+

d) Na K e) S2- O2- f) F F-

11 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoion qui a le plus petit rayon Justifie ton choix a) K+ Ca2+

b) F- Cl- c) P3- S2- d) S2- F- e) O2- F- f) Fe2+ Fe3+

12 Explique ce qursquoest lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute

13 Quel eacuteleacutement a la valeur drsquoeacutelectroneacutegativiteacute la plus eacuteleveacutee Ougrave se situe cet eacuteleacutement dans le tableau peacuteriodique (Dans le haut dans le bas agrave gauche agrave droite)

14 Ougrave les eacuteleacutements ayant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute les plus basses se situent-ils dans le tableau peacuteriodique

15 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute de la gauche vers la droite dans une peacuteriode

16 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute du haut vers le bas dans une famille

17 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre croissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute O Al Ca

18 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre deacutecroissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute Cl K Cu

19 Explique ce qursquoest lrsquoeacutenergie drsquoionisation

20 Qursquoarrive-t-il agrave lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour enlever un eacutelectron agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Dans une famille Explique ta reacuteponse

21 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion avec la premiegravere eacutenergie drsquoionisation la plus eacuteleveacutee

a) Li Cs b) Cl- Ar c) Ca Br d) Na+ Ne e) B Be

22 Pour chacune des proprieacuteteacutes figurant au tableau indique srsquoil y a augmentation ou diminution dans une peacuteriode ou une famille

Proprieacuteteacute Peacuteriode FamilleRayon atomiqueRayon ioniqueEacutelectroneacutegativiteacuteEacutenergie drsquoionisation

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ANNEXE 12 Tendances peacuteriodiques ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Tendances relatives au rayon atomiqueLe rayon atomique est la distance du noyau agrave lrsquoeacutelectron le plus eacuteloigneacute du noyau Puisque laposition de cet eacutelectron ne peut pas ecirctre deacutetermineacutee de faccedilon preacutecise on considegravere habituellementque le rayon atomique correspond agrave la moitieacute de la distance entre le noyau de deux atomeslieacutes du mecircme eacuteleacutement

bull Tendance relative au rayon atomique par rapport agrave la peacuteriode Le rayon atomique diminue geacuteneacuteralement agrave mesure que lrsquoon avance dans une peacuteriode

Puisque chaque eacutelectron additionnel srsquoajoute au mecircme niveau drsquoeacutenergie principal mais que le nombre de protons augmente les eacutelectrons suppleacutementaires ne sont pas proteacutegeacutes de la positiviteacute croissante du noyau La charge nucleacuteaire croissante tire les eacutelectrons de valence plus pregraves du noyau reacuteduisant ainsi le rayon atomique

bull Tendance relative au rayon atomique par rapport au groupe Le rayon atomique augmente geacuteneacuteralement agrave mesure que lrsquoon descend dans un groupe

du tableau peacuteriodique En effet comme lrsquoorbitale exteacuterieure srsquoagrandit elle srsquooppose agrave lrsquoattraction du noyau sur les eacutelectrons de valence Ce facteur est plus puissant que lrsquoattraction accrue du noyau (qui est plus positif) sur les eacutelectrons de valence ce qui fait augmenter le rayon

Tendances relatives agrave lrsquoeacutenergie drsquoionisationLrsquoeacutenergie drsquoionisation est lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour extraire un eacutelectron drsquoun atome agrave lrsquoeacutetatgazeux Cette valeur indique la force avec laquelle un noyau drsquoatome retient ses eacutelectrons devalence Une valeur eacuteleveacutee de lrsquoeacutenergie drsquoionisation indique que lrsquoatome retient fortement seseacutelectrons Les valeurs faibles de lrsquoeacutenergie drsquoionisation indiquent que lrsquoatome retient faiblementses eacutelectrons Les atomes dont les valeurs drsquoionisation sont eacuteleveacutees sont peu susceptibles deperdre des eacutelectrons et de former des ions positifs

bull Tendances relatives aux premiegraveres eacutenergies drsquoionisation par rapport agrave la peacuteriode Agrave mesure que lrsquoon avance dans une peacuteriode la premiegravere eacutenergie drsquoionisation augmente

geacuteneacuteralement Agrave titre drsquoexemple la premiegravere eacutenergie drsquoionisation du lithium est faible ce qui indique que lrsquoatome perdra facilement un eacutelectron pour former lrsquoion Li+ Lrsquoatome de lithium possegravede un eacutelectron de valence et crsquoest cet eacutelectron qui sera facilement enleveacute de lrsquoatome Agrave mesure que lrsquoon avance sur la rangeacutee il devient de plus en plus difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence de lrsquoatome car la charge nucleacuteaire accrue de chaque eacuteleacutement successif produit une force drsquoattraction plus grande sur les eacutelectrons de valence drsquoougrave une augmentation des eacutenergies drsquoionisation Plus la charge nucleacuteaire est forte plus il est difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence car les eacutelectrons sont attireacutes plus pregraves du noyau chargeacute positivement

Ainsi le neacuteon qui est situeacute agrave lrsquoextreacutemiteacute de la rangeacutee a une premiegravere eacutenergie drsquoionisation eacuteleveacutee indiquant qursquoil est peu susceptible de perdre un eacutelectron pour former lrsquoion Ne+ Le niveau drsquoeacutenergie exteacuterieur du neacuteon est stable (huit eacutelectrons) donc lrsquoatome ne cegravede pas facilement drsquoeacutelectron

bull Tendances relatives aux eacutenergies drsquoionisation successives par rapport agrave la peacuteriode Lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour chaque eacutenergie drsquoionisation successive augmente agrave mesure que

lrsquoon avance dans la peacuteriode La raison principale lrsquoaugmentation de la charge positive renforce le lien avec les eacutelectrons Pour chaque eacuteleacutement lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour une ionisation speacutecifique augmente consideacuterablement puisque les atomes ont tendance agrave perdre ou agrave gagner des eacutelectrons afin de compleacuteter leur niveau drsquoeacutenergie et de parvenir agrave leur eacutetat le plus stable Le saut drsquoeacutenergie se produit quand un eacutelectron de cœur par opposition agrave un eacutelectron de valence est arracheacute

Exemple

Atome de Na

500 kJmol ndash eacutenergie neacutecessaire pour enlever lrsquoeacutelectron de valence

Ion de sodium (aucun eacutelectron de valence)

Ion de Na

4 560 kJmol ndash eacutenergie neacutecessaire pour enlever un eacutelectron du niveau drsquoeacutenergie stable 2s22p6

Atome de sodium (un eacutelectron de valence)

bull Tendances relatives aux eacutenergies drsquoionisation par rapport au groupe Les eacutenergies drsquoionisation diminuent agrave mesure que lrsquoon descend dans le groupe Plus la taille

de lrsquoatome est grande plus les eacutelectrons de valence srsquoeacuteloignent du noyau Donc plus lrsquoatome est gros moins il faut drsquoeacutenergie pour arracher lrsquoeacutelectron puisque la force drsquoattraction est plus faible

Tendances relatives au rayon ioniqueLorsque des atomes perdent des eacutelectrons pour former des ions positifs (cations) leur taillediminue toujours et ce pour deux raisons Drsquoabord il y a la perte drsquoeacutelectrons de valencequi peut donner lieu agrave une orbitale complegravetement vide Ensuite lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de reacutepulsiondes eacutelectrons est atteacutenueacute ce qui permet au noyau drsquoattirer les eacutelectrons plus pregraves du noyau

Lorsque des atomes gagnent des eacutelectrons pour former des ions neacutegatifs (anions) ils deviennenttoujours plus gros puisque lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de reacutepulsion des eacutelectrons augmente ce quieacuteloigne les eacutelectrons du noyau

bull Tendances relatives au rayon ionique par rapport agrave la peacuteriode La taille des ions positifs diminue agrave mesure que lrsquoon avance dans la peacuteriode (rangeacutee) et la taille des ions neacutegatifs diminue plus on avance dans la peacuteriode bull Tendances relatives au rayon ionique par rapport au groupe Le rayon ionique des ions positifs et neacutegatifs augmente agrave mesure que lrsquoon descend dans la

colonne drsquoun groupe

Tendances relatives agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacuteLrsquoeacutelectroneacutegativiteacute se deacutefinit comme la capaciteacute drsquoun atome drsquoune moleacutecule drsquoattirer deseacutelectrons vers lui dans une liaison chimique La premiegravere eacutechelle drsquoeacutelectroneacutegativiteacute eacutetablie etla plus couramment utiliseacutee ndash a eacuteteacute conccedilue par Linus Pauling qui srsquoest appuyeacute sur des donneacuteesthermochimiques On utilise les valeurs de Pauling dans bon nombre de manuels En 1936 Robert Millikan a eacutelaboreacute une approche de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute fondeacutee uniquement sur lesproprieacuteteacutes atomiques Quant agrave lrsquoeacutechelle drsquoAllred Rochow elle est fondeacutee sur la force drsquoattractioneacutelectrostatique entre le noyau et les eacutelectrons de valence Crsquoest ce tableau qui est preacutesenteacute agravelrsquoannexe 10 mais le choix du tableau importe peu

bull Tendances relatives agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute par rapport au groupe Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute diminue agrave mesure que lrsquoon descend dans la colonne drsquoun groupe Cela

srsquoexplique par lrsquoeffet drsquoeacutecran selon lequel les eacutelectrons des niveaux drsquoeacutenergie plus bas forment un eacutecran entre la charge positive du noyau et les eacutelectrons plus eacuteloigneacutes La force drsquoattraction entre ces eacutelectrons et le noyau est donc moins forte

bull Tendances relatives agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute par rapport agrave la peacuteriode Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute augmente agrave mesure que lrsquoon avance dans la peacuteriode Lrsquoajout de protons

au noyau augmente la force drsquoattraction entre ce dernier et les eacutelectrons ajouteacutes au mecircme niveau drsquoeacutenergie

Reacuteponses aux questions

1 Deacutecris les tendances observeacutees dans chacun des graphiques traceacutes Essaie drsquoexpliquer ces tendances agrave lrsquoaide de tes connaissances au sujet de la configuration eacutelectronique et de lrsquoinformation dans ton manuel scolaire (voir les pages preacuteceacutedentes)

2 Comment le numeacutero de peacuteriode est-il lieacute au numeacutero du niveau drsquoeacutenergie de ses eacutelectrons de valence Le numeacutero de peacuteriode est le mecircme que le niveau drsquoeacutenergie de ses eacutelectrons de valence Pour la peacuteriode 3 par exemple les eacutelectrons de valence se situent dans la sous-couche 3p

3 Explique ce qursquoest un rayon atomique et un rayon ionique Rayon atomique taille de lrsquoatome estimeacute agrave partir de la moitieacute de la distance entre les noyaux drsquoatomes dans un solide cristallin (eacuteleacutements meacutetalliques) ou de la moitieacute de la distance entre les noyaux drsquoatomes identiques lieacutes par une liaison covalente simple (eacuteleacutements moleacuteculaires) Rayon ionique taille drsquoun ion estimeacute agrave partir de la distance entre les noyaux dans un solide ionique

4 Qursquoarrive-t-il au rayon atomique agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Dans une famille Pourquoi observe-t-on ces tendances Le rayon atomique diminue agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Comme chaque eacutelectron additionnel srsquoajoute au mecircme niveau drsquoeacutenergie principal les eacutelectrons suppleacutementaires ne sont pas proteacutegeacutes de la positiviteacute croissante du noyau La charge nucleacuteaire croissante tire les eacutelectrons de valence plus pregraves du noyau reacuteduisant ainsi le rayon atomique Le rayon atomique augmente agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une famille Les eacutelectrons pregraves du noyau agissent comme un eacutecran entre les couches externes drsquoeacutelectrons et le noyau Ceci reacuteduit lrsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques Comme lrsquoorbitale exteacuterieure srsquoagrandit elle srsquooppose agrave lrsquoattraction du noyau sur les eacutelectrons de valence Ce facteur est plus puissant que lrsquoattraction accrue du noyau (qui est plus positif) sur les eacutelectrons de valence ce qui fait augmenter le rayon

5 Explique ce qursquoest lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de bouclier et deacutecris la relation entre lrsquoeffet drsquoeacutecran et la taille drsquoun atome Les eacutelectrons pregraves du noyau forment un genre drsquoeacutecran agrave la force drsquoattraction qursquoexerce le noyau sur les eacutelectrons des couches plus eacuteloigneacutees Ceci reacuteduit la force drsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques Pour les eacuteleacutements dans une mecircme peacuteriode les eacutelectrons qui srsquoajoutent nrsquoont pas drsquoeffet drsquoeacutecran entre eux Puisque la charge nucleacuteaire augmente la force drsquoattraction entre le noyau et les atomes peacuteripheacuteriques augmente reacuteduisant ainsi le rayon En descendant dans une famille il y a plus drsquoeacutelectrons entre la couche peacuteripheacuterique et le noyau donc mecircme si le nombre de protons augmente la force est en partie annuleacutee par les eacutelectrons plus pregraves du noyau Puisque la force drsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques diminue le rayon atomique augmente

6 Pourquoi un ion neacutegatif est-il plus grand que son atome neutre correspondant Le nombre drsquoeacutelectrons augmente dans un ion neacutegatif tandis que la charge nucleacuteaire reste la mecircme Lrsquoajout drsquoun ou de plusieurs eacutelectrons augmente la reacutepulsion entre ces particules ce qui grossit le nuage eacutelectronique

7 Pourquoi un ion positif est-il plus petit que son atome neutre correspondant Le nombre drsquoeacutelectrons diminue dans un ion positif tandis que la charge nucleacuteaire reste la mecircme

8 Lrsquoazote a plusieurs eacutetats drsquooxydation (N3+ N5+ N N3-) Place-les en fonction drsquoun rayon atomique ou ionique deacutecroissant (N3- N N3+ N5+)

9 Lequel est plus grand Fe2+ ou Fe3+ Explique ta reacuteponse Lrsquoion Fe2+ est plus grand Puisqursquoil comporte un eacutelectron de plus que lrsquoion Fe3+ la reacutepulsion est plus forte entre ses particules ce qui grossit le nuage eacutelectronique Moins un atome a drsquoeacutelectrons plus lrsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques est forte et par conseacutequent moins le rayon ionique est grand

10 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion qui a le plus grand rayon Justifie ton choix

a) S O S car il se situe plus bas dans le mecircme groupe Ses eacutelectrons peacuteripheacuteriques sont agrave un niveau drsquoeacutenergie plus eacuteleveacute et les eacutelectrons plus pregraves du noyau agissent comme un eacutecran ce qui reacuteduit lrsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques b) Ca Ca2+ Ca car il possegravede moins de protons que sa forme ionique donc le noyau attire les eacutelectrons avec moins de force c) Na+ K+ K+ car il se situe plus bas dans la colonne du mecircme groupe Les eacutelectrons pregraves du noyau agissent comme un eacutecran contre lrsquoattraction du noyau envers les eacutelectrons peacuteripheacuteriques d) Na K K car il se situe plus bas dans la colonne du mecircme groupe e) S2- O2- S2- car il se situe plus bas dans la colonne du mecircme groupe f) F F- F- car on ajoute un eacutelectron agrave la mecircme couche drsquoeacutenergie Ces eacutelectrons se repoussent et demeurent donc plus eacuteloigneacutes que ceux de lrsquoatome neutre

11 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoion qui a le plus petit rayon Justifie ton choix a) K+ Ca2+ Ca2+ car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons que lrsquoion potassium b) F- Cl- F- car il se situe plus haut dans le mecircme groupe ses eacutelectrons sont donc agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute et sont attireacutes plus fortement par le noyau c) P3- S2- S2- car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons d) S2- F- F- car il se situe plus haut dans le tableau peacuteriodique ses eacutelectrons peacuteripheacuteriques sont agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute Il se trouve aussi plus agrave droite dans la peacuteriode donc le rayon ionique est plus petit e) O2- F- F- car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons f) Fe2+ Fe3+ Fe3+ car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons

12 Explique ce qursquoest lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute se deacutefinit comme la capaciteacute drsquoun atome drsquoune moleacutecule drsquoattirer des eacutelectrons vers lui dans une liaison chimique

13 Quel eacuteleacutement a la valeur drsquoeacutelectroneacutegativiteacute la plus eacuteleveacutee Ougrave se situe cet eacuteleacutement dans le tableau peacuteriodique (Dans le haut dans le bas agrave gauche agrave droite) Lrsquoeacuteleacutement qui preacutesente la valeur drsquoeacutelectroneacutegativiteacute la plus eacuteleveacutee est le fluor Cet eacuteleacutement se situe dans le haut du tableau peacuteriodique agrave droite

14 Ougrave les eacuteleacutements ayant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute les plus basses se situent-ils dans le tableau peacuteriodique Les eacuteleacutements dans le bas du tableau peacuteriodique agrave gauche sont ceux qui preacutesentent les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute les plus basses

15 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute de la gauche vers la droite dans une peacuteriode Les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute augmentent de la gauche vers la droite dans une peacuteriode

16 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute du haut vers le bas dans une famille Les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute diminuent du haut vers le bas dans une famille

17 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre croissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute O Al Ca Ca Al O

18 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre deacutecroissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute Cl K Cu K Cu Cl

19 Explique ce qursquoest lrsquoeacutenergie drsquoionisation Lrsquoeacutenergie drsquoionisation est lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour extraire un eacutelectron drsquoun atome agrave lrsquoeacutetat gazeux

20 Qursquoarrive-t-il agrave lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour enlever un eacutelectron agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Dans une famille Explique ta reacuteponse Agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode lrsquoeacutenergie drsquoionisation augmente Agrave mesure que lrsquoon avance sur la rangeacutee il devient de plus en plus difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence de lrsquoatome car la charge nucleacuteaire accrue de chaque eacuteleacutement successif produit une force drsquoattraction plus grande sur les eacutelectrons de valence drsquoougrave une augmentation des eacutenergies drsquoionisation Plus la charge nucleacuteaire est forte plus il est difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence car les eacutelectrons sont attireacutes plus pregraves du noyau chargeacute positivement Les eacutenergies drsquoionisation diminuent agrave mesure que lrsquoon descend dans le groupe Plus la taille de lrsquoatome est grande plus les eacutelectrons de valence srsquoeacuteloignent du noyau Donc plus lrsquoatome est gros moins il faut drsquoeacutenergie pour arracher lrsquoeacutelectron puisque la force drsquoattraction est plus faible

a) Li Cs Li b) Cl- Ar Ar c) Ca Br Br d) Na+ Ne Na+

e) B Be Be

Proprieacuteteacute Peacuteriode FamilleRayon atomique Diminue AugmenteRayon ionique Diminue du groupe 1

au groupe 3 augmente par la suite et diminue de nouveau du groupe 5 au groupe 7

Augmente

Eacutelectroneacutegativiteacute Augmente DiminueEacutenergie drsquoionisation Augmente Diminue

Annexe 13 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien

Agrave lrsquoaide du tableau des eacutelectroneacutegativiteacutes deacutetermine le type de lien (ionique covalent polairecovalent non polaire) qui serait formeacute entre chacun des eacuteleacutements suivants Indique la diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute pour chaque paire drsquoeacuteleacutements

Type de lien Diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute

1 Na Cl

2 Al Cl

6 Mg S

7 Li Br

Annexe 14 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien ndash Corrigeacute

Agrave lrsquoaide du tableau des eacutelectroneacutegativiteacutes deacutetermine le type de lien (ionique covalent polaire covalent non polaire) qui serait formeacute entre chacun des eacuteleacutements suivants Indique la diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute pour chaque paire drsquoeacuteleacutements

1 Na Cl ionique 283 - 101 = 172

2 Al Cl covalent polaire 283 - 147 = 136

3 H S ionique 244 - 220 = 224

4 K F ionique 410 - 091 = 319

5 O O covalent non polaire 350 - 350 = 0

6 Mg S covalent polaire 244 - 123 = 121

7 Li Br ionique 274 - 097 = 177

8 F F covalent non polaire 410 - 410 = 0

LA CINEacuteTIQUE

LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee

Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront la vitesse des reacuteactions chimiques Ils devront utiliser la theacuteorie des collisions pour expliquer les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique Ils eacutetudieront aussi le concept du meacutecanisme de reacuteaction et la loi de la vitesse drsquoune reacuteaction

En 10e anneacutee les eacutelegraveves se sont familiariseacutes avec lrsquoeacutenergie cineacutetique et lrsquoeacutenergie potentielle par rapport au mouvement Dans le cours de chimie de 11e anneacutee ils ont utiliseacute la theacuteorie moleacuteculaire cineacutetique pour expliquer les proprieacuteteacutes des gaz et ont eacutetudieacute la stœchiomeacutetrie des reacuteactions chimiques

LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee

Bloc A La vitesse de reacuteaction C12-3-01 C12-3-02 C12-0-C1 C12-0-S5

Bloc B La vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee

C12-3-03 C12-3-04 C12-0-S5 C12-0-S6 C12-0-S7

Bloc C Les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique

C12-3-05 C12-3-06 C12-0-S2 C12-0-S3 C12-0-S4 C12-0-S6 C12-0-S7 C12-0-S9

Bloc D Les diagrammes drsquoeacutenergie potentielle

C12-3-07 C12-3-08 C12-0-C1 C12-0-C2

Bloc E La loi drsquoune vitesse de reacuteaction C12-3-09 C12-0-C1 15 hReacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 hNombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 10 agrave 11 h

LIvRES

(DREF 541 H646c 2008)

[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LrsquoENSEIGNEMENT SUPEacuteRIEUR La seacutecuriteacute en sciences de la nature Un manuel ressource agrave lrsquointention des enseignants des eacutecoles et des divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015 (DREF PD 37235 5446 CRA 98839)

[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2002 (DREF 540 C518c 11 CRA 91607)

[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc

2002 (DREF 540 C518c 11)

SITES WEB

Bases de la theacuteorie de la reacuteaction chimique httpueluniscielfrchimiecinetcinet_ch05coapprendre_ch5_04html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [en cliquant sur une animation on peut voir lrsquoorientation favorable des moleacutecules lors de collisions]

[R] La chimienet httpwwwlachimienet (consulteacute le 12 juillet 2014) [site avec beaucoup drsquoinformations et drsquoexercices]

[R] Chocs efficaces httpwwwspcac-aix-marseillefrphy_chiMenuActivites_pedagogiqueslivre_interactif_chimie12_Suivi_temporelChocs_efficacesswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation sur les effets drsquoune augmentation de tempeacuterature]

[R] Chocs efficaces httpwwwspcac-aix-marseillefrphy_chiMenuActivites_pedagogiqueslivre_interactif_chimie12_Suivi_temporelChocs_efficaces_2swf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation sur les effets drsquoune augmentation de la concentration]

Constante de vitesse httpchimgeunilchFrcin1cin5htm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

Eacutenergie drsquoactivation httpwwwfsjualbertacaCHIMIEchim101G_4html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

NO + O3 bimolecular collision httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfoldersimDownload (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation qui montre lrsquoorientation favorable des moleacutecules lors de collisions (site en anglais)]

[R] Reacuteaction et cineacutetique httpphetcoloradoedufrsimulationreactions-and-rates (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation qui permet drsquoexplorer des facteurs influenccedilant la vitesse de reacuteaction]

[R] Vitesse volumique de reacuteaction httpwwwlabolyceeorganimsvit_reactionswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [simulation permettant de deacuteterminer la vitesse de reacuteaction agrave un moment donneacute]

C12-3-01 formuler une deacutefinition opeacuterationnelle de vitesse de reacuteaction entre autres des exemples de reacuteactions chimiques se produisant agrave diffeacuterentes

vitesses RAG D3

C12-3-02 donner des exemples de variables utiliseacutees pour mesurer les vitesses de reacuteaction (c-agrave-d la variation par uniteacute de temps ∆x∆t)

par exemple la pression la tempeacuterature le pH la conductibiliteacute la couleur RAG D3

C12-3-03 mener une expeacuterience pour mesurer la vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee drsquoune reacuteaction chimique

entre autres la vitesse initiale RAG D3

C12-3-04 lier la vitesse de formation drsquoun composeacute agrave la vitesse de disparition drsquoun reacuteactif compte tenu des donneacutees expeacuterimentales sur la vitesse et la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction

entre autres le traitement descriptif agrave lrsquoeacutechelle particulaire RAG D3 D4

C12-3-05 mener une expeacuterience pour deacuteterminer des facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique

entre autres la nature des reacuteactifs la surface de contact la concentration la pression le volume la tempeacuterature la preacutesence drsquoun catalyseur

RAG C2

C12-3-06 utiliser la theacuteorie des collisions pour expliquer les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique

entre autres lrsquoeacutenergie drsquoactivation lrsquoorientation des moleacutecules RAG D3 D4

C12-3-07 tracer des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle pour des reacuteactions endothermiques et exothermiques

entre autres les vitesses relatives lrsquoeffet drsquoun catalyseur la chaleur de la reacuteaction (variation de lrsquoenthalpie)

RAG D3

C12-3-08 expliquer le concept du meacutecanisme de reacuteaction entre autres lrsquoeacutetape deacuteterminante de la vitesse RAG D2

C12-3-09 deacuteterminer la loi de vitesse drsquoune reacuteaction chimique agrave partir de donneacutees expeacuterimentales

entre autres les reacuteactions drsquoordre 0 1 ou 2 les graphiques de la vitesse en fonction de la concentration

RAG D3

RAG B3 B5 C1 C2

RAG C2

RAG C1 C2

RAG C2 C5

RAG C5 C6

Travail en groupe

RAG C2 C4 C7

RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG A1 A2

RAG A1 A3 A5 B2

RAG A5 B1 B2

RAG A5 B2

Attitudes

RAG C2 C5

C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprit scientifiques et technologiques

RAG C2 C3 C4 C5

C12-0-A3 manifester un inteacuterecirct soutenu et plus eacuteclaireacute pour la chimie et pour les professions et les enjeux lieacutes agrave la chimie

RAG B4

RAG B5 C4

vitesses RAG D3

C12-3-02 donner des exemples de variables utiliseacutees pour mesurer les vitesses de reacuteaction (c-agrave-d la variation par uniteacute de temps ∆x∆t) par exemple la pression la tempeacuterature le pH la conductibiliteacute la couleur RAG D3

RAG D3

Bloc A La vitesse de reacuteaction

En tecircte

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir agrave des exemples de reacuteactions ou processus rapides et lents dont ils sont teacutemoins dans la vie de tous les jours Leur suggeacuterer de commencer par des exemples de changements physiques comme la fonte ou la dissolution Bien qursquoil ne srsquoagisse pas de changements chimiques ces exemples permettent de renforcer le concept de reacuteaction rapide et lente Amener les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir agrave des reacuteactions chimiques

Parmi les exemples de reacuteactions rapides que les eacutelegraveves peuvent donner mentionnons les explo-sions la combustion drsquoessence et les reacuteactions de preacutecipitation et de neu-tralisation

Pour ce qui est des exemples de reacuteactions lentes les eacutelegraveves peuvent parler entre autres de la rouille de la cuisson drsquoun gacircteau du mucircrissement drsquoun fruit ou de la croissance drsquoune plante

Inviter les eacutelegraveves agrave travailler avec un partenaire afin drsquoeffectuer lrsquoexercice de lrsquoannexe 1Distribuer la feuille A agrave lrsquoun des eacutelegraveves et la feuille B agrave lrsquoautre Chaque eacutelegraveve travaille individuellement et tente de reacutepondre aux questions sur sa feuille Ensuite lrsquoeacutelegraveve qui a reccedilu la feuille A pose les questions qui figurent sur sa feuille agrave son partenaire et note les reacuteponses de ce dernier Lrsquoeacutelegraveve qui a reccedilu la feuille B pose ensuite les questions qui figurent sur sa feuille agrave son partenaire et note les reacuteponses Demander aux eacutelegraveves drsquoarriver agrave un consensus sur leurs reacuteponses puis examiner les questions avec lrsquoensemble des eacutelegraveves

La cineacutetique des reacuteactions chimiques touche agrave bien drsquoautres aspects des sciences et de lrsquoingeacutenierie Les biologistes eacutetudient la vitesse des reacuteactions meacutetaboliques et la progression des reacuteactions en jeu dans la croissance et la reacutegeacuteneacuteration des os Les ingeacutenieurs en meacutecanique cherchent agrave retarder la rouille des carrosseries drsquoautomobile tandis que les agronomes eacutetudient les reacuteactions chimiques en jeu dans lrsquoalteacuteration et la deacutegradation des aliments (van Kessel et al 2003 358) Pour deacuteterminer la vitesse de toute activiteacute (p ex courir lire faire cuire des hamburgers) il faut eacutevaluer le travail accompli en une peacuteriode de temps donneacutee On peut quantifier ou mesurer la vitesse drsquoune reacuteaction chimique (aussi appeleacutee cineacutetique de reacuteaction)

Sur le plan opeacuterationnel la vitesse de reacuteaction deacutecrit la rapiditeacute ou la lenteur avec laquelle un reacuteactif disparaicirct ou un produit se forme Agrave ce stade une deacutefinition opeacuterationnelle tiendrait compte du temps de reacuteaction par opposition agrave la vitesse (Dans les reacuteactions rapides le temps de reacuteaction est court tandis que dans les reacuteactions lentes le temps de reacuteaction est plus long)

En quecircte Activiteacute ndash introduction agrave la vitesse de reacuteactionProposer aux eacutelegraveves drsquoeffectuer lrsquoactiviteacute deacutecrite agrave lrsquoannexe 2 afin de mieux comprendre la vitesse de reacuteaction

Deacutemonstrations ou activiteacutes de laboratoireInviter les eacutelegraveves agrave reacutealiser des activiteacutes de laboratoire ou leur preacutesenter des deacutemonstrations illustrant le concept de vitesse de reacuteaction dans une reacuteaction chimique (voir lrsquoannexe 2 ou les activiteacutes deacutecrites ci-dessous) Il nrsquoest pas neacutecessaire de faire toutes ces activiteacutes quelques deacutemonstrations devraient suffire agrave faire comprendre aux eacutelegraveves la notion de vitesse de reacuteaction

bull Reacuteaction du magneacutesium avec lrsquoacide chlorhydrique Faire reacuteagir du magneacutesium solide avec une solution 10 molL de HCl Faire reacuteagir un

autre morceau de magneacutesium avec une solution 60 molL de HCl Poser aux eacutelegraveves les questions suivantes

- Que srsquoest-il passeacute - Combien de temps a pris chaque reacuteaction- Est-ce que la quantiteacute de reacuteactif a une importance- Comment pouvez-vous mesurer la vitesse de reacuteaction

bull Deacutegradation des aliments Couper une pomme en quatre tranches de faccedilon que chaque tranche ait agrave peu pregraves la mecircme surface de pulpe exposeacutee Tremper la premiegravere tranche dans de lrsquoeau et la placer

sur le bureau Cette tranche sera la tranche teacutemoin Tremper la deuxiegraveme tranche dans le jus de citron et la placer sur le bureau agrave cocircteacute de la premiegravere Placer la troisiegraveme tranche au reacutefrigeacuterateur ou dans une petite glaciegravere sur la glace Placer la quatriegraveme tranche dans un sac refermable en enlevant autant drsquoair que possible

Comparer les quatre tranches apregraves 10 20 et 30 minutes et inscrire le degreacute de laquo brunissement raquo observeacute sur la pulpe de la pomme agrave chacune des trois eacutetapes chronomeacutetreacutees Discuter des observations faites par rapport agrave lrsquoeacuteleacutement auquel la pomme eacutetait exposeacutee

Pousser la reacuteflexion concernant les observations sur les tranches de pomme cette fois en parlant de la vitesse de brunissement de la pomme dans chaque eacutechantillon (van Kessel et al 2003 359)

bull Reacuteaction de deacutecomposition Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) se deacutecompose graduellement pour former de lrsquoeau et de lrsquooxygegravene gazeux Dans cette deacutemonstration la levure agit sur le peroxyde drsquohydrogegravene pour acceacuteleacuterer la reacuteaction

Verser 10 mL de peroxyde drsquohydrogegravene dans un beacutecher et noter toute observation Ajouter une pinceacutee de levure au peroxyde drsquohydrogegravene Remuer doucement agrave lrsquoaide drsquoun cure-dents Noter ce qui se passe (Le peroxyde drsquohydrogegravene est un liquide clair et incolore Lorsque la levure y est ajouteacutee des bulles se forment et le meacutelange commence agrave former une mousse)

Au lieu de la levure utiliser du dioxyde de manganegravese (MnO2) pour acceacuteleacuterer la reacuteaction de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene

Enseignement direct ndash la vitesse de reacuteactionExpliquer aux eacutelegraveves que la vitesse de reacuteaction se deacutefinit comme un changement dans une proprieacuteteacute visible par uniteacute de temps Cette proprieacuteteacute observable doit ecirctre choisie en fonction de ce qui peut ecirctre mesureacute en laboratoire Il peut srsquoagir drsquoun changement de couleur de tempeacuterature ou de pression ou de lrsquoapparition drsquoune nouvelle substance (voir Chimie 12 p 272-273 ou Chimie 12 STSE p 354-362) Dans certaines meacutethodes courantes on mesure la vitesse de reacuteaction agrave lrsquoaide drsquoun spectromegravetre drsquoun conductimegravetre et drsquoun manomegravetre (ou drsquoune simple seringue)

Il est important de souligner que la concentration ne peut ecirctre surveilleacutee directement et que les proprieacuteteacutes observables (mesurables) eacutenumeacutereacutees ci-dessous peuvent servir agrave deacuteterminer la variation de concentration par uniteacute de temps

bull Pression On peut utiliser un manomegravetre pour mesurer une variation de pression lorsqursquoune reacuteaction entraicircne un changement du nombre de moles de gaz On peut suivre la reacuteaction entre le zinc et lrsquoacide aceacutetique en fixant un manomegravetre agrave un vase de reacuteaction contenant un volume connu immergeacute dans un bain agrave tempeacuterature constante

Zn(s) + 2CH3COOH(aq) Zn(aq)2+ + CH3COO(aq)

- + H2(g)

La pression du gaz augmente agrave mesure que le H2(g) se forme

Une meacutethode plus simple consiste agrave utiliser une seringue agrave gaz pour mesurer la vitesse de reacuteaction Voir le diagramme qui suit

bull Tempeacuterature Pour une reacuteaction exothermique la vitesse de reacuteaction peut ecirctre mesureacutee en fonction de lrsquoaugmentation de la tempeacuterature Pour une reacuteaction endothermique la vitesse de reacuteaction est mesureacutee en fonction de la baisse de tempeacuterature

bull pH On peut utiliser un pH-megravetre pour mesurer la variation de lrsquoaciditeacute par uniteacute de temps Ces donneacutees peuvent ensuite servir agrave deacuteterminer la concentration drsquoions hydrogegravene (ions hydronium) par uniteacute de temps

bull Conductiviteacute On peut placer des eacutelectrodes dans le meacutelange en reacuteaction et utiliser lrsquoaugmentation ou la diminution de la conductiviteacute des produits pour mesurer la vitesse de reacuteaction Cette meacutethode sert habituellement lorsque des reacuteactifs non ioniques forment des produits ioniques

La vitesse de reacuteaction peut ecirctre calculeacutee en trouvant la variation de la quantiteacute de substance produite par uniteacute de temps ou la variation de la disparition drsquoun reacuteactif par uniteacute de temps

vitesse = ∆x∆t (formation drsquoun produit)

vitesse = ∆x∆t (disparition drsquoun reacuteactif)

Les eacutelegraveves peuvent confondre vitesse de reacuteaction et temps de reacuteaction Souligner que la vitesse de reacuteaction deacutecrit un changement en fonction du temps alors que le temps de reacuteaction deacutesigne seulement la dureacutee de la reacuteaction (le temps neacutecessaire pour qursquoelle se produise) Les deux termes sont inversement proportionnels comme le montrent les formules ci-dessus

bull Couleur Un spectromegravetre peut servir agrave mesurer la concentration drsquoun reacuteactif ou drsquoun produit qui absorbe (ou eacutemet) de la lumiegravere drsquoune eacutetroite gamme de longueurs drsquoonde En voici un exemple

NO(g) + O3(g) O2(g) + NO2(g) Incolore brun rougeacirctre

Des quantiteacutes connues de reacuteactifs sont injecteacutees dans un tube pour eacutechantillons de gaz et la vitesse de production de NO2(g) est mesureacutee par la surveillance de la couleur par uniteacute de temps

En fin Inviter les eacutelegraveves agrave remplir un tableau des connaissances sur la vitesse de reacuteaction (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 99-911)

1Proposer aux eacutelegraveves de faire une entreacutee dans leur carnet scientifique concernant les reacuteactions rapides et lentes et drsquoexpliquer chaque type de vitesse de reacuteaction Voici des exemples de questions agrave poser - Est-ce que toutes les reacuteactions se font agrave la mecircme vitesse- Que signifie laquo vitesse de reacuteaction raquo- Comment peut-on mesurer la vitesse drsquoune reacuteaction- Est-ce qursquoune reacuteaction se produit toujours agrave la mecircme vitesse

2Demander aux eacutelegraveves de fournir des exemples de ce qui suit

bull reacuteactions qui ont des vitesses diffeacuterentesbull reacuteactions qui se produisent agrave diffeacuterentes vitesses dans des conditions diffeacuterentesbull processus qui ne peuvent pas ecirctre controcircleacutesbull processus qui peuvent ecirctre controcircleacutes

3Proposer aux eacutelegraveves de remplir un cadre de comparaison pour les reacuteactions rapides par rapport aux reacuteactions lentes (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1015-1018)

4Pour une reacuteaction donneacutee demander aux eacutelegraveves de preacutedire quelle variable (ou proprieacuteteacute) peut ecirctre plus facilement mesureacutee (surveilleacutee)

entre autres la vitesse initiale RAG C2

C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees et des observations au moyen drsquoun format approprieacute

RAG C2 C5

C12-0-S7 interpreacuteter des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations

RAG C2 C5

En tecircte Les eacutelegraveves ont eacutetudieacute la stœchiomeacutetrie des reacuteactions chimiques au regroupement 3 du cours de chimie de 11e anneacutee

Proposer aux eacutelegraveves de compleacuteter lrsquoactiviteacute deacutecrite agrave lrsquoannexe 3

En quecircte

Activiteacute de laboratoire ndash mesure de la vitesse de reacuteactionProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une expeacuterience de laboratoire pour mesurer la variation de la masse de carbonate de calcium agrave mesure que le composeacute reacuteagit avec une solution 3 molL drsquoacide chlorhydrique (voir lrsquoannexe 4 ou lrsquoannexe 5) Agrave partir de donneacutees calculeacutees ou de celles qui sont preacutesenteacutees agrave lrsquoannexe proposer aux eacutelegraveves de calculer la vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee drsquoune reacuteaction

Leur suggeacuterer drsquoutiliser une analyse graphique en ajoutant les donneacutees au diagramme et en deacuteterminant la vitesse instantaneacutee au temps = 0 (vitesse initiale) et agrave drsquoautres temps Proposer aux eacutelegraveves de comparer les vitesses et drsquoeacutemettre une hypothegravese sur les raisons expliquant ces variations de vitesse

La vitesse moyenne drsquoune reacuteaction deacutepend de lrsquointervalle de temps choisi Elle est geacuteneacuteralement calculeacutee en divisant la quantiteacute totale de substance disparue (ou produite) par le temps (dureacutee totale) de la reacuteaction Voir le graphique ci-dessous et lrsquoexemple de calcul

vitesse moyenne = variation de la quantiteacute de substance A

intervalle de temps =

30 g - 10 g - 0 min

= 4 gmin5 min

La vitesse instantaneacutee correspond agrave la vitesse de reacuteaction agrave un moment preacutecis de la reacuteaction Pour calculer cette vitesse il faut tracer une tangente au point preacutecis sur le graphique (moment preacutecis) et calculer ensuite la pente de cette droite

Voir le graphique et lrsquoexemple de calcul pour deacuteterminer la vitesse instantaneacutee agrave 1 minute

Simulation ndash vitesse de reacuteactionLa simulation preacutesenteacutee sur le site laquo vitesse volumique de reacuteaction raquo httpwwwlabolyceeorganimsvit_reactionswf permet aux eacutelegraveves de deacuteterminer la vitesse de reacuteaction agrave un moment donneacute

Analyse de donneacuteesSi les eacutelegraveves ont besoin de pratique additionnelle leur suggeacuterer de tracer des exemples de graphiques illustrant des donneacutees preacutecises Consulter les annexes 6 et 8 ougrave lrsquoon propose deux exercices pouvant convenir agrave cette fin Les corrigeacutes figurent aux annexes 7 et 9 Agrave partir des donneacutees sur le graphique leur demander de calculer la vitesse moyenne et de deacuteterminer les vitesses instantaneacutees Les inviter aussi agrave comparer les vitesses et agrave deacutecouvrir que le taux de disparition de chaque reacuteactif et de formation de chaque produit est lieacute agrave la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction

pente = variation de la quantiteacute de substance A

25 g - 0 g5 - 0 min

= 5 g min agrave t = 1 minute min

Enseignement direct ndash vitesse de reacuteaction et stœchiomeacutetriePreacutesenter ce concept avec prudence Utiliser les diagrammes de moleacutecules pour faire comprendre aux eacutelegraveves la vitesse de reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle particulaire

Pour la reacuteaction N2 + 3H2 ⟶ 2NH3 le coefficient devant la substance deacutetermine la vitesse de disparition ou de production de cette substance si la vitesse initiale de disparition de N2 est connue

Agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire cette reacuteaction serait exprimeacutee comme suit

Faire remarquer aux eacutelegraveves que pour chaque moleacutecule de N2 utiliseacutee trois moleacutecules de H2 disparaissent Cela signifie que la vitesse de disparition de H2 eacutequivaut agrave trois fois la vitesse de disparition de N2 En outre la vitesse de production de moleacutecules de NH3 eacutequivaut agrave deux fois la vitesse de disparition de N2

Ainsi selon lrsquoeacutequation chimique eacutequilibreacutee la vitesse de disparition de H2 = 3x (triple de la vitesse de disparition de N2) alors que la vitesse de production de NH3 = 2x (double de la vitesse de disparition de N2)

On peut exprimer cette reacuteaction autrement en affirmant que la vitesse de disparition (ou drsquoutilisation) de N2 est trois fois plus faible que la vitesse de disparition de H2 et qursquoelle eacutequivaut agrave la moitieacute de la vitesse de production de NH3

Si la vitesse de reacuteaction drsquoune des espegraveces est connue la vitesse de reacuteaction des autres espegraveces peut ecirctre deacutetermineacutee agrave partir de la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction

La vitesse de disparition de lrsquoazote est exprimeacutee comme suit

Vitesse de reacuteaction =

-∆[N2]

Donc la formule ci-dessous est vraie Vitesse de reacuteaction =

-∆[N2] = - 1 ∆[H2] =

1 ∆[NH3]

∆t 3 ∆t 2 ∆t

Exemple de problegraveme

Pour la reacuteaction N2 + 3H2 ⟶ 2NH3 si lrsquohydrogegravene reacuteagit agrave une vitesse de 15 molLs quelle est la vitesse de formation de lrsquoammoniac

Solution On peut calculer la vitesse de la mecircme faccedilon qursquoavec la stœchiomeacutetrie pour deacuteterminer lenombre de moles de produit formeacute Il srsquoagit drsquoutiliser le rapport des coefficients pour deacuteterminer le rapport entre les vitesses

En fin

Proposer aux eacutelegraveves de dessiner ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsqursquoun reacuteactif est utiliseacute et qursquoun produit est formeacute au cours drsquoune reacuteaction chimique

2Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes sur des donneacutees expeacuterimentales de vitesse et sur la stœchiomeacutetrie de reacuteactions (voir lrsquoannexe 10) Les reacuteponses se trouvent agrave lrsquoannexe 11

vitesse de production de NH3 = 15 s H22NH3

= 10 NH3

entre autres la nature des reacuteactifs la surface de contact la concentration la pression le volume la tempeacuterature la preacutesence drsquoun catalyseur RAG C2

RAG C2

RAG C1 C2

RAG C2 C5

En tecircte

Inviter les eacutelegraveves agrave se pencher sur les questions suivantes

- On place un morceau de magneacutesium dans une solution drsquoacide chlorhydrique 1 molL On place ensuite un morceau de magneacutesium dans une solution drsquoacide chlorhydrique 6 molL Quelle reacuteaction se deacuteroulera plus rapidement Pourquoi Qursquoest-ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire pour expliquer cette augmentation de vitesse

- On fait reacuteagir du monoxyde drsquoazote avec de lrsquohydrogegravene afin de produire du monoxyde de diazote et de lrsquoeau Si lrsquoon provoque cette reacuteaction agrave 25 et ensuite agrave 100 dans laquelle de ces deux conditions sera-t-elle plus rapide Pourquoi Qursquoest-ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire pour expliquer cette diffeacuterence de vitesse - On place un morceau de magneacutesium dans une solution drsquoacide chlorhydrique On reacutepegravete cette manipulation mais cette fois avec du magneacutesium en poudre Quelle reacuteaction sera plus rapide Pourquoi Qursquoest-ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire pour expliquer cette diffeacuterence de vitesse

En quecircte

Enseignement direct ndash la theacuteorie des collisionsPreacutesenter la laquo theacuteorie de la collision raquo dans les reacuteactions chimiques aux eacutelegraveves (voir Chimie 11-12 p 524-526 Chimie 12 p 289-296 ou Chimie 12 STSE p 365-366) Selon cette theacuteorie pour qursquoune reacuteaction chimique se produise les particules de reacuteactif doivent entrer en collision Srsquoil nrsquoy a pas de collision entre les particules il nrsquoy a pas de reacuteaction Toutefois il nrsquoy a pas neacutecessairement de reacuteaction chimique chaque fois qursquoil y a collision Les particules de reacuteactif doivent entrer en collision mais avec une eacutenergie cineacutetique suffisante (appeleacutee lrsquoeacutenergie drsquoactivation) et selon une orientation favorable Lrsquoeacutenergie drsquoactivation est deacutefinie comme la quantiteacute minimale drsquoeacutenergie cineacutetique neacutecessaire pour que les collisions entre les particules soient efficaces crsquoest-agrave-dire qursquoelles provoquent une reacuteaction chimique

Exemples

Lrsquoorientation de la moleacutecule de monoxyde drsquoazote ci-dessous ne favorisera PROBABLEMENT PAS une reacuteaction

Lrsquoorientation de la moleacutecule drsquoazote ci-dessous favorisera PROBABLEMENT une reacuteaction

Animationsbull Lrsquoune des animations preacutesenteacutees dans le site ci-dessous montre lrsquoorientation favorable

des moleacutecules au moment de la collision la reacuteaction eacutetant O3 + NO ⟶ NO2 + O2 Pour seacuteparer la moleacutecule drsquoozone O3 lrsquoatome drsquoazote de la moleacutecule de monoxyde drsquoazote doit entrer en collision avec le bon angle et une eacutenergie suffisante pour provoquer la reacuteaction chimique httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfoldersimDownloadindex4html (site en anglais)

bull Le site ci-dessous montre lrsquoorientation favorable des moleacutecules au moment de la collision la reacuteaction eacutetant H2 + C2H4 ⟶ C2H6 httpueluniscielfrchimiecinetcinet_ch05coapprendre_ch5_04html

bull Lrsquoanimation preacutesenteacutee sur le site ci-dessous permet drsquoexplorer des facteurs influenccedilant la vitesse de reacuteaction par exemple la concentration lrsquoeacutenergie drsquoactivation et lrsquoorientation des moleacutecules httpphetcoloradoedufrsimulationreactions-and-rates

Activiteacutes de laboratoireAmener les eacutelegraveves agrave deacutecouvrir drsquoun point de vue qualitatif les facteurs qui influent sur la vitesse drsquoune reacuteaction plutocirct que de reacutealiser un laboratoire de veacuterification Il nrsquoest pas neacutecessaire que les eacutelegraveves fassent toutes les activiteacutes indiqueacutees Lrsquoenseignant peut choisir de faire plus drsquoune activiteacute si le temps le permet Choisir les activiteacutes approprieacutees compte tenu du niveau de connaissances des eacutelegraveves

bull Lrsquoeacutetude des vitesses de reacuteaction (voir Chimie 12 p 274)La premiegravere partie de cette activiteacute porte sur lrsquoeffet de la concentration dans une reacuteactionchimique Faire reacuteagir du bicarbonate de sodium avec des solutions de vinaigre de diffeacuterentes concentrations Inscrire le temps neacutecessaire pour que lrsquoeacuteprouvette soit remplie de dioxyde de carbone Calculer la vitesse de reacuteaction moyenne en mLs pour chaque essai

La deuxiegraveme partie illustre lrsquoeffet de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction avec les mecircmes reacuteactifs que dans la partie 1 soit le bicarbonate de sodium et le vinaigre Un gramme de NaHCO3 reacuteagit avec 100 mL de vinaigre mais les deux reacuteactifs doivent ecirctre agrave 10 degC avant drsquoecirctre combineacutes Reacutepeacuteter lrsquoessai mais avec les deux reacuteactifs agrave environ 10 degC de plus que la tempeacuterature ambiante

Enfin la troisiegraveme partie de lrsquoactiviteacute illustre lrsquoeffet des reacuteactifs et de la surface de contact sur la vitesse de reacuteaction Utiliser le carbonate de calcium en poudre au lieu du bicarbonate

de sodium faire reacuteagir CaCO3 avec 100 mL de vinaigre Noter le temps neacutecessaire pour remplir lrsquoeacuteprouvette de dioxyde de carbone Calculer la vitesse de reacuteaction moyenne en mLs pour lrsquoessai Reacutepeacuteter lrsquoessai mais cette fois utiliser 1 g de CaCO3 au lieu du carbonate de calcium en poudre

Demander aux eacutelegraveves de commenter les effets de chaque facteur sur la vitesse de reacuteactionSi les eacutelegraveves nrsquoont pas compris lrsquoeffet des facteurs dans leurs essais faire des deacutemonstrations Au cours drsquoune discussion suivant le laboratoire inviter les eacutelegraveves agrave expliquer leurs observations par rapport agrave la theacuteorie des collisions

bull Lrsquoeacutetude des vitesses de reacuteaction (voir Chimie 12 STSE p 388) Cette activiteacute permet aux eacutelegraveves drsquoeacutelaborer leur propre marche agrave suivre afin drsquoidentifier les facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction

bull Capter des bulles de gaz (concentration tempeacuterature surface de contact) (voir lrsquoannexe 12)

Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 13 Cette activiteacute permet aux eacutelegraveves drsquoeacutelaborer leur propre marche agrave suivre afin drsquoeacutetudier la reacuteaction entre le carbonate de calcium et lrsquoacide chlorhydrique

bull Les facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction (concentration tempeacuterature) (voir lrsquoannexe 14)

Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 15 Cette activiteacute est adapteacutee de lrsquoexpeacuterience classique appeleacutee laquo reacuteaction de lrsquohorloge agrave lrsquoiode raquo On fait reacuteagir un excegraves drsquoiode avec de lrsquoamidon pour obtenir un produit bleu-noir lorsque la reacuteaction est termineacutee Cette activiteacute de laboratoire permettra aux eacutelegraveves drsquoeacutetudier les effets de la concentration et de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction Agrave la partie A les eacutelegraveves font varier la concentration drsquoun des reacuteactifs et mesurent le temps neacutecessaire pour que le changement de couleur se manifeste

Agrave la partie B les eacutelegraveves eacutetudient le rocircle de la tempeacuterature sur la vitesse drsquoune reacuteaction en deacuteclenchant la reacuteaction dans des bains drsquoeau de tempeacuterature diffeacuterente

Les eacutelegraveves doivent ensuite construire des graphiques pour illustrer leurs observations tirer des conclusions sur les relations entre ces variables et expliquer leurs observations par rapport agrave la theacuteorie des collisions

bull Facteurs qui ont une incidence sur la vitesse de reacuteaction (concentration nature des reacuteactifs tempeacuterature catalyseur surface de contact) (voir lrsquoannexe 16)

La partie A de ce laboratoire permet drsquoeacutetudier lrsquoeffet de la nature des reacuteactifs sur le temps de reacuteaction Faire reacuteagir plusieurs meacutetaux diffeacuterents avec de lrsquoacide chlorhydrique et demander aux eacutelegraveves de noter leurs observations sur le temps de reacuteaction Les eacutelegraveves eacutetudient aussi lrsquoeffet de diffeacuterentes solutions reacuteagissant avec le magneacutesium meacutetallique sur les temps de reacuteaction

La partie B porte sur lrsquoeffet de la surface de contact sur le temps de reacuteaction Le zinc en granules et le zinc en poudre sont combineacutes avec de lrsquoacide chlorhydrique et les temps de reacuteaction sont consigneacutes Du carbonate de calcium en grains et en poudre est ajouteacute agrave de lrsquoacide chlorhydrique et les temps de reacuteaction sont noteacutes

Agrave la partie C on eacutetudie lrsquoeffet de la tempeacuterature sur une reacuteaction chimique Une solution de permanganate de potassium est combineacutee agrave de lrsquoacide oxalique et le temps de reacuteaction est inscrit Une deuxiegraveme eacuteprouvette contenant seulement du permanganate de potassium est chauffeacutee dans un bain drsquoeau chaude Puis lrsquoacide oxalique est ajouteacute agrave lrsquoeacuteprouvette dans le bain drsquoeau chaude et le temps de reacuteaction est noteacute Dans la deuxiegraveme moitieacute de cette section demander aux eacutelegraveves de preacuteparer trois eacuteprouvettes contenant de lrsquoacide chlorhydrique Une eacuteprouvette est placeacutee dans un bain drsquoeau froide la deuxiegraveme reste agrave la tempeacuterature ambiante et la troisiegraveme est placeacutee dans un bain drsquoeau chaude Trois morceaux de magneacutesium identiques sont ajouteacutes un dans chaque eacuteprouvette et les temps de reacuteaction sont noteacutes

Agrave la partie D un catalyseur est ajouteacute afin drsquoeacutetudier son incidence sur le temps de reacuteactionPlacer du permanganate de potassium dans deux eacuteprouvettes Dans une eacuteprouvette ajouter du sulfate de manganegravese(II) (catalyseur) Puis ajouter de lrsquoacide oxalique aux deux eacuteprouvettes et noter les temps de reacuteaction

Deacutemonstrationsbull Surface de contact et vitesse de reacuteaction

Cette deacutemonstration a pour but drsquoobserver lrsquoeffet drsquoune augmentation de la surface de contact sur la vitesse de reacuteaction Placer 2 g de poudre de lycopode (ou drsquoamidon) en amas sur un carreau de porcelaine Essayer drsquoallumer la poudre au moyen drsquoun brucircleur ou drsquoun briquet Il nrsquoy aura pas de reacuteaction Soulever le carreau de ceacuteramique et souffler la poudre de lycopode (ou lrsquoamidon) en direction du brucircleur allumeacute La poudre srsquoenflamme et explose Expliquer que la vitesse de reacuteaction a augmenteacute parce que la surface de contact eacutetait augmenteacutee

bull Catalyseur et vitesse de reacuteaction Cette deacutemonstration a pour but drsquoobserver lrsquoeffet drsquoun catalyseur sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique Dans un grand beacutecher faire dissoudre 25 g de tartrate de sodium et de potassium (sel de Rochelle) dans 300 mL drsquoeau Ajouter 100 mL drsquoune solution de 3 agrave 6 de H2O2 au beacutecher Faire chauffer la solution agrave 70 degC Faire remarquer aux eacutelegraveves lrsquoabsence de reacuteaction Ajouter le catalyseur le chlorure de cobalt au beacutecher La solution vire au rose puis elle prend une couleur verdacirctre (complexe tartrique de cobalt(II)) Une fois la reacuteaction compleacuteteacutee la couleur rose apparaicirct agrave nouveau dans la solution Le chlorure de cobalt nrsquoa pas disparu dans la reacuteaction Faire remarquer aux eacutelegraveves que la solution agrave 70 degC nrsquoa pas donneacute lieu agrave une reacuteaction chimique tant que le catalyseur nrsquoa pas eacuteteacute ajouteacute Cette reacuteaction est aussi deacutecrite dans Chimie 11-12 p 543

Enseignement direct ndash facteurs qui ont une incidence sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimiqueAgrave partir de ces expeacuteriences de laboratoire amener les eacutelegraveves agrave conclure qursquoune augmentation de tempeacuterature augmente la vitesse de reacuteaction (diminue le temps de reacuteaction) qursquoune augmentation de la concentration du ou des reacuteactifs augmente la vitesse de reacuteaction qursquoune augmentation de la surface de contact augmente la vitesse de reacuteaction que la preacutesence drsquoun catalyseur augmente aussi la vitesse de reacuteaction et que la nature (le type) des reacuteactifs a une incidence sur la vitesse de reacuteaction Souligner que la pression et le volume repreacutesentent un sous-ensemble de la concentration (voir Chimie 12 STSE p 372-374)

bull Theacuteorie des collisions et nature des reacuteactifsDans certaines reacuteactions chimiques la rupture des liens et la formation de nouveaux liens entraicircnent une reacuteorganisation des atomes Drsquoautres reacuteactions sont le reacutesultat de transfert drsquoeacutelectrons La nature des reacuteactifs a une incidence sur la vitesse de reacuteaction Les reacuteactions comprenant des composeacutes ioniques et des ions simples sont geacuteneacuteralement plus rapides que celles qui comportent des composeacutes moleacuteculaires Moins il y a de liens agrave briser plus la reacuteaction est rapide et plus les liens agrave briser sont faibles plus la vitesse de reacuteaction est grande Lrsquoeacutetat des reacuteactifs (solide liquide ou gazeux) a aussi une influence sur la vitesse de reacuteaction

bull Theacuteorie des collisions et surface de contactDans les activiteacutes de laboratoire les eacutelegraveves auraient ducirc constater que lrsquoaugmentation de la surface de contact drsquoun solide augmente la vitesse de reacuteaction Les collisions ne peuvent se produire qursquoagrave la surface des solides Ainsi une substance pulveacuteriseacutee comme CaCO3 reacuteagira plus vite que de gros cristaux de CaCO3 car la surface de contact avec les autres reacuteactifs est plus grande

bull Theacuteorie des collisions et concentrationSelon la theacuteorie des collisions les particules doivent entrer en contact les unes avec les autres pour provoquer une reacuteaction Si la concentration drsquoun reacuteactif est augmenteacutee la vitesse de reacuteaction devrait augmenter aussi puisqursquoil y aura plus de moleacutecules de ce reacuteactif qui peuvent entrer en collision Agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire si une moleacutecule du reacuteactif A reacuteagit avec deux moleacutecules du reacuteactif B deux collisions sont possibles

Si la concentration du reacuteactif A est doubleacutee quatre collisions sont possibles

Si la concentration du reacuteactif A est tripleacutee six collisions sont possibles

En augmentant la freacutequence des collisions possibles par lrsquoaugmentation de la concentrationon obtient une plus grande vitesse de reacuteaction (Animation httpwwwspcac-aix-marseillefrphy_chiMenuActivites_pedagogiqueslivre_interactif_chimie12_Suivi_temporelChocs_efficaces_2swf)

bull Collisions efficaces et tempeacuteratureLe graphique ci-dessous montre deux tempeacuteratures diffeacuterentes et le nombre de moleacutecules qui ont suffisamment drsquoeacutenergie pour reacuteagir La surface ombreacutee sous les deux courbes indique que le nombre de moleacutecules ayant suffisamment drsquoeacutenergie drsquoactivation est plus grand agrave T2 (tempeacuterature plus eacuteleveacutee) qursquoagrave T1 (tempeacuterature plus faible) (Animation httpwwwspcac-aix-marseillefrphy_chiMenuActivites_pedagogiqueslivre_interactif_chimie12_Suivi_temporelChocs_efficacesswf)

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave nouveau aux questions de la section laquo En tecircte raquo Leurs reacuteponses ont-elles changeacute agrave la lumiegravere des concepts eacutetudieacutes durant ce bloc drsquoenseignement

1Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter un cadre de concept pour illustrer les facteurs ayant une influence sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1123-1126)

2Inviter les eacutelegraveves agrave repreacutesenter une reacuteaction entre deux substances comme NO et O3 au moyen de modegraveles moleacuteculaires construits agrave lrsquoaide de balles et de bacirctons Leur proposer de montrer lrsquoorientation favorable pour que les moleacutecules entrent en collision et provoquent la formation de NO2 et drsquoO2 Les amener agrave montrer une orientation deacutefavorable des moleacutecules qui empecirccherait la reacuteaction de se produire

3Demander aux eacutelegraveves de remplir un cadre de rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1138)

4Eacutevaluer les habileteacutes en laboratoire (voir les annexes 8 et 9 du regroupement 1)

5Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche sur la faccedilon de controcircler la vitesse de certaines reacuteactions chimiques et agrave preacuteparer un compte rendu de leurs reacutesultats ou encore leur demander de produire un rapport ou de faire une analyse drsquoarticles portant sur le sujet

entre autres les vitesses relatives lrsquoeffet drsquoun catalyseur la chaleur de la reacuteaction (variation de lrsquoenthalpie) RAG D3

RAG D3

En tecircte

Preacutesenter la deacutemonstration suivante aux eacutelegraveves pour veacuterifier srsquoils comprennent bien le concept drsquoeacutenergie drsquoactivation

1 Faire rouler un ballon vers le haut drsquoun plan inclineacute de faccedilon qursquoil revienne vers le bas Le ballon repreacutesente les reacuteactifs qui nrsquoont pas suffisamment drsquoeacutenergie drsquoactivation pour produire un complexe activeacute

En 10e anneacutee les eacutelegraveves se sont familiariseacutes avec lrsquoeacutenergie cineacutetique et lrsquoeacutenergie potentielle par rapport au mouvement En chimie 11e anneacutee ils ont utiliseacute la theacuteorie moleacuteculaire cineacutetique pour expliquer les proprieacuteteacutes des gaz

2 Faire rouler un ballon vers le haut drsquoun plan moins inclineacute de faccedilon qursquoil deacutepasse le sommet du plan Le plan ayant une pente plus douce repreacutesente lrsquoajout drsquoun catalyseur qui diminue lrsquoeacutenergie drsquoactivation et permet agrave la reacuteaction de se produire

En quecircte

Enseignement direct ndash diagrammes drsquoeacutenergie potentielle

Montrer aux eacutelegraveves des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle associeacutes agrave des reacuteactions chimiques (voir Chimie 12 p 292 Chimie 11-12 p 498-499 ou Chimie 12 STSE p 366-371) Dans le diagramme montrant le meacutecanisme drsquoune reacuteaction endothermique les reacuteactifs contiennent une certaine quantiteacute drsquoeacutenergie potentielle Agrave mesure que la reacuteaction progresse de gauche agrave droite lrsquoeacutenergie des moleacutecules des reacuteactifs augmente (crsquoest lrsquoeacutenergie drsquoactivation) Si les reacuteactifs ont suffisamment drsquoeacutenergie pour atteindre le niveau du complexe activeacute les liens peuvent se rompre et se reacutealigner et de nouvelles substances se forment Lrsquoeacutenergie des produits formeacutes est supeacuterieure agrave celle qursquoavaient les reacuteactifs Cela signifie qursquoil y a eu absorption drsquoeacutenergie durant la reacuteaction chimique Si cette reacuteaction srsquoeacutetait produite dans un beacutecher et si on avait toucheacute lrsquoexteacuterieur du beacutecher avec les mains on aurait eu une sensation de froid au toucher La diffeacuterence de chaleur de la reacuteaction ou variation drsquoenthalpie est positive parce que lrsquoeacutenergie potentielle des produits est supeacuterieure agrave lrsquoeacutenergie potentielle des reacuteactifs au deacutepart

H = Hproduits - Hreacuteactifs = valeur positive = chaleur absorbeacutee

Une reacuteaction endothermique est une reacuteaction chimique qui absorbe de lrsquoeacutenergie du milieu environnant eacutenergie qui sera stockeacutee dans les produits formeacutes Si on dissout du chlorure drsquoaluminium dans lrsquoeau on peut sentir au toucher que le beacutecher se refroidit

Lrsquoeacutenergie drsquoactivation drsquoune reacuteaction dicte la vitesse relative drsquoune reacuteaction Plus lrsquoeacutenergie drsquoactivation est eacuteleveacutee plus la vitesse de reacuteaction est lente et vice versa Les catalyseurs augmentent la vitesse de reacuteaction en diminuant lrsquoeacutenergie drsquoactivation Les catalyseurs nrsquoont aucune incidence sur la chaleur deacutegageacutee ou absorbeacutee au cours de la reacuteaction

Une reacuteaction exothermique est une reacuteaction chimique qui provoque la libeacuteration drsquoeacutenergie dans le milieu environnant La combustion en est un exemple

Montrer aux eacutelegraveves un diagramme illustrant le meacutecanisme drsquoune reacuteaction exothermique (voir Chimie 12 p 292 ou Chimie 11-12 p 498-499) Les reacuteactifs contiennent une certaine quantiteacute drsquoeacutenergie potentielle Agrave mesure que la reacuteaction progresse de gauche agrave droite lrsquoeacutenergie des moleacutecules des reacuteactifs augmente (crsquoest lrsquoeacutenergie drsquoactivation) Si les reacuteactifs ont suffisamment drsquoeacutenergie pour atteindre le niveau du complexe activeacute les liens peuvent se rompre et se reacutealigner et de nouvelles substances se forment Lrsquoeacutenergie des produits formeacutes est infeacuterieure agrave celle qursquoavaient les reacuteactifs Cela signifie qursquoil y a eu libeacuteration drsquoeacutenergie durant la reacuteaction chimique Si cette reacuteaction srsquoeacutetait produite dans un beacutecher et si on avait toucheacute lrsquoexteacuterieur du beacutecher avec les mains on aurait eu une sensation de chaleur au toucher

H = Hproduits - Hreacuteactifs = valeur neacutegative = libeacuteration de chaleur

Agrave partir du diagramme illustrant la reacuteaction CH3CH2Br + OH- ⟶ CH3CH2OH + Br- demander aux eacutelegraveves drsquoindiquer la valeur de lrsquoeacutenergie potentielle des reacuteactifs lrsquoeacutenergie potentielle des produits lrsquoeacutenergie drsquoactivation la position du complexe activeacute et la diffeacuterence de chaleur de la reacuteaction ou variation drsquoenthalpie

Le diagramme drsquoeacutenergie potentielle pour la reacuteaction 2BrNO ⟶ 2NO + Br2 montre lrsquoeacutetat de transition ougrave se fait le reacutearrangement des moleacutecules drsquoazote de brome et drsquooxygegravene pour former les produits

Voici le diagramme de lrsquoeacutenergie potentielle qui serait traceacute pour la reacuteaction chimique qursquoon vient de voir agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

Vitesses relativesUtiliser des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle pour montrer aux eacutelegraveves la faccedilon dont on peut deacuteterminer si une reacuteaction est rapide ou lente

Diagramme de lrsquoeacutenergie potentielle dans une reacuteaction avec catalyseur ajouteacute

Preacutesenter aux eacutelegraveves le diagramme drsquoeacutenergie potentielle agrave la page preacuteceacutedente ougrave sont illustreacutees une reacuteaction non catalyseacutee et une reacuteaction catalyseacutee Agrave partir des activiteacutes de laboratoire de la section C12-3-05 les eacutelegraveves devraient conclure que lorsqursquoun catalyseur est ajouteacute agrave une reacuteaction chimique la vitesse de reacuteaction augmente (le temps de reacuteaction est plus court) Ils devraient eacutegalement noter que le diagramme indiquant la preacutesence drsquoun catalyseur montre une eacutenergie drsquoactivation infeacuterieure agrave celle qui est neacutecessaire et que la chaleur de reacuteaction ne change pas ce qui signifie que la variation drsquoenthalpie est nulle (voir Chimie 12 p 302 Chimie 11-12 p 536-538 ou Chimie 12 STSE p 374)

Dans le diagramme A le catalyseur permet agrave un nombre plus grand de particules drsquoavoir suffisamment drsquoeacutenergie cineacutetique pour atteindre le niveau du complexe activeacute Lrsquoeacutenergie drsquoactivation est abaisseacutee ce qui signifie que plus de particules peuvent entrer en collision et former un nouveau produit Le diagramme B illustre que lrsquoEA est abaisseacutee ce qui permet un plus grand nombre de collisions donc la formation drsquoune plus grande quantiteacute de produits

Enseignement direct ndash lrsquoeacutetape deacuteterminante drsquoune reacuteaction (voir Chimie 12 p 297-299 ou Chimie 12 STSE p 383-386)Preacutesenter aux eacutelegraveves une analogie (faire la vaisselle apregraves dicircner) pour montrer le concept drsquoeacutetape deacuteterminante drsquoune reacuteaction chimique Ce processus se fait en plusieurs eacutetapes enlever les couverts remplir lrsquoeacutevier drsquoeau savonneuse placer la vaisselle dans lrsquoeacutevier laver les plats essuyer les plats ranger la vaisselle vider lrsquoeacutevier et essuyer les surfaces

Inviter les eacutelegraveves agrave se pencher sur les questions suivantes - Si deux personnes enlegravevent les couverts une personne remplit lrsquoeacutevier drsquoeau et lave la vaisselle et deux personnes essuient les plats et rangent la vaisselle quelle eacutetape va deacuteterminer la vitesse de reacuteaction- Deacutecrivez lrsquoeffet si une autre personne bull enlevait les couverts bull lavait la vaisselle bull seacutechait et rangeait la vaisselle

Rappeler aux eacutelegraveves qursquoune eacutequation chimique eacutequilibreacutee ne nous renseigne pas beaucoup sur les diffeacuterentes eacutetapes de la reacuteaction chimique tout comme la vitesse moyenne drsquoune voiture (p ex 100 kmh) ne nous dit pas grand-chose au sujet des diffeacuterentes vitesses que le conducteur a atteintes durant un voyage de deux heures

Le meacutecanisme de reacuteaction reacutesume les diffeacuterentes eacutetapes drsquoune reacuteaction et chaque eacutetape est appeleacutee eacutetape eacuteleacutementaire ou processus eacuteleacutementaire

Pour la reacuteaction 2NO(g) + O2(g) ⟶ 2NO2(g) les donneacutees expeacuterimentales montrent que NO2 nrsquoest pas formeacute directement agrave la suite des collisions des particules de NO et drsquoO2 car on peut deacutetecter N2O2 au cours de la reacuteaction

Un sceacutenario plus probable pour la reacuteaction serait le meacutecanisme de reacuteaction en deux temps ci-dessous

Eacutetape 1 2NO(g) ⟶ N2O2 (g) Eacutetape 2 N2O2 (g) + O2 (g) ⟶ 2NO2 (g)

Reacuteaction nette 2NO(g) + O2 (g) ⟶ 2NO

Comme N2O2 apparaicirct dans le meacutecanisme de reacuteaction mais pas dans lrsquoeacutequation chimique globale on dit qursquoil est intermeacutediaire Les catalyseurs de mecircme que les intermeacutediaires nrsquoapparaissent pas dans lrsquoeacutequation globale de la reacuteaction par exemple dans la deacutecomposition de lrsquoozone avec le chlore comme catalyseur Eacutetape 1 Cl2 (g) + O3 (g) ⟶ ClO(g) + O2 (g) Eacutetape 2 O3 (g) ⟶ O2 (g) + O(g) Eacutetape 3 ClO(g) + O(g) ⟶ Cl2 (g) + O2 (g)

Reacuteaction nette 2O3 (g) ⟶ 3O2 (g)

Dans lrsquoexemple ci-dessus Cl2(g) est un catalyseur et ClO(g) est un intermeacutediaireLes processus eacuteleacutementaires les plus lents deacutetermineront la vitesse de reacuteaction Crsquoest ce qursquoon appelle lrsquoeacutetape cineacutetiquement deacuteterminante

On peut utiliser des analogies pour illustrer le concept de lrsquoeacutetape cineacutetiquement deacuteterminante par exemple la vaisselle ougrave lrsquoeacutetape la plus longue (le lavage des plats) serait lrsquoeacutetape cineacutetiquement deacuteterminante Amener les eacutelegraveves agrave reconnaicirctre que les efforts visant agrave acceacuteleacuterer les autres eacutetapes nrsquoont que peu drsquoinfluence sur la dureacutee du nettoyage de la vaisselle mais que crsquoest en acceacuteleacuterant lrsquoeacutetape la plus longue qursquoon raccourcit le plus la corveacutee de la vaisselle

La moleacuteculariteacute drsquoune reacuteaction deacutesigne le nombre de particules en jeu dans une eacutetape eacuteleacutementaire Les moleacutecules peuvent ecirctre du mecircme type ou de types diffeacuterents Lrsquoeacutetape eacuteleacutementaire peut comprendre une seule particule (unimoleacuteculaire) deux particules (bimoleacuteculaire) ou trois particules (trimoleacuteculaire) Il est possible drsquoutiliser les eacutetapes eacuteleacutementaires drsquoune reacuteaction pour deacuteduire une loi de vitesse (eacutetudieacutee au RAS C12-3-09)

Exemples drsquoeacutetapes eacuteleacutementaires

1 Unimoleacuteculaire conversion du cyclopropane en propegravene

Il nrsquoy a qursquoune seule particule en jeu dans ce meacutecanisme de reacuteaction agrave une eacutetape soit le cyclopropane

2 Bimoleacuteculaire production de dioxyde drsquoazote

Les deux eacutetapes eacuteleacutementaires pour la production de dioxyde drsquoazote mettent en jeu deux particules

Eacutetape 1 NO(g) + NO(g) ⟶ N2O2 (g)

Eacutetape 2 N2O2 (g) + O2 (g) ⟶ 2NO2 (g)

3 Trimoleacuteculaire

Il y a tregraves peu de reacuteactions qui neacutecessitent trois particules pour reacuteagir simultaneacutement dans une eacutetape eacuteleacutementaire

En fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave utiliser la theacuteorie des collisions et des diagrammes drsquoeacutenergie cineacutetique et drsquoeacutenergie potentielle pour expliquer leurs observations deacutecoulant des laboratoires du bloc drsquoenseignement preacuteceacutedent Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer aussi ce qui se passe agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

2Proposer aux eacutelegraveves drsquoindiquer dans leur carnet scientifique comment ils se sentiraient et agiraient srsquoils eacutetaient une substance intermeacutediaire dans un meacutecanisme de reacuteaction

1Demander aux eacutelegraveves drsquointerpreacuteter des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle et de dessiner des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle agrave partir de donneacutees fournies On srsquoattend agrave ce que les eacutelegraveves puissent dessiner un diagramme drsquoeacutenergie potentielle et indiquer sur leur diagramme la quantiteacute drsquoeacutenergie potentielle que recegravelent les reacuteactifs et les produits lrsquoeacutenergie drsquoactivation neacutecessaire le complexe activeacute lrsquoeacutetape deacuteterminante et la variation drsquoenthalpie ou chaleur de reacuteaction c-agrave-d la quantiteacute de chaleur absorbeacutee (reacuteaction endothermique) ou libeacutereacutee (reacuteaction exothermique)

2Proposer aux eacutelegraveves drsquointerpreacuteter des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle en reacutepondant aux questions suivantes

- Lesquels des reacuteactifs ou des produits se trouvent au niveau drsquoeacutenergie le plus eacuteleveacute- Lrsquoeacutenergie est-elle absorbeacutee ou libeacutereacutee agrave la fin de la reacuteaction- Une fois que le complexe activeacute est formeacute est-ce que la reacuteaction donne toujours lieu agrave la formation de produits- Quelle eacutetape du meacutecanisme de reacuteaction est lrsquoeacutetape deacuteterminante

3Inviter les eacutelegraveves agrave creacuteer leur propre analogie drsquoun meacutecanisme de reacuteaction

entre autres les reacuteactions drsquoordre 0 1 ou 2 les graphiques de la vitesse en fonction de la concentration RAG D3

RAG D3

En tecircte

Inviter les eacutelegraveves agrave examiner le tableau ci-dessous pour la reacuteaction A ⟶ B

EssaiConcentration initiale de A

Vitesse initialemolLs

1 010 52 020 103 030 15

- Quelle est la relation entre la concentration initiale de A et la vitesse initiale de la reacuteaction (Les eacutelegraveves peuvent indiquer par exemple qursquoagrave mesure que la concentration augmente la vitesse initiale augmente aussi Crsquoest un rapport proportionnel)

Bloc E La loi drsquoune vitesse de reacuteaction

En quecircte

Enseignement direct ndash la loi de vitesse La loi de vitesse diffeacuterencieacutee est deacutetermineacutee par la meacutethode des vitesses initiales alors que pour la loi de vitesse inteacutegreacutee on utilise la variation de la concentration en fonction du temps pour deacuteterminer la vitesse Eacuteviter drsquoutiliser la loi de vitesse inteacutegreacutee car elle demande trop de calculs Insister sur lrsquoutiliteacute de se servir de la meacutethode des vitesses initiales Un point majeur agrave se rappeler est que les composantes de la loi de vitesse doivent ecirctre deacutetermineacutees par voie expeacuterimentale et non par lrsquousage de la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction (voir Chimie 12 p 278-284 ou Chimie 12 STSE p 380-383)

Pour la reacuteaction eacutetudieacutee agrave la section laquo En tecircte raquo on peut eacutecrire le rapport comme suit

vitesse prop [A]x

ougrave x est appeleacute lrsquoordre de reacuteaction Lrsquoordre indique la mesure dans laquelle la vitesse est influenceacutee par la variation de concentration des reacuteactifs Par exemple si en doublant la concentration drsquoun reacuteactif on double la vitesse de reacuteaction cette reacuteaction est de premier ordre pour ce reacuteactif (x = 1) Si le fait de doubler la concentration drsquoun reacuteactif donne lieu agrave une vitesse quatre fois plus grande (22) la reacuteaction est du deuxiegraveme ordre pour ce reacuteactif (x = 2) Pour eacutevaluer ce rapport drsquoun point de vue matheacutematique il faut remplacer le symbole de proportionnaliteacute par le signe laquo eacutegal raquo et inclure une constante de proportionnaliteacute Dans le cas preacutesent on parle de constante de vitesse dont lrsquoabreacuteviation est k

vitesse = k[A]x

Dans ce cas x est eacutegal agrave 1

Pour la reacuteaction NO2 (g) + CO(g )⟶ NO(g) + CO2 (g) on obtient les donneacutees suivantes Deacutetermine la loi de vitesse globale pour cette reacuteaction

Essai Vitesse initiale(molL∙s)

[NO2] initiale(molL)

[CO] initiale(molL)

1 00050 010 0102 0080 040 0103 00050 010 020

Solution a) Prenons le rapport entre les vitesses initiales pour les deux essais dans lesquels un seul

reacuteactif a changeacute

Essai 2 [NO2] = 040

Essai 1 [NO2] 010 = 4 fois (concentration quadrupleacutee)

Essai 2 vitesse = 0080 = 16 fois (vitesse multiplieacutee par 16) Essai 1 vitesse 00050

En multipliant la concentration par 4 le temps de reacuteaction est diviseacute par 16 Cela signifie que la vitesse est proportionnelle au carreacute de la concentration de NO2 La reacuteaction est du deuxiegraveme ordre relativement agrave NO2

La loi de vitesse serait la suivante vitesse = k[NO2]2

b) Maintenant prenons le rapport des vitesses initiales des essais 1 et 3 ougrave la concentration de CO change

Essai 3 [CO]

Essai 1 [CO] 010 = 2 fois (concentration doubleacutee)

Essai 3 vitesse = 00050 = 1 fois (pas drsquoaugmentation de vitesse) Essai 1 vitesse 00050

Les donneacutees expeacuterimentales montrent que la vitesse de reacuteaction ne change pas lorsqursquoon augmente la concentration de CO Quelle que soit la quantiteacute de CO en preacutesence la vitesse de reacuteaction ne deacutepend pas de la [CO] Par conseacutequent la reacuteaction est de lrsquoordre zeacutero relativement agrave CO

La loi de vitesse devrait ecirctre vitesse = k[NO2]2 [CO]0 = k [NO2]2 (1) = k[NO2]2

Souligner le fait que la valeur de k est speacutecifique agrave chaque reacuteaction et qursquoelle ne change pour cette reacuteaction que si la tempeacuterature change

Tableau reacutecapitulatifIncidence de la variation de concentration et de lrsquoordre de reacuteaction sur la vitesse

Ordre de reacuteactionVariation de concentration 0 1 2 3 1 10 = 1 11 = 1 12 = 1 13 = 1 2 (doubleacutee) 20 = 1 21 = 2 22 = 4 23 = 8 3 (tripleacutee) 30 = 1 31 = 3 32 = 9 33 = 27 Activiteacute de laboratoire Si le temps le permet proposer aux eacutelegraveves de reacutealiser lrsquoactiviteacute de laboratoire ci-dessous

bull Expeacuterience 6-B La deacutetermination de la loi de vitesse drsquoune reacuteaction catalyseacutee (voir Chimie 12 p 306)

En fin

Demander aux eacutelegraveves de deacutecrire lrsquoeffet produit lorsque [A] est doubleacutee tripleacutee et quadrupleacutee par rapport agrave la vitesse globale des reacuteactions chimiques avec les lois de vitesse suivantes vitesse = k[A]0 vitesse = k[A]1 vitesse = k[A]2 vitesse = k[A]3

1Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes sur les lois de vitesse

LiSTE DES ANNExES

ANNEXE 1 Entrevue avec un partenaire ndash La cineacutetique 350

ANNEXE 2 Vitesse de reacuteaction 353

ANNEXE 3 Mesurer la vitesse de reacuteaction 359

ANNEXE 4 Deacutetermination graphique de la vitesse drsquoune reacuteaction chimique 360

ANNEXE 5 Expeacuterience ndash Deacutetermination graphique de la vitesse drsquoune reacuteaction

chimique 362

ANNEXE 6 Exercice ndash La cineacutetique 365

ANNEXE 7 La cineacutetique ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 367

ANNEXE 8 Exercice 2 ndash La cineacutetique 371

ANNEXE 9 Exercice 2 ndash Corrigeacute 373

ANNEXE 10 Problegravemes de cineacutetique chimique 377

ANNEXE 11 Problegravemes de cineacutetique chimique ndash Corrigeacute 379

ANNEXE 12 Expeacuterience ndash Capter des bulles de gaz 383

ANNEXE 13 Capter des bulles de gaz ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 387

ANNEXE 14 Expeacuterience ndash Facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction 389

ANNEXE 15 Facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction ndash Renseignements pour

lrsquoenseignant 391

ANNEXE 1 Entrevue avec un partenaire ndash La cineacutetiquefEUILLE A

1 Explique pourquoi les pommes de terre provenant de compagnies telles que McDonaldrsquos sont coupeacutees en frites qui sont longues et minces plutocirct que courtes et eacutepaisses

Ma reacuteponse

Reacuteponse de monma partenaire

2 Pourquoi entreposer du diluant pour peinture ou de lrsquoessence dans une cabane de jardin est-il plus dangereux en eacuteteacute qursquoen hiver Ma reacuteponse

3 Pourquoi le couvercle sur un tube de balles de tennis peut-il srsquoouvrir accidentellement plus facilement lorsqursquoil fait chaud Ma reacuteponse

4 Tu as le choix de remplir un tube de balles de tennis avec de lrsquoeau ou de lrsquoessence Lequel choisirais-tu pour faire sauter plus facilement le couvercle Pourquoi Ma reacuteponse

5 Pourquoi la poudre de cacao se dissout-elle plus facilement dans du lait chaud que dans du lait froid Ma reacuteponse

ANNEXE 1 Entrevue avec un partenaire ndash La cineacutetique (suite)fEUILLE B

1 La tempeacuterature corporelle est drsquoenviron 37 degC Pourquoi cette tempeacuterature est-elle ideacuteale pour le bon fonctionnement de lrsquoorganisme Pourquoi ne pourrait-elle pas ecirctre plus basse

Ma reacuteponse

2 Les pastilles Alka SeltzerMC reacuteagissent rapidement avec lrsquoeau Explique comment on peut ralentir cette reacuteaction

Ma reacuteponse

3 Pourquoi les fruits ont-ils lrsquoair si frais lorsqursquoon les achegravete mais se deacutegradent si rapidement lorsqursquoon les place dans un bol agrave fruits

Ma reacuteponse

4 Fred achegravete du peroxyde drsquohydrogegravene Il remarque qursquoapregraves trois mois drsquoentreposage dans une armoire le peroxyde srsquoest transformeacute en eau et a perdu ses proprieacuteteacutes antiseptiques Explique ce qui est arriveacute et ce que Fred aurait pu faire pour que le peroxyde laquo dure raquo plus longtemps

Ma reacuteponse

5 On utilise la levure pour fabriquer du pain Pourquoi la pacircte legraveve-t-elle plus rapidement agrave tempeacuterature eacuteleveacutee qursquoagrave basse tempeacuterature

Ma reacuteponse

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Interviews - Kinetics raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 7 novembre 2011) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 2 Vitesse de reacuteaction

introductionCette activiteacute de laboratoire te permettra drsquoobserver quelques changements chimiques et physiques afin de mieux comprendre la vitesse de reacuteaction La variation de la quantiteacute de reacuteactifs ou de produits dans une reacuteaction en fonction du temps srsquoappelle la vitesse de reacuteaction Dans les deux cas les changements physiques et chimiques se produisent agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire et ces changements peuvent ecirctre observeacutes agrave lrsquoeacutechelle macroscopique Lorsque les changements se produisent lentement agrave lrsquoeacutechelle macroscopique les changements moleacuteculaires qui entraicircnent la formation de produits agrave partir de reacuteactifs sont lents eux aussi Agrave lrsquoinverse lorsque la variation est beaucoup plus rapide agrave lrsquoeacutechelle macroscopique cela veut dire que les changements qui se produisent agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire sont plus rapides Cette activiteacute te permettra drsquoexaminer des meacutethodes simples permettant de mesurer la vitesse de reacuteaction de deacuteterminer si les taux sont constants ou non et de comprendre ce qui se passe agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsque ces changements se produisent

1 La vitesse drsquoune reacuteaction de combustion

Mateacuterielbull chronomegravetre ou montrebull chandelle sur un verre de montrebull allumettebull balance eacutelectronique

Deacutemarche1 Regravegle la balance agrave zeacutero2 Place la chandelle fixeacutee au verre de montre sur la balance3 Note la masse de la chandelle dans le tableau ci-dessous4 Allume la chandelle et note sa masse agrave toutes les 10 secondes pendant au moins 4 minutes

Observations

Temps (s) Masse (g) Variation de la masse (g) Temps (s) Masse (g)

Variation de la masse

(g)0 SO 130

10 14020 15030 16040 17050 18060 19070 20080 21090 220100 230110 240120

Analyse1 Sers-toi des donneacutees recueillies pour deacuteterminer le changement de masse de la chandelle

pour chaque intervalle de 10 secondes2 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la reacuteaction de combustion de la cire (C25H52)3 En te reacutefeacuterant aux reacuteactifs et produits de la reacuteaction explique ce qui se passe agrave lrsquoeacutechelle

moleacuteculaire4 Examine la variation de la masse de la chandelle durant les 4 minutes a) Que repreacutesente ce changement de masse agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire b) La chandelle brucircle-t-elle agrave un taux constant Explique c) Y a-t-il un intervalle de temps pendant lequel la chandelle brucircle plus rapidement Encercle cet intervalle dans le tableau d) Y a-t-il un intervalle de temps pendant lequel la chandelle brucircle plus lentement Encercle cet intervalle dans le tableau e) Calcule la vitesse de combustion (par minute) pour cette reacuteaction i pour la premiegravere minute ii pour la deuxiegraveme minute iii pour toute la dureacutee de lrsquoexpeacuterience f) Trace un graphique repreacutesentant la variation de la masse de la chandelle durant sa

combustion Sur le graphique encercle la section qui repreacutesente i la combustion la plus lente ii la combustion la plus rapide iii une vitesse de combustion constante

5) Habituellement cette reacuteaction de combustion se deacuteroule agrave une vitesse constante Lachandelle commence peut-ecirctre agrave brucircler lentement mais la vitesse de combustion augmente jusqursquoagrave ce qursquoelle soit constante et demeure constante jusqursquoagrave ce que la combustion soit termineacutee Explique ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsque la chandelle brucircle lentement au deacutebut de la reacuteaction et ensuite brucircle plus rapidement jusqursquoagrave ce que la reacuteaction se deacuteroule agrave vitesse constante

6) Lorsqursquoon inverse un beacutecher sur la chandelle la taille de la flamme diminue puis la flamme srsquoeacuteteint Explique ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsque la flamme de la chandelle diminue puis cesse de brucircler

2 Le taux drsquoeacutevaporation

Nota cette expeacuterience devrait ecirctre faite sous une hotte

Mateacuterielbull balance eacutelectroniquebull boicircte de Peacutetribull liquide volatil (p ex eacutethanol hexane)bull cylindre gradueacute de 5 mL

Deacutemarche1 Place la boicircte de Peacutetri sur la balance2 Ajoute 5 mL drsquoeacutethanol sur la boicircte de Peacutetri3 Note la masse de lrsquoeacutethanol et de la boicircte dans le tableau ci-dessous4 Note la masse de lrsquoeacutethanol et de la boicircte toutes les 10 secondes pendant au moins 3 minutes

Observations

Temps (s) Masse (g) Variation de la masse (g) Temps (s) Masse (g) Variation de

la masse (g)0 SO 100

10 11020 12030 13040 14050 15060 16070 17080 18090

Analyse1 Sers-toi des donneacutees recueillies pour calculer la variation de la masse pour chaque intervalle de 10 secondes2 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour lrsquoeacutevaporation de lrsquoeacutethanol (C2H5OH)3 Explique ougrave et comment le changement drsquoeacutetat se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsque

lrsquoeacutethanol srsquoeacutevapore (tu peux dessiner ce processus)4 Examine la variation de la masse pendant les 3 minutes a) Que repreacutesente cette variation b) Est-ce que lrsquoeacutethanol srsquoeacutevapore agrave une vitesse constante c) Y a-t-il un intervalle de temps pendant lequel lrsquoeacutethanol srsquoeacutevapore plus rapidement Encercle cet intervalle de temps dans le tableau d) Y a-t-il un intervalle de temps pendant lequel lrsquoeacutethanol srsquoeacutevapore plus lentement Encercle cet intervalle de temps dans le tableau e) Calcule la vitesse drsquoeacutevaporation (en gmin) i pour la premiegravere minute ii pour la deuxiegraveme minute iii pour la troisiegraveme minute iv pour les 3 minutes f) Trace un graphique repreacutesentant la variation de la masse de lrsquoeacutethanol pendant les

3 minutes Sur le graphique encercle la section qui repreacutesente i lrsquoeacutevaporation la plus lente ii lrsquoeacutevaporation la plus rapide iii une vitesse drsquoeacutevaporation constante3 Habituellement lrsquoeacutevaporation se fait agrave une vitesse constante Explique ce qui se produit agrave

lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsque lrsquoalcool srsquoeacutevapore agrave une vitesse constante4 Explique ce qui se produirait agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire srsquoil y avait une hausse soudaine de

tempeacuterature

3 Reacuteaction entre le carbonate de calcium et lrsquoacide chlorhydrique

Mateacuterielbull ballonbull regravegle en plastiquebull ficellebull morceaux de carbonate de calciumbull cylindre gradueacutebull acide chlorhydrique dilueacutebull fiole drsquoErlenmeyer

Deacutemarche1 Verse 50 mL drsquoacide dans la fiole2 Eacutetire le ballon afin qursquoil puisse se gonfler facilement3 Trace une ligne agrave lrsquoaide de la regravegle et drsquoun stylo au niveau de la partie la plus large du

ballon non gonfleacute4 Mesure le diamegravetre du ballon agrave lrsquoaide de la regravegle5 Place 5 eacuteclats de carbonate de calcium dans la fiole et place immeacutediatement le ballon sur

lrsquoouverture Lorsque le ballon se met agrave gonfler mesure son diamegravetre toutes les 10 secondes agrave lrsquoaide de la ficelle jusqursquoagrave ce que tout le carbonate de calcium ait reacuteagi Note ces donneacutees dans le tableau ci-dessous

ObservationsTemps (s) Diamegravetre

(mm)Variation

du diamegravetre (mm)

Temps (s) Diamegravetre (mm)

Variation du diamegravetre (mm)

0102030

Analyse1 Sers-toi des donneacutees recueillies pour calculer le changement de diamegravetre du ballon

pendant la reacuteaction2 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique3 Examine le changement de diamegravetre du ballon pendant la reacuteaction

a) Que repreacutesente le changement de diamegravetre Explique ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

b) La reacuteaction se deacuteroule-t-elle agrave une vitesse constante Explique ta reacuteponse c) Y a-t-il un intervalle de temps pendant lequel la reacuteaction se fait plus rapidement Encercle cet intervalle dans le tableau d) Y a-t-il un intervalle de temps pendant lequel la reacuteaction se fait plus lentement Encercle cet intervalle dans le tableau e) Calcule la vitesse de reacuteaction (mmmin) i pour la premiegravere minute ii pour la deuxiegraveme minute iii pour la troisiegraveme minute iv pour toute la reacuteaction

f) Trace un graphique du changement de diamegravetre en fonction du temps g) Srsquoil y avait une augmentation soudaine de la concentration drsquoacide chlorhydrique

explique pourquoi agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire la vitesse de reacuteaction augmenterait

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning ≪ Introducing Reaction Rates ndash Introductory Lab Activities C12-3-01 ≫ Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 7 novembre 2011) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 3 Mesurer la vitesse de reacuteaction

1 Eacutecris la reacuteaction entre lrsquoacide chlorhydrique et le magneacutesium Comment pourrais-tu mesurer la vitesse de reacuteaction pour une reacuteaction complegravete entre ces deux substances Y a-t-il drsquoautres faccedilons de mesurer la vitesse

2 Eacutecris la reacuteaction pour le fer qui rouille Comment pourrais-tu mesurer la vitesse de cette reacuteaction Quelles uniteacutes seraient utiliseacutees pour repreacutesenter cette vitesse de reacuteaction

3 Imagine un fruit qui se deacutecompose Comment pourrais-tu mesurer la vitesse de cette reacuteaction

4 Eacutecris la reacuteaction chimique drsquoune pastille drsquoAlka-SeltzerMC (composeacute principalement decarbonate de calcium) dans de lrsquoacide chlorhydrique Comment pourrais-tu mesurer la vitesse de la reacuteaction pour une pastille Quelles uniteacutes seraient utiliseacutees pour repreacutesenter cette vitesse de reacuteaction

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning ≪ Measuring Reaction Rates C12-3-02 ≫ Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 7 novembre 2011) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 4 Deacutetermination graphique de la vitesse drsquoune reacuteaction chimique

introductionLa valeur numeacuterique de la vitesse de reacuteaction peut ecirctre deacutetermineacutee en eacutetudiant la variation de quantiteacute drsquoune substance agrave diffeacuterents moments La substance eacutetudieacutee peut ecirctre un produit ou un reacuteactif La vitesse de reacuteaction moyenne peut ecirctre deacutetermineacutee comme suit

vitesse moyenne = ∆ quantiteacute de substance

∆ temps

ou vitesse moyenne =

quantiteacute finale - quantiteacute initiale

temps final - temps initial

La vitesse instantaneacutee drsquoune reacuteaction agrave tout moment laquo t raquo peut ecirctre deacutetermineacutee de faccedilon approximative en traccedilant la tangente agrave la courbe au moment t puis en deacuteterminant la pente de la tangente

ObjectifCette expeacuterience te permettra de mesurer la perte de masse drsquoun reacuteactif agrave plusieurs reprises au cours drsquoune reacuteaction chimique Tu pourras ensuite calculer la vitesse moyenne et les vitesses instantaneacutees de la reacuteaction

La reacuteaction agrave eacutetudier est la suivante

2HCl(aq) + CaCO3(s) ⟶ CaCl2(aq)+ H2O(l) + CO2(g)

Tu vas mesurer la perte de masse de cette reacuteaction agrave mesure que le dioxyde de carbone produit srsquoeacutechappe drsquoun contenant ouvert dans lrsquoatmosphegravere

Deacutemarche1 Place 100 mL drsquoune solution de HCl agrave 3 molL dans un beacutecher de 600 mL Trouve la masse du beacutecher et de lrsquoacide et la masse de 10 gros cristaux de CaCO3 Nrsquoajoute pas le CaCO3 agrave lrsquoacide tout de suite

2 Laisse le beacutecher sur la balance et ajoute le CaCO3 agrave lrsquoacide Inscris la masse du beacutecher avec lrsquoacide et le CaCO3 toutes les 30 secondes pendant 20 minutes

Questions 1 Deacutetermine la masse de CO2 produite agrave chaque intervalle Nota la masse de CO2 est eacutegale agrave la masse perdue pendant cet intervalle

masse de CO2 (t = 30 s) = masse initiale ndash masse (t = 30 s) masse de CO2 (t = 5 min) = masse initiale ndash masse (t = 5 min)

2 Deacutetermine la vitesse moyenne pour les intervalles ci-dessous

bull toute la peacuteriode de 20 minutes bull les 5 premiegraveres minutes bull entre 5 minutes et 15 minutes bull les 5 derniegraveres minutes

3 Trace un graphique de la masse de CO2 produite en fonction du temps de reacuteaction

4 Utilise la meacutethode de la tangente pour deacuteterminer la vitesse instantaneacutee agrave 1 minute agrave 5 minutes agrave 15 minutes et agrave 20 minutes

5 Explique pourquoi la vitesse change de cette faccedilon au fil du temps

ANNExE 5 Expeacuterience ndash Deacutetermination graphique de la vitesse drsquoune reacuteaction chimique introduction

Une reacuteaction chimique est une transformation de reacuteactifs en produits En chimie la vitesse drsquoune reacuteaction correspond au temps neacutecessaire aux reacuteactifs pour se transformer en produits Lorsque des changements chimiques se produisent agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire on peut observer des changements agrave lrsquoeacutechelle macroscopique Lorsque ces changements sont lents agrave lrsquoeacutechelle macroscopique ils sont eacutegalement lents agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire et lorsque les changements sont rapides agrave lrsquoeacutechelle macroscopique ils sont rapides agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

ObjectifCette activiteacute de laboratoire te permettra de mesurer la vitesse drsquoune reacuteaction chimique de deacuteterminer si le taux de changement est constant et de reacutefleacutechir agrave ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsque ces changements surviennent Tu calculeras aussi la vitesse de la reacuteaction agrave lrsquoaide drsquoun graphique

Mateacuteriel bull cylindre gradueacute bull stylo bull regravegle en plastique bull cristaux de carbonate de calcium ou une pastille Tums extra-forte

(les Tums laquo reacuteguliers raquo ont une faible concentration de carbonate de calcium et ne sont donc pas suffisamment reacuteactifs)

bull chronomegravetre bull acide chlorhydrique (1 molL) bull deacutetergent bull balance eacutelectronique (optionnel)

Deacutemarche 1 Verse 20 mL drsquoacide chlorhydrique 1 molL dans un cylindre gradueacute 2 Ajoute 10 gouttes de deacutetergent agrave lrsquoacide et fais tourbillonner le cylindre pour bien dissoudre

le deacutetergent dans lrsquoacide Eacutevite de creacuteer de la mousse 3 Place un gros cristal de carbonate de calcium ou une pastille Tums dans le cylindre

et note immeacutediatement le niveau initial de la solution Le carbonate de calcium commencera immeacutediatement agrave reacuteagir et le gaz libeacutereacute sera capteacute dans des bulles de savon

4 Toutes les 10 secondes mesure la hauteur des bulles de savon agrave lrsquoaide de la regravegle Continue jusqursquoagrave ce que la reacuteaction cesse Il est probable que le niveau drsquoacide diminue pendant la reacuteaction Mesure lrsquoaccumulation TOTALE des bulles pour chaque mesure car le niveau laquo 0 raquo va changer Note ces observations dans le tableau de la prochaine page

5 Une fois la reacuteaction termineacutee deacutetermine la variation de la hauteur des bulles pour chaqueintervalle de 10 secondes et note cette mesure dans le tableau de donneacutees

Observations

Temps (s) Hauteur des bulles (mm)

Variation de la hauteur

(mm)Temps (s) Hauteur des

bulles (mm)

(mm)0 0 SO1020

1 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction2 Que signifie la variation de la hauteur des bulles dans le cylindre gradueacute par rapport agrave

lrsquoeacutequation chimique de la reacuteaction 3 Trace un graphique du volume de dioxyde de carbone produit en fonction du temps

Analyse1 Examine le graphique Tu trsquoattendais peut-ecirctre agrave observer une pente plutocirct eacuteleveacutee au deacutebut de la reacuteaction Explique pourquoi la vitesse de reacuteaction eacutetait plutocirct lente initialement2 La reacuteaction se deacuteroule-t-elle agrave une vitesse constante Explique pourquoi ou pourquoi pas3 Y a-t-il un intervalle de temps durant lequel la reacuteaction se fait plus rapidement Encercle cet

intervalle dans le graphique4 Y a-t-il un intervalle de temps durant lequel la reacuteaction se fait plus lentement Encercle cet intervalle dans le graphique

5 Calcule la vitesse moyenne de reacuteaction pour les intervalles ci-dessous a) premiegravere minute b) deuxiegraveme minute c) troisiegraveme minute d) intervalle de temps durant lequel la reacuteaction est la plus rapide e) intervalle de temps durant lequel la reacuteaction est la plus lente f) toute la dureacutee de la reacuteaction

6 Agrave lrsquoaide de la meacutethode de tangente calcule la vitesse instantaneacutee de la reacuteaction au point sur la courbe ougrave la reacuteaction est la plus lente

7 Agrave lrsquoaide de la meacutethode de tangente calcule la vitesse instantaneacutee de la reacuteaction au point sur la courbe ougrave la reacuteaction est la plus rapide

8 Explique ce qui se produit au cours de la reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle particulaire en te reacutefeacuterantagrave lrsquoeacutequation de la reacuteaction

9 Srsquoil y avait une augmentation soudaine de la tempeacuterature de lrsquoacide (p ex si on leplaccedilait dans un bain drsquoeau chaude) explique pourquoi agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire la reacuteaction se ferait plus rapidement

________________ Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning ≪ Graphical Determination of the Rate of a Chemical Reaction

C12-3-03 ≫ Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 7 novembre 2011) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 6 Exercice ndash La cineacutetique

Une chimiste eacutetudie la formation de dioxyde drsquoazote agrave partir de monoxyde drsquoazote et drsquooxygegravene Lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee de la reacuteaction est la suivante

O2(g) + 2NO(g) ⟶ 2NO2(g)

La chimiste a mesureacute la concentration des trois gaz agrave divers intervalles de temps Les donneacutees

obtenues sont preacutesenteacutees ci-dessous

Temps (min) Concentration (molL)

[O2] [NO] [NO2] 0 0000 343 0000 514 0

2 0000 317 0000 461 0000 053

4 0000 289 0000 406 0000 108

6 0000 271 0000 368 0000 146

10 0000 242 0000 311 0000 204

16 0000 216 0000 259 0000 256

26 0000 189 0000 206 0000 308

41 0000 167 0000 162 0000 353

51 0000 158 0000 143 0000 372

61 0000 150 0000 127 0000 387

71 0000 144 0000 116 0000 399

1 Trace un graphique repreacutesentant ces donneacutees Place les concentrations de gaz surlrsquoaxe des y (ordonneacutees) et le temps sur lrsquoaxe des x (abscisses) La vitesse moyenne peut ecirctre calculeacutee pour une peacuteriode donneacutee en reliant par une ligne droite deux points sur la courbe et en deacuteterminant la pente de cette droite La vitesse instantaneacutee est deacutetermineacutee en traccedilant une tangente agrave la courbe agrave un point donneacute et en deacuteterminant la pente de cette tangente

2 Quelles sont la vitesse de reacuteaction moyenne de lrsquooxyde drsquoazote et de lrsquooxygegravene et lavitesse de formation moyenne du dioxyde drsquoazote au cours des 71 minutes de lareacuteaction Deacutetermine la vitesse pour chaque substance

3 Quelles sont la vitesse moyenne de disparition de NO et drsquoO2 et la vitesse moyenne de production de NO2 pendant les 10 premiegraveres minutes et les 10 derniegraveres minutes

4 Agrave lrsquoaide du graphique trouve la vitesse instantaneacutee de disparition drsquoO2 et de NO et lavitesse instantaneacutee de formation de NO2 agrave 4 minutes et agrave 41 minutes du deacutebut delrsquoexpeacuterience

Explique pourquoi la vitesse change

5 Que remarques-tu concernant les rapports des vitesses de disparition de lrsquooxygegravene et du monoxyde drsquoazote et la vitesse de production du dioxyde drsquoazote

ANNEXE 7 La cineacutetique ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

1 Graphique de la reacuteaction

2 Pendant les 71 minutes de la reacuteaction

vitesse moyenne pour NO = 0000 116 mol fraslL - 0000 514 mol fraslL

71 min - 0 min

= 561 times 10-6 mol fraslL∙min

vitesse moyenne pour O2 = 0000 144 mol fraslL - 0000 343 mol fraslL

71 min - 0 min

vitesse moyenne pour NO2 = 0000 399 mol fraslL - 0 mol fraslL

71 min - 0 min

3 Au cours des 10 premiegraveres minutes

10 min - 0 min

Au cours des 10 derniegraveres minutes

71 min - 61 min

vitesse moyenne pour NO2 = 0000 399 mol fraslL - 0000 387 mol fraslL

71 min - 61 min

4 Les reacuteponses peuvent varier leacutegegraverement selon la faccedilon de tracer la tangente au point agrave

4 minutes

vitesse instantaneacutee pour NO = 0000 28 mol fraslL - 0000 485 mol fraslL

10 min - 0 min

vitesse instantaneacutee pour O2 = 0000 22 mol fraslL - 0000 33 mol fraslL

10 min - 0 min

vitesse instantaneacutee pour NO2 = 0000 242 mol fraslL - 0000 33 mol fraslL

10 min - 0 min

Les reacuteponses peuvent varier leacutegegraverement selon la faccedilon de tracer la tangente au point agrave 41 minutes

60 min - 30 min

70 min - 20 min

50 min - 30 min

5 Le rapport entre O2 et NO2 est de 12 La vitesse de disparition drsquoO2 eacutequivaut agrave la moitieacutede la vitesse de formation de NO2

Le rapport entre NO et NO2 est de 22 ou 11 La vitesse de disparition de NO est eacutegal agrave la vitesse de formation de NO2

ANNEXE 8 Exercice 2 ndash La cineacutetique

Une chimiste eacutetudie la deacutecomposition du pentaoxyde de diazote agrave 45 degCLrsquoeacutequation eacutequilibreacutee srsquoeacutecrit comme suit

2N2O5(g) ⟶ 4NO2(g) + 2O2(g)

La chimiste a mesureacute la concentration de pentaoxyde de diazote agrave des intervalles de 10 minutespendant 100 minutes agrave lrsquoaide de la colorimeacutetrie (spectrophotomegravetre) Le tableau ci-dessous comprend les donneacutees recueillies

[N2O5] [NO2] [O2] 0 00124 0 0

10 00092

20 00068

30 00050

40 00037

50 00027

60 00020

70 00014

80 00011

90 00008

100 00006

1 Agrave partir de ces donneacutees et de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee calcule la concentration de dioxyde drsquoazote et drsquooxygegravene gazeux agrave chaque intervalle puis construis un graphique illustrant ces donneacutees les concentrations de gaz en ordonneacutee (axe des y) et le temps en abscisse (axe des x) La vitesse moyenne peut ecirctre calculeacutee pour une peacuteriode donneacutee en reliant par une ligne droite deux points sur la courbe et en deacuteterminant la pente de cette droite La vitesse instantaneacutee est deacutetermineacutee en traccedilant une tangente agrave la courbe agrave un point donneacute et en deacuteterminant la pente de cette tangente

2 Quelle est la vitesse moyenne de deacutecomposition du pentaoxyde de diazote et de formation de dioxyde drsquoazote et drsquooxygegravene pendant toute la peacuteriode de 100 minutes Deacutetermine la vitesse pour chaque substance

3 Quelle est la vitesse moyenne de deacutecomposition de N2O5 pour les 20 premiegraveres minutes et pour les 20 derniegraveres minutes

4 Trouve la vitesse instantaneacutee de deacutecomposition de N2O5 et la vitesse instantaneacutee de formation de NO2 et drsquoO2 agrave 10 minutes et agrave 80 minutes du deacutebut de lrsquoexpeacuterience Montre la meacutethode utiliseacutee sur le graphique Explique pourquoi la vitesse change

5 Explique pourquoi la vitesse change entre 10 et 80 minutes

ANNEXE 9 Exercice 2 ndash Corrigeacute

1 Tableau et graphique

Deacutecomposition du N2O5 agrave 45

Temps (min)

Concentration (molL)

[N2O5] [NO2] [O2] 0 00124 0 0

10 00092 00064 00032

20 00068 00112 00056

30 00050 00148 00074

40 00037 00174 00087

50 00027 00194 00097

60 00020 00208 00104

70 00014 00220 00110

80 00011 00226 00113

90 00008 00232 00116

100 00006 00236 00118

2 Pour lrsquointervalle de temps de 100 minutes

vitesse moyenne pour N2O5 = 00006 molfraslL - 00124 mol fraslL

100 min - 0 min

vitesse moyenne pour NO2 = 00236 molfraslL - 0 mol fraslL

100 min - 0 min

vitesse moyenne pour O2 = 00118 mol fraslL - 0 mol fraslL

100 min - 0 min

3 Pendant les 20 premiegraveres minutes

20 min - 0 min

Pendant les 20 derniegraveres minutes

100 min - 80 min

4 Les reacuteponses peuvent varier leacutegegraverement selon la faccedilon de tracer la tangente au point agrave 10 minutes

vitesse instantaneacutee pour N2O5 = 000370 molfraslL - 00118 mol fraslL

30 min - 0 min

vitesse instantaneacutee pour NO2 = 00165 molfraslL - 00012 mol fraslL

30 min - 0 min

vitesse instantaneacuteee pour O2 = 00025 molfraslL - 00004 mol fraslL

20 min - 0 min

Les reacuteponses peuvent varier leacutegegraverement selon la faccedilon de tracer la tangente au point agrave80 minutes

15 min - 50 min = 308 times 10-5 mol fraslL∙min

vitesse instantaneacutee pour NO2 = 0005 90 molfraslL - 0005 20 mol fraslL

5 Il y a moins de particules de reacuteactif disponibles agrave mesure que le temps passe donc la vitesse de reacuteaction ralentit agrave mesure que la reacuteaction srsquoeffectue

ANNEXE 10 Problegravemes de cineacutetique chimique

1 Donne trois exemples de proprieacuteteacutes directement lieacutees aux reacuteactifs ou aux produits quipeuvent ecirctre utiliseacutees pour mesurer la vitesse de reacuteaction

2 Quelle proprieacuteteacute serait approprieacutee pour mesurer la vitesse dans chacune des reacuteactionssuivantes Explique ton raisonnement

a) MnO + 5Fe2+ + 8H+ ⟶ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O

b) Zn + H2SO4 ⟶ H2 + ZnSO4

3 Quelles uniteacutes ont eacuteteacute utiliseacutees pour exprimer la vitesse de reacuteaction

4 Dans la reacuteaction 3H2 + N2 ⟶ 2NH3 comment la vitesse de disparition de lrsquohydrogegravene secompare-t-elle agrave la vitesse de disparition de lrsquoazote Comment la vitesse de production deNH3 se compare-t-elle agrave la vitesse de disparition de lrsquoazote

5 Pour la reacuteaction 2A + B ⟶ 3C on a constateacute que la vitesse de disparition de B eacutetait de 030 molLs Quelle eacutetait la vitesse de disparition de A et la vitesse de formation de C

6 Pour la reacuteaction 2N2O5 ⟶ 4NO2 + O2 on a constateacute qursquoagrave une certaine tempeacuterature lavitesse de disparition de N2O5 est de 25 106 molLs Quelle est la vitesse de formation de NO2 et drsquoO2

7 Eacutecris les expressions de vitesse pour les reacuteactions suivantes en fonction de la disparition des reacuteactifs et de la formation des produits

a) CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g)+ 2H2O(g) b) 3O2(g) ⟶ 2O3(g) c) 4NH3(g) + 5O2(g) ⟶ 4NO(g) + 6H2O(g) d) I(aq)+ OCl(aq) ⟶ Cl(aq)+ OI(aq)

_ _ _ _

8 Dans une reacuteaction de combustion 80 mol de meacutethane reacuteagissent complegravetement en 32 secondes dans un reacutecipient de 200 L contenant de lrsquooxygegravene gazeux en excegraves

CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g) + 2H2O(g)

Calcule la vitesse moyenne de disparition du meacutethane gazeux en molLs Calcule la vitesse moyenne de disparition de lrsquooxygegravene gazeux en molLs Calcule la vitesse moyenne de production de dioxyde de carbone gazeux en molLs Calcule la vitesse moyenne de production de la vapeur drsquoeau en molLs

9 Lrsquoiodure drsquohydrogegravene et lrsquooxygegravene reacuteagissent pour former lrsquoiode gazeux et de la vapeur drsquoeau Si lrsquooxygegravene gazeux reacuteagit agrave une vitesse de 00042 molLs

4HI(g) + O2(g) ⟶ 2I2(g)+ 2H2O(g)

a) Quelle est la vitesse de formation drsquoiode gazeux en molLs b) Quelle est la vitesse de formation de la vapeur drsquoeau en molLs c) Quelle est la vitesse de disparition de lrsquoiodure drsquohydrogegravene gazeux en molLs

ANNEXE 11 Problegravemes de cineacutetique chimique ndash Corrigeacute

1 Les reacuteactions qui produisent un gaz (mesurer le volumela pression) reacuteaction dont le produit est un ion (conductiviteacute) reacuteactions qui produisent un changement de couleur (spectromegravetre - mesurer lrsquointensiteacute de la couleur)

2 a) Observer le changement de couleur serait la meilleure faccedilon de mesurer la vitesse de

reacuteaction Lorsque lrsquoion permanganate (MnO4- ) disparaicirct la couleur rose de la solution

disparaicirct elle aussi Il est eacutegalement possible qursquoune couleur rouge-brun apparaisse agrave mesure que le Fe3+ se forme

b) Puisque lrsquohydrogegravene gazeux est produit on pourrait recueillir le gaz et mesurer son

volume agrave mesure que la reacuteaction srsquoeffectue Si le contenant est scelleacute on pourrait mesurer lrsquoaugmentation de pression

3 molfraslL∙s

4 3H2 + N2 ⟶ 2NH3

La vitesse de disparition de H2 est trois fois plus grande que la vitesse de disparition de N2

3H2 + N2 ⟶ 2NH3

La vitesse de production de NH3 est deux fois plus grande que la vitesse de disparition de N2

5 La vitesse de disparition de A srsquoeacutecrit comme suit

2A + B ⟶ 3C

Ceci repreacutesente le double (2x) de la vitesse de disparition de B (030 molL∙s ) = 2 times 030 mol fraslL∙s = 060 mol fraslL∙s

La vitesse de formation de C srsquoeacutecrit comme suit 2A + B ⟶ 3C

Ceci repreacutesente trois fois (3x) la vitesse de disparition de B (030 molLs) = 3 times 030 mol fraslL∙s = 090 molfraslL∙s

6 2N2O5 ⟶ 4NO2 + O2

Ceci repreacutesente un rapport de 24 ou 12 La vitesse de formation de NO2 est deux fois plus grande que la vitesse de disparition de

N2O5 La vitesse de formation de NO2 = 2 times 25times10-6 mol fraslL∙s = 50times10-6 molfraslL∙s

2N2O5 ⟶ 4NO2 + O2

La vitesse de formation drsquoO2 eacutequivaut agrave la moitieacute de la vitesse de disparition de N2O5

La vitesse de formation drsquoO2 = times 25times10-6 mol fraslL∙s = 125times10-6 mol fraslL∙s

7 a) CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g)+ 2H2O(g)

vitesse = - ∆[CH4] = - 1 ∆[O2] = ∆ [CO2] =

1 ∆[H2O] ∆t 2 ∆t ∆t 2 ∆t

b) 3O2(g) ⟶ 2O3(g)

vitesse =- 1 ∆[O2]= 1 ∆[O3]

3 ∆t 2 ∆t

c) 4NH3(g) + 5O2(g) ⟶ 4NO(g)+ 6H2O(g) vitesse = -

1 ∆[NH3] = - 1 ∆[O2] =

1 ∆[NO] =

1 ∆[H2O] 4 ∆t 5 ∆t 4 ∆t 6 ∆t

d) I-(aq) + OCl-

(aq) ⟶ Cl-(aq)+ OI-

(aq) vitesse = ∆[I-]

= ∆[OCl-]

= ∆[Cl-]

= ∆[OI-]

∆t ∆t ∆t ∆t

8 La vitesse de disparition de CH4 = concentration frasltemps = 4mol fraslL = 125mol fraslL∙s 32 s

a) vitesse de disparition drsquoO2

CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g)+ 2H2O(g)

La vitesse de disparition drsquoO2 est deux fois plus grande que la vitesse de disparition de CH4

2 times 125 mol fraslL∙s = 250 mol fraslL∙s

b) vitesse de production de CO2

CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g)+ 2H2O(g)

La vitesse de production de CO2 est eacutegale agrave la vitesse de disparition de CH4 1 times 125 mol fraslL∙s = 125 mol fraslL∙s

c) vitesse de production de H2O La vitesse de production de H2O est deux fois plus grande que la vitesse de disparition de CH4

CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g)+ 2H2O(g)

9 a) 4HI(g) + O2(g) ⟶ 2I2(g)+ 2H2O(g)

La vitesse de formation drsquoI2 est deux fois plus grande que la vitesse de disparition drsquoO2

b) 4HI(g) + O2(g) ⟶ 2I2(g)+ 2H2O(g)

La vitesse de formation de H2O est deux fois plus grande que la vitesse de disparitiondrsquoO2

c) 4HI(g) + O2(g) ⟶ 2I2(g)+ 2H2O(g)

La vitesse de disparition de HI est quatre fois plus grande que la vitesse de disparition drsquoO2 4 times 00042 mol fraslL∙s = 00168 mol fraslL∙s

ANNEXE 12 Expeacuterience ndash Capter des bulles de gaz

introduction

Lrsquoacide chlorhydrique et le carbonate de calcium reacuteagissent pour former du chlorure de calcium du dioxyde de carbone et de lrsquoeau selon la reacuteaction suivante

2HCl(l) + CaCO3(s) ⟶ CaCl2(l)+ CO2(g) + H2O(l)

Pour cette activiteacute ton groupe devra concevoir trois expeacuteriences afin de mesurer lrsquoinfluence de la concentration de la tempeacuterature et de la surface de contact sur la vitesse de reacuteaction

Pour chacune de ces expeacuteriences la vitesse de reacuteaction peut ecirctre deacutetermineacutee en mesurant la production de dioxyde de carbone en fonction du temps eacutecouleacute

Mateacuteriel disponiblebull HCl 01 MolL (15 mLessai) bull brucircleur Bunsen bull tubes de vinyle bull HCl 1 MolL (15 mLessai) bull support universel bull bain de glace bull HCl 5 MolL (15 mLessai) bull thermomegravetre bull cylindre gradueacute bull CaCO3 (en poudre) bull seau bull balance bull CaCO3 (morceaux) bull bouchons en caoutchouc bull flacons et beacutechers

Si tu veux du mateacuteriel suppleacutementaire demande srsquoil est disponible

Suggestions pour la deacutemarche Suggestions geacuteneacuterales1 Avant de commencer les expeacuteriences le groupe doit deacuteterminer la faccedilon dont le dioxyde de carbone sera mesureacute de faccedilon preacutecise pour chaque essai en utilisant le mateacuteriel fourni2 Il faut aussi utiliser des intervalles de temps constants afin de comparer les repreacutesentations graphiques de tes reacutesultats Comment allez-vous mesurer la production de gaz en fonction du temps de faccedilon constante3 Pour chacune des expeacuteriences comment allez-vous consigner les donneacutees et les observations pour chaque essai (il faudra creacuteer un graphique agrave partir des donneacutees)

Expeacuterience 1 effet de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction

1 Comment allez-vous faire varier la tempeacuterature afin drsquoavoir trois essais diffeacuterents a) Essai 1 b) Essai 2 c) Essai 3

2 Afin de concevoir un test speacutecialement pour cette expeacuterience toutes les variables sauf la tempeacuterature doivent demeurer identiques pour chaque essai Qursquoest-ce qui ne doit pas changer dans cette expeacuterience et comment allez-vous vous assurer que ces variables demeurent constantes pour que lrsquoexpeacuterience soit valable

Expeacuterience 2 effet de la concentration sur la vitesse de reacuteaction

1 Comment allez-vous faire varier la concentration pour creacuteer trois essais diffeacuterents a) Essai 1 b) Essai 2 c) Essai 3 2 Afin de concevoir un test speacutecialement pour cette expeacuterience toutes les variables sauf

la concentration doivent demeurer identiques pour chaque essai Qursquoest-ce qui ne doit pas changer dans cette expeacuterience et comment allez-vous vous assurer que ces variables demeurent constantes pour que lrsquoexpeacuterience soit valable

Expeacuterience 3 effet de la surface de contact sur la vitesse de reacuteaction

1 Comment allez-vous faire varier la surface de contact pour creacuteer trois essais diffeacuterentsa) Essai 1 b) Essai 2 c) Essai 3

2 Afin de concevoir un test speacutecialement pour cette expeacuterience toutes les variables sauf la surface de contact doivent demeurer identiques pour chaque essai Qursquoest-ce qui ne doit pas changer dans cette expeacuterience et comment allez-vous vous assurer que ces variables demeurent constantes pour que lrsquoexpeacuterience soit valable

Partie A analyse graphiqueReacuteponds aux questions suivantes pour chacune des trois expeacuteriences1 Agrave lrsquoaide des donneacutees recueillies trace un graphique de la production de dioxyde de carbone

en fonction du temps pour chaque essai2 Si la mecircme quantiteacute de carbonate de calcium a eacuteteacute utiliseacutee pour chaque essai la quantiteacute de

gaz produit devrait-elle ecirctre identique3 Les graphiques indiquent-ils que la quantiteacute de gaz produit est la mecircme Si ce nrsquoest pas le

cas explique pourquoi

Partie B vitesse de reacuteaction1 Calcule la vitesse de reacuteaction moyenne pour chaque essai de la premiegravere expeacuterience

(effet de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction)2 Compare ces vitesses moyennes avec les trois graphiques traceacutes pour chaque essai Sans

calculer les vitesses de reacuteaction pour la deuxiegraveme expeacuterience (effet de la concentration sur la vitesse de reacuteaction) trouve la reacuteaction la plus rapide la plus lente et celle qui a une vitesse moyenne Eacutecris ces mots sur les graphiques

3 Reacuteponds de nouveau agrave la question 2 pour la troisiegraveme expeacuterience (effet de la surface decontact sur la vitesse de reacuteaction)

Partie C analyse agrave lrsquoeacutechelle particulaire1 Qursquoarrive-t-il aux particules agrave mesure que la tempeacuterature augmente Comment cette

information peut-elle ecirctre utiliseacutee pour expliquer pourquoi la quantiteacute de dioxyde de carbone produit par uniteacute de temps est plus grande agrave des tempeacuteratures plus eacuteleveacutees

2 Dans lrsquoexpeacuterience 2 le dioxyde de carbone a eacuteteacute produit en plus grande quantiteacute agrave des concentrations drsquoacide chlorhydrique plus eacuteleveacutees Dessine un diagramme particulaire comparant les concentrations drsquoacide chlorhydrique suivantes

01 molL 1 molL et 5 molL3 Agrave lrsquoaide du diagramme traceacute agrave la question 2 explique pourquoi le dioxyde de carbone a eacuteteacute

produit en plus grande quantiteacute lorsqursquoon a augmenteacute la concentration drsquoacide chlorhydrique4 Lequel des essais de lrsquoexpeacuterience 3 a donneacute la plus grande production de dioxyde de

carbone 5 Agrave lrsquoaide des diagrammes ci-dessous explique pourquoi lrsquoessai avec la plus grande surface

de contact a produit la reacuteaction la plus rapide

Chaque cube compte six faces identiques (un cube est eacutegal agrave un laquo morceau raquo ndash petit ou grand)

1 uniteacute

1 uniteacute 1

4 frac12 uniteacute

Compare la surface de contact totale si le volume des deux types de morceaux est identique

Surface de contacttotale pour un gros morceau

Surface de contact totale pour un mecircme volume de petits morceaux (dans ce cas il faudrait huit petit morceaux)

Partie D analyseEn une ou deux phrases deacutecris comment tu pourrais maximiser la vitesse de chacune des reacuteactions

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning ≪ Capturing Bubbles C12-3-06 ≫ Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 7 novembre 2011) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 13 Capter des bulles de gaz ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

introductionLorsqursquoon ajoute de lrsquoacide chlorhydrique au carbonate de calcium du dioxyde de carbone est produit Cette reacuteaction est utiliseacutee pour eacutetudier les effets de diffeacuterents facteurs sur la vitesse de reacuteaction

Mateacuterielbull lunettes de seacutecuriteacutebull 3 beacutechers de 250 mLbull 3 fioles de 150 mLbull 2 x 150 mL drsquoacide chlorhydrique dilueacutebull 150 mL drsquoacide chlorhydrique concentreacutebull 2 x 2 g de morceaux de carbonate de calcium bull 2 g de poudre de carbonate de calcium

PreacuteparationAgrave lrsquoaide des trois fioles de 150 mL preacuteparer deux solutions identiques de 150 mL drsquoacide chlorhydrique dilueacute et une solution de 150 mL drsquoacide chlorhydrique concentreacute Mesurer deux portions de 2 g de morceaux de carbonate de calcium et une portion de 2 g de poudre de carbonate de calcium et placer chaque portion dans lrsquoun des beacutechers de 250 mL

DeacutemonstrationMontrer aux eacutelegraveves lrsquoun des beacutechers contenant des morceaux de carbonate de calcium et le beacutecher contenant la poudre de carbonate de calcium Expliquer que les beacutechers contiennent une masse identique de la mecircme substance (carbonate de calcium) et la mecircme quantiteacute drsquoacide chlorhydrique dilueacute sera ajouteacutee Srsquoattendent-ils agrave voir la mecircme reacuteaction Ajouter lrsquoacide chlorhydrique dilueacute aux deux beacutechers Demander aux eacutelegraveves si la reacuteaction srsquoeffectue de faccedilon identique dans les deux beacutechers Ils devraient observer qursquoil srsquoagit de la mecircme reacuteaction mais que le carbonate de calcium en poudre reacuteagit plus rapidement

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir agrave ce qui reacuteagit quels seraient les produits formeacutes et quelle serait lrsquoeacutequation qui repreacutesente cette reacuteaction chimique

Montrer aux eacutelegraveves le deuxiegraveme beacutecher contenant des morceaux de carbonate de calcium et leur expliquer que ce beacutecher contient aussi la mecircme masse de carbonate de calcium que les deux autres beacutechers Verser lrsquoacide chlorhydrique concentreacute dans le beacutecher et inviter les eacutelegraveves agrave noter leurs observations Leur demander pourquoi cette reacuteaction est plus rapide que celle qursquoon a observeacutee dans lrsquoautre beacutecher contenant les morceaux de carbonate de calcium Crsquoest sans doute en raison du liquide ajouteacute

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir agrave la faccedilon dont on pourrait mesurer la vitesse de reacuteaction et comparer la vitesse de chacune de ces reacuteactions de faccedilon preacutecise Crsquoest ce qursquoils tenteront de faire dans la prochaine activiteacute

ExpeacuterienceConsignes bull Srsquoassurer drsquoavoir les solutions drsquoacide chlorhydrique identifieacutees et precirctes pour les eacutelegraveves

Leur expliquer que seulement 15 mL drsquoacide seront utiliseacutes pour chaque essaibull Srsquoassurer drsquoavoir tout le mateacuteriel neacutecessaire accessible aux eacutelegraveves

Mesure du dioxyde de carbone produitSi les eacutelegraveves ont de la difficulteacute agrave trouver une faccedilon de mesurer la production de dioxyde de carbone ils pourraient utiliser lrsquoune des meacutethodes suivantes

1 Mesurer le volume de gaz agrave mesure qursquoil deacuteplace lrsquoeau dans un cylindre gradueacute inverseacute

2 Placer la fiole ou un beacutecher sur une balance eacutelectronique pendant que la reacuteaction srsquoeffectue et mesurer la perte de masse Une balance agrave trois places deacutecimales est ideacuteale mais une balance agrave deux places deacutecimales fonctionne aussi

Options pour le deacuteroulement de lrsquoactiviteacuteAu lieu de demander agrave chaque groupe drsquoeacutelegraveves de faire les trois expeacuteriences demander agrave chaque groupe de faire lrsquoune des expeacuteriences et de preacutesenter ses reacutesultats agrave la classe ________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning ≪ Capturing Bubbles C12-3-06 ≫ Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 7 novembre 2011) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

cylindre gradueacute inverseacute rempli drsquoeau

seau rempli drsquoeau

tube de vinyle

tube de verre

bouchon de caoutchouc

fiole ougrave se produit la reacuteaction

ANNEXE 14 Expeacuterience ndash Facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction

introductionCette activiteacute de laboratoire te permettra drsquoeacutetudier lrsquoeffet de la concentration et de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction

Mateacuterielbull 2 beacutechers de 100 mL bull 2 eacuteprouvettes (18 x 250 mm) bull plaque chauffantebull 1 beacutecher de 250 mL bull thermomegravetre ou sonde de tempeacuterature bull glacebull 2 cylindres gradueacutes de 10 mL bull chronomegravetre bull eau distilleacuteebull serviettes de papier bull solution A (10 mL par essai) bull solution B

(10 mL par essai)

DeacutemarchePartie A concentration des reacuteactifs et vitesse de reacuteaction1 Inscris laquo cylindre A raquo sur lrsquoun des cylindres gradueacutes et laquo beacutecher A raquo sur lrsquoun des beacutechers de 100 mL Mesure 100 mL de la solution A dans ce cylindre gradueacute puis verse cette quantiteacute dans le beacutecher A2 Inscris laquo cylindre B raquo sur lrsquoautre cylindre gradueacute et laquo beacutecher B raquo sur le deuxiegraveme beacutecher de

100 mL Mesure 100 mL de la solution B dans le cylindre B puis verse cette quantiteacute dans le beacutecher B

3 Donne le chronomegravetre agrave un membre de ton groupe Ce membre doit donner le signal pourmeacutelanger les solutions et deacutemarrer le chronomegravetre degraves que la solution A est verseacutee dans la solution B Une fois les solutions meacutelangeacutees agite le meacutelange un peu Place ensuite le beacutecher sur un morceau de serviette de papier (qui sert de contraste) Lorsqursquoil y a changement de couleur le chronomegravetre doit ecirctre arrecircteacute Note le temps

4 Rinse et segraveche les beacutechers5 Reacutepegravete les eacutetapes 1 agrave 4 en modifiant la concentration de la solution A selon les valeurs

indiqueacutees dans le tableau suivant

Essai Volume de solution A (mL) Volume drsquoeau distilleacutee (mL)2 90 103 80 204 70 305 60 406 50 50

Partie B Tempeacuterature et vitesse de reacuteaction1 Preacutepare un bain drsquoeau glaceacutee en remplissant agrave moitieacute un beacutecher de 250 mL avec de lrsquoeau et de la glace2 Mesure 100 mL de la solution A dans une eacuteprouvette eacutetiqueteacutee laquo eacuteprouvette A raquo et 100 mL de solution B dans une eacuteprouvette eacutetiqueteacutee laquo eacuteprouvette B raquo3 Place les eacuteprouvettes dans le bain drsquoeau glaceacutee et laisse-les jusqursquoagrave ce que leur tempeacuterature soit eacutegale agrave celle du bain Note la tempeacuterature4 Verse rapidement la solution A dans la solution B et fais tournoyer la solution quelques

fois dans lrsquoeacuteprouvette Deacutemarre le chronomegravetre aussitocirct que la solution A est verseacutee Place lrsquoeacuteprouvette dans le bain drsquoeau glaceacutee

5 Arrecircte le chronomegravetre lorsqursquoil y a un changement de couleur Note le temps6 Rince et segraveche les eacuteprouvettes7 Reacutepegravete les eacutetapes 2 agrave 5 avec deux bains drsquoeau chaude (venant du robinet) agrave diffeacuterentes

tempeacuteratures puis avec un bain chauffeacute entre 80 et 90 degC agrave lrsquoaide de la plaque chauffante8 Partage les donneacutees du groupe avec celles drsquoautres groupes afin drsquoobtenir une varieacuteteacute de

tempeacuteratures

Analyse1 Si tu as partageacute tes donneacutees pour la partie A avec drsquoautres groupes drsquoeacutelegraveves calcule la vitesse moyenne pour chaque essai2 Trace un graphique de la vitesse de reacuteaction en fonction de la concentration et de la vitesse de reacuteaction en fonction de la tempeacuterature

Conclusion1 Quel est lrsquoeffet de la concentration et de la tempeacuterature sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique2 Explique ta conclusion agrave lrsquoaide de la theacuteorie des collisions

ANNEXE 15 Facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Cette expeacuterience est un exemple de reacuteaction oscillante ou reacuteaction horloge et on la nomme reacuteaction oscillante de lrsquoiode ou reacuteaction Harcourt-Esson La solution initiale incolore ou laiteuse subit un changement soudain de couleur et devient bleu fonceacute Ceci permet de mesurer le temps de reacuteaction En faisant varier la concentration et la tempeacuterature les eacutelegraveves peuvent deacuteterminer lrsquoeffet de ces facteurs sur la vitesse de reacuteaction

La reacuteaction eacutetudieacutee comprend trois eacutetapes et finit par produire de lrsquoiode Lrsquoiode reacuteagit ensuite avec lrsquoamidon pour former un composeacute de couleur bleu fonceacute

La premiegravere eacutetape qui repreacutesente lrsquoeacutetape deacuteterminante de la vitesse est la suivante

IO- + 3HSO- ⟶ I- + 3SO2- + 3H+

Lrsquoion iodate ( IO3 ) en excegraves provoque lrsquooxydation de lrsquoion iodure (I) pour former de lrsquoiode

IO- + 5I- + 6H+ ⟶ 3I2 + 3H2O

Cependant lrsquoiode subit immeacutediatement une reacuteduction par les ions meacutetabisulfite pour former des ions iodure agrave nouveau

I2 + HSO- + H2O ⟶ 2I- + HSO- + 2H+

Lorsque tout le meacutetabisulfite est consommeacute lrsquoiode qui est encore preacutesent reacuteagit avec lrsquoamidon pour former un composeacute bleu fonceacute

Preacuteparation avant lrsquoexpeacuterience de laboratoireIl faudra preacuteparer deux solutions pour cette activiteacute de laboratoire bull Solution A solution satureacutee drsquoiodate de potassium (KIO3) - Il faudra environ 80 mL de solution pour chaque groupe drsquoeacutelegraveves - Cette solution peut ecirctre faite bien agrave lrsquoavancebull Solution B solution formeacutee de meacutetabisulfite de sodium (Na2S2O5) drsquoacide sulfurique

(H2SO4) et drsquoamidon soluble - Pour chaque litre drsquoeau il faudra - 250 g de Na2S2O5 - 50 mL drsquoacide sulfurique concentreacute (H2SO4) - 40 g drsquoamidon soluble - Il faudra environ 100 mL de solution par groupe drsquoeacutelegraveves - La solution ne se conserve pas bien crsquoest pourquoi il faut la preacuteparer au plus tocirct un jour avant lrsquoactiviteacute de laboratoire

- Pour dissoudre lrsquoamidon bien le meacutelanger dans quelques millilitres drsquoeau distilleacutee puisverser ce meacutelange dans moins drsquoun litre drsquoeau bouillante Une fois lrsquoamidon dissous laisser refroidir ajouter le H2SO4 et le Na2S2O5 meacutelanger jusqursquoagrave ce que tout soit dissous

et ajouter de lrsquoeau pour former une solution de 1 L - Veacuterifier la vitesse de reacuteaction avant lrsquoactiviteacute Si la reacuteaction srsquoeffectue trop rapidement pour qursquoon puisse mesurer le temps avec preacutecision diluer la solution de KIO3

AnalyseLes graphiques traceacutes par les eacutelegraveves devraient ressembler aux graphiques suivants

Conclusion1 Selon le graphique du temps en fonction de la concentration on peut conclure qursquoil existe

une relation inverse entre le temps neacutecessaire pour que la reacuteaction srsquoeffectue et la concentration drsquoun des reacuteactifs Cette reacuteaction est non lineacuteaire Plus la concentration augmente plus la vitesse de reacuteaction augmente

Selon le graphique du temps en fonction de la tempeacuterature on peut conclure qursquoil y a une relation inverse et non lineacuteaire entre le temps et la tempeacuterature Plus la tempeacuterature augmente plus la vitesse de reacuteaction augmente

2 Selon la theacuteorie des collisions la vitesse de reacuteaction devrait augmenter lorsque la concentration drsquoun reacuteactif augmente puisqursquoil y a plus de particules de reacuteactif Ceci augmente la probabiliteacute drsquoavoir une collision avec lrsquoeacutenergie suffisante pour provoquer une reacuteaction

Lorsqursquoon augmente la tempeacuterature lrsquoeacutenergie cineacutetique des particules augmente eacutegalement ce qui donne lieu agrave une probabiliteacute accrue de collisions entre des particules ayant assez drsquoeacutenergie pour provoquer une reacuteaction La vitesse de reacuteaction augmente donc lorsque la tempeacuterature augmente

Partie 1 nature des reacuteactifs 1 Ajoute 20 gouttes drsquoune solution drsquoacide chlorhydrique 30 molL agrave chacun de 5 puits drsquoune plaque agrave 24 puits

2 Place un petit morceau de magneacutesium dans le premier puits un petit morceau drsquoaluminium dans le deuxiegraveme un petit morceau de zinc dans le troisiegraveme un morceau de fer dans le quatriegraveme et un morceau de cuivre dans le cinquiegraveme

3 Observe et consigne toutes tes observations Questions bull Quel gaz est produit Comment le sais-tu bull Eacutecris une eacutequation eacutequilibreacutee pour repreacutesenter la reacuteaction bull Est-ce que tous les meacutetaux prennent le mecircme temps pour reacuteagir bull Classe les meacutetaux par ordre deacutecroissant de reacuteactiviteacute 4 Ajoute 13 gouttes drsquoeau et 7 gouttes drsquoune solution drsquoacide chlorhydrique 30 molL agrave un

puits drsquoune plaque agrave 24 puits Meacutelange les solutions agrave lrsquoaide du tube capillaire (scelleacute agrave une extreacutemiteacute)

5 Ajoute 13 gouttes drsquoeau et 7 gouttes drsquoune solution drsquoacide aceacutetique 30 molL agrave un deuxiegraveme puits de la plaque agrave 24 puits Meacutelange les solutions agrave lrsquoaide du tube capillaire

6 Ajoute 20 gouttes drsquoune solution aqueuse de nitrate de zinc(III) 10 molL agrave un troisiegraveme puits 20 gouttes drsquoune solution de nitrate de fer(III) 10 molL au quatriegraveme puits et 20 gouttes drsquoune solution de nitrate de cuivre(II) 10 molL au cinquiegraveme puits de la plaque

7 Place un petit morceau de magneacutesium dans chacune des cinq solutions 8 Observe et consigne tes observations Questions bull Qursquoest-il arriveacute dans chacun des puits de la plaque Indique les produits formeacutes dans chaque cas bull Eacutecris une eacutequation eacutequilibreacutee pour repreacutesenter chaque reacuteaction bull Combien de temps faut-il au magneacutesium pour reacuteagir dans chaque solution

Partie 2 surface de contact 1 Ajoute 30 gouttes drsquoune solution drsquoacide chlorhydrique 30 molL agrave chacun de 4 puits drsquoune plaque agrave 24 puits 2 Au premier puits ajoute un morceau de carbonate de calcium Au deuxiegraveme ajoute une mecircme quantiteacute de carbonate de calcium en poudre fine 3 Au troisiegraveme puits ajoute une petite quantiteacute de zinc granulaire Au quatriegraveme puits ajoute une mecircme quantiteacute de zinc en tout petits morceaux ou en poudre fine 4 Observe et consigne tes observations

Questions bull Qursquoest-il arriveacute dans chaque eacuteprouvette Indique les produits formeacutes dans chaque cas bull Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour repreacutesenter chaque reacuteaction bull Combien de temps faut-il aux solides pour reacuteagir dans chaque solution

Partie 3 tempeacuterature 1 Preacutepare un bain drsquoeau chaude (bain-marie) en chauffant environ 150 mL drsquoeau dans un beacutecher de 250 mL jusqursquoau point drsquoeacutebullition

2 Ajoute 2 mL drsquoune solution aqueuse de permanganate de potassium (KMnO4) 001 molL (acidifieacutee par lrsquoajout drsquoacide sulfurique) agrave chacune des deux eacuteprouvettes de 13 x 100 mm

3 Place une des eacuteprouvettes de solution de permanganate de potassium dans le bain drsquoeau chaude Pendant que la solution se reacutechauffe passe agrave lrsquoeacutetape suivante 4 Ajoute 5 mL drsquoune solution drsquoacide oxalique 002 molL au deuxiegraveme tube (agrave la

tempeacuterature ambiante) Meacutelange agrave lrsquoaide drsquoune tige de verre 5 Ajoute 5 mL drsquoune solution drsquoacide oxalique 002 molL agrave lrsquoeacuteprouvette dans le bain drsquoeau chaude Meacutelange agrave lrsquoaide drsquoune tige de verre 6 Fais chauffer lrsquoeau dans le bain-marie jusqursquoau point drsquoeacutebullition Preacutepare un bain drsquoeau

froide en ajoutant des cubes de glace agrave 50 mL drsquoeau dans un beacutecher de 250 mL 7 Ajoute 3 mL drsquoeau et 1 mL de solution drsquoacide chlorhydrique 30 molL agrave chacune des trois eacuteprouvettes Place une des eacuteprouvettes dans le bain drsquoeau chaude une dans le bain drsquoeau froide et laisse lrsquoautre agrave la tempeacuterature ambiante Attends environ deux minutes pour que les eacuteprouvettes prennent la tempeacuterature de leur milieu 8 Coupe des morceaux drsquoun ruban de magneacutesium drsquoune longueur de 05 cm Ajoute un morceau agrave chacune des trois eacuteprouvettes Mesure le temps neacutecessaire pour que chaque morceau disparaisse complegravetement 9 Le temps de reacuteaction est-il le mecircme agrave toutes les tempeacuteratures Explique

Partie 4 catalyseur 1 Ajoute 2 mL drsquoune solution aqueuse de permanganate de potassium (KMnO4)

001 molL (acidifieacutee par lrsquoajout drsquoacide sulfurique) agrave chacune des deux eacuteprouvettes de13 x 100 mm

2 Agrave lrsquoune des eacuteprouvettes ajoute 5 gouttes de sulfate de manganegravese(II) 001 molL 3 Ajoute 5 mL drsquoune solution drsquoacide oxalique 002 molL agrave chaque eacuteprouvette pose un bouchon et secoue pour meacutelanger en tenant bien le bouchon 4 Observe et consigne tes observations Question bull Est-ce que la reacuteaction prend le mecircme temps dans les deux eacuteprouvettes Explique

Ces quatre expeacuteriences illustrent les facteurs qui ont une incidence sur la vitesse drsquoune reacuteaction notamment

bull la nature des reacuteactifs bull la surface de contact bull la tempeacuterature bull le catalyseur employeacute

Solutions bull solution drsquoacide chlorhydrique 30 molL Diluer 258 mL drsquoacide chlorhydrique

concentreacute (116 molL ou 36 ) dans 10 L drsquoeau distilleacuteebull solution de nitrate de zinc(II) 10 molL Dissoudre 297 g de nitrate de zinc(II)

hexahydrateacute (Zn(NO3)2∙6H2O) dans 100 mL drsquoeaubull solution de nitrate de fer(III) 10 molL Dissoudre 404 g de nitrate de fer(III)

nonahydrateacute (Fe(NO3)3∙9H2O) dans 100 mL drsquoeaubull solution de nitrate de cuivre(II) 10 molL Dissoudre 296 g de nitrate de cuivre

(II hexahydrateacute (Cu(NO3)2∙6H2O) dans 100 mL drsquoeaubull solution de permanganate de potassium 001 molL Ajouter 1 mL drsquoacide sulfurique

concentreacute (178 molL ou 95 ) agrave 75 mL drsquoeau et ajouter assez drsquoeau pour porter le volume agrave 100 mL Dissoudre 158 g de permanganate de potassium (KMnO4) dans cette solution

bull solution drsquoacide oxalique 002 molL Dissoudre 252 g drsquoacide oxalique (acide eacutethanedioiumlque HOOCCOOH∙2H2O) dans 100 mL drsquoeau

bull solution de sulfate de manganegravese(II) 001 molL Dissoudre 223 g de sulfate de manganegravese(II) teacutetrahydrateacute (sulfate de manganegravese MnSO4∙4H2O) dans 100 mL drsquoeau

REMARQUES

1 Des sulfates peuvent ecirctre utiliseacutes au lieu des nitrates mais il faut srsquoassurer de modifier les masses utiliseacutees selon la diffeacuterence de masse molaire 2 Il serait plus facile pour les eacutelegraveves de reacuteussir lrsquoexpeacuterience si la couche drsquooxydation eacutetait enleveacutee du ruban de magneacutesium pour ce faire frotter doucement la surface du ruban agrave lrsquoaide drsquoun papier drsquoeacutemeri avant de distribuer les eacutechantillons de magneacutesium

LrsquoEacuteQUILIBRE CHIMIQUE

Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront le concept drsquoeacutequilibre chimique et les constantes drsquoeacutequilibre Ils eacutetudieront aussi le principe de Le Chatelier pour preacutedire et expliquer des deacuteplacements drsquoeacutequilibre et verront lrsquoimportance du concept drsquoeacutequilibre dans des processus naturels et industriels

En sciences de 9e anneacutee les eacutelegraveves ont appris la diffeacuterence entre les changements physiques et les changements chimiques En chimie de 11e anneacutee ils ont eacuteteacute initieacutes au concept drsquoeacutequilibre par rapport aux vitesses drsquoeacutevaporation et de condensation drsquoun liquide dans un contenant fermeacute Au regroupement 3 du preacutesent cours ils ont eacutetudieacute les effets de divers facteurs sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique

C12-4-01 C12-0-C1 C12-0-C2 1 h

Bloc B La loi drsquoeacutequilibre C12-4-02 C12-4-03 C12-4-04 C12-4-05 C12-0-C1 C12-0-S1 C12-0-S6 C12-0-S7 C12-0-S8

Bloc C Le principe de Le Chatelier C12-4-06 C12-4-07 C12-4-08 C12-0-S2 C12-0-S5 C12-0-S7 C12-0-S9 C12-0-A2

Bloc D Applications du principe de Le Chatelier

C12-4-09 C12-0-C1 C12-0-T1 C12-0-T3 C12-0-A3

Bloc E Le produit de solubiliteacute C12-4-10 C12-4-11 C12-4-12 C12-4-13 C12-0-S5 C12-0-S6 C12-0-G1 C12-0-T3

Reacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 hNombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 18 agrave 19 h

LIvRES

CHANG Raymond et Luc Papillon Chimie fondamentale principes et problegravemes volume 2 chimie des solutions Montreacuteal Eacuted de la CheneliegravereMcGraw-Hill 2009 (DREF 540 C456c 02 CRA 97024)

[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97382)

[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97383)

[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Groupe Beauchemin

2008 (DREF 540 J52ch CRA 96139)

[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LrsquoENSEIGNEMENT SUPEacuteRIEUR La seacutecuriteacute en sciences de la nature Un manuel ressource agrave lrsquointention des enseignants des eacutecoles et

des divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015 (DREF PD 37235 5446 CRA 98839)

2002 (DREF 540 C518c 11)

[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA91610)

DvD ET vIDEacuteOCASSETTES

Le concept de la mole 1 TVOntario 1986 (DREF 42952V8008)

SITES WEB

Biographie de Fritz Haber httpwwwfutura-sciencescommagazinesmatiereinfospersonnalitesdchimie-fritz-haber-247 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] La bouteille bleue httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=La_bouteille_bleue (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [videacuteo drsquoune reacuteaction reacuteversible]

Chemistry Experience Simulations Tutorials and Conceptual Computer Animations httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderanimations

equilvpBr2V8html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation montrant le changement de brome liquide en brome gazeux (site en anglais)]

Chemistry Experience Simulations Tutorials and Conceptual Computer Animations httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolder

animationsno2n2o4equilV8html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation montrant la reacuteaction reacuteversible NO2 - N2O4 (site en anglais)]

Dissolution du chlorure de sodium httpwwwostralonet3_animationsswfdissolutionswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[animation]

[R] Eacutequilibre chimique httpwwwafd-ldorg~fdp_chimiepagephpthem=thermodynamiqueampchap=equilibre-chimique (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [cliquer sur les icocircnes pour visionner les videacuteos ou acceacuteder aux renseignements]

[R] Eacutequilibre dynamique httpwww1tfoorgeducationEpisode24972equilibre-dynamique (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [eacutemission TFO sur lrsquoeacutequilibre dynamique des reacuteactions chimiques accessible agrave partir du site de la DREF]

Fritz Haber httpwwwfact-indexcomffrfritz_haberhtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[site en anglais]

Fritz Haber un criminel de guerre reacutecompenseacute httpwwwlarecherchefrsavoirsspecial-nobelfritz-haber-criminel-guerre-recompense-01-10-2008-89028 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

Precipitation reactions httpwwwmhhecomphysscichemistryanimationschang_7e_

espcrm3s2_3swf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site anglais] [R] Le proceacutedeacute Haber httpwww1tfoorgeducationepisode24975le-procede-haber

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [videacuteo accessible agrave partir du site de la DREF]

[R] Reacuteaction de Belousov Zhabotinsky httpww3ac-poitiersfrsc_physcyberlabcyberterfete_chiBZbzhtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [videacuteo drsquoune reacuteaction oscillante]

[R] Reacuteaction et cineacutetique httpphetcoloradoedufrsimulationreactions-and-rates (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [cliquer sur lrsquoonglet laquo collisions multiples raquo pour eacutetudier lrsquoeacutequilibre en modifiant des paramegravetres tels que la quantiteacute de reacuteactifs ou de produits]

[R] Reacuteaction oscillante httpswwwyoutubecomwatchv=Ch93AKJm9os (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [videacuteo drsquoune reacuteaction oscillante]

Reacuteactions oscillantes httpwwwfaidherbeorgsitecoursdupuisjoupordhtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 14 juillet 2014)

[excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]

Solubility of AgCl httpwwwdltncssmeducoreChapter14-Gas_Phase-Solubility-Complex_Ion_EquilibriaChapter14-AnimationsSolubility_of_AgClhtml (juillet 2014)

[animation montrant la solubiliteacute de lrsquoAgCl au niveau moleacuteculaire (site en anglais)]

Traffic Light Reaction httpwncomtraffic_light_reaction_go-science_demonstration (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [video de la reacuteaction (site en anglais)]

Uses and production of ammonia (Haber process) httpwwwausetutecomauhaberprohtml

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE THEacuteMATIQUES

C12-4-02 reacutediger des expressions de la loi drsquoeacutequilibre agrave partir drsquoeacutequations chimiques eacutequilibreacutees pour des systegravemes heacuteteacuterogegravenes et homogegravenes

entre autres la loi de lrsquoaction de masse RAG D3

C12-4-03 utiliser la valeur de la constante drsquoeacutequilibre pour deacuteterminer la position de lrsquoeacutequilibre drsquoun systegraveme

RAG D3

C12-4-04 reacutesoudre des problegravemes comprenant des constantes drsquoeacutequilibre RAG D3

C12-4-05 mener une expeacuterience pour deacuteterminer la constante drsquoeacutequilibre drsquoun systegraveme RAG C2

C12-4-06 utiliser le principe de Le Chatelier pour preacutedire et expliquer des deacuteplacements drsquoeacutequilibre

entre autres les variations de tempeacuterature les changements de pression et de volume le changement de concentration des reacuteactifs ou des produits lrsquoaddition drsquoun catalyseur ou drsquoun gaz inerte les effets de divers stress sur la constante drsquoeacutequilibre RAG D3 D4 E4

C12-4-07 mener une expeacuterience pour deacutemontrer le principe de Le Chatelier RAG C2

C12-4-08 interpreacuteter des graphiques de la concentration en fonction du temps entre autres les variations de tempeacuterature ou de concentrations lrsquoaddition drsquoun catalyseur RAG D3 D4

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE THEacuteMATIQUES (suite)

C12-4-09 deacutecrire des applications pratiques du principe de Le Chatelier par exemple le processus de Haber la production drsquoheacutemoglobine en altitude les boissons gazeacuteifieacutees lrsquoadaptation des yeux agrave la lumiegravere le pH sanguin la recharge des piles les moteurs turbocompresseacutessuralimenteacutes la synthegravese drsquoesters les indicateurs meacuteteacuteo lrsquoeau

gazeacuteifieacutee dans lrsquoalimentation drsquoune poule RAG B1 D3

C12-4-10 reacutediger des expressions du produit de solubiliteacute (Kps) agrave partir drsquoeacutequations chimiques eacutequilibreacutees pour des sels agrave faible solubiliteacute

RAG D3

C12-4-11 reacutesoudre des problegravemes de Kps entre autres des problegravemes avec ions communs RAG D3

C12-4-12 donner des exemples de sels agrave faible solubiliteacute par exemple les calculs reacutenaux les cavernes calcaires lrsquoosteacuteoporose la carie dentaire RAG D3 D4 E1

C12-4-13 mener une expeacuterience pour deacuteterminer le produit de solubiliteacute (Kps) drsquoun sel agrave faible solubiliteacute

RAG C2 D3

RAG D3

entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes RAG B3 B5 C1 C2

RAG C2

C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables indeacutependantes deacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures

de seacutecuriteacute agrave suivre RAG C1 C2

RAG C2 C5

RAG C5 C6

Travail en groupe

RAG C2 C4 C7

RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG A1 A2

RAG A1 A3 A5 B2

RAG A5 B1 B2

RAG A5 B2

Attitudes

RAG C2 C5

RAG C2 C3 C4 C5

RAG B4

RAG B5 C4

RAG D3

En tecircte

DeacutemonstrationPreacutesenter ce thegraveme agrave lrsquoaide drsquoune deacutemonstration de la reacuteversibiliteacute des reacuteactions chimiques La deacutemonstration classique de la laquo bouteille bleue raquo est un outil visuel tregraves efficace pour illustrer une reacuteaction reacuteversible (voir Chimie 12 STSE p 419) Dans un flacon Erlenmeyer de 1000 mL dissoudre 14 g de NaOH dans 700 mL drsquoeau distilleacutee Ajouter 14 g de dextrose (ou de glucose) et 1 mL de bleu de meacutethylegravene agrave la solution de NaOH Bien fermer le flacon Erlenmeyer agrave lrsquoaide drsquoun bouchon Secouer vigoureusement et la solution deviendra bleue Laisser reposer et la couleur disparaicirctra Ce systegraveme met en jeu lrsquooxydation du dextrose(ou du glucose) par lrsquooxygegravene (provoqueacutee par lrsquoagitation du flacon) le bleu de meacutethylegravene agissant comme catalyseur de la reacuteaction Inviter les eacutelegraveves agrave deacutecrire la reacuteaction dans le flacon et agrave deviner pourquoi la solution nrsquoest pas resteacutee bleue

Voici un lien menant vers une preacutesentation videacuteo de cette deacutemonstration httpscienceamusantenetwikiindexphptitle=La_bouteille_bleue

En quecircte

Enseignement direct ndash la reacuteversibiliteacute dans les systegravemes physiquesJusqursquoici le programme drsquoeacutetudes de chimie nrsquoa traiteacute que de reacuteversibiliteacute dans les systegravemes physiques (c-agrave-d changement de phase et dissociation) Preacutesenter maintenant aux eacutelegraveves le potentiel de reacuteversibiliteacute dans les systegravemes chimiques Discuter des conditions requises pour atteindre lrsquoeacutequilibre dans des systegravemes physiques et chimiques et insister sur les diffeacuterences entre les deux systegravemes Pour qursquoil y ait eacutequilibre physique le systegraveme doit ecirctre fermeacute (ou clos) et agrave tempeacuterature constante Lrsquoeacutevaporation et la dissolution sont des exemples drsquoeacutequilibre physique (voir Chimie 12 p 323 Chimie 12 STSE p 422 ou Chimie 11-12 p 677)

Exemple

Dans le diagramme lrsquoeau H2O(l) est en eacutequilibre avec sa vapeur H2O(g) La vitesse drsquoeacutevaporation est eacutegale agrave la vitesse de condensation en vase clos agrave tempeacuterature constante Agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire (des particules) pour chaque moleacutecule drsquoeau (H2O(l)) qui srsquoeacutevapore il y a une autre moleacutecule de vapeur drsquoeau (H2O(g)) qui se condense et passe agrave lrsquoeacutetat liquide Crsquoest un exemple drsquoune reacuteaction reacuteversible pour un eacutequilibre physique

AnimationPreacutesenter aux eacutelegraveves une animation deacutemontrant un eacutequilibre physique Lrsquoanimation du site suivant montre la nature moleacuteculaire entre le brome liquide et le brome gazeux (site en anglais) httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderanimationsequilvpBr2V8html

Demander aux eacutelegraveves de compter le nombre de moleacutecules en phase gazeuse et en phase liquide

Enseignement direct ndash la reacuteversibiliteacute dans les systegravemes chimiquesLes conditions requises pour avoir un eacutetat drsquoeacutequilibre chimique (voir Chimie 12 p 678 679 Chimie 12 STSE p 420 424 ou Chimie 11-12 p 324 327) comprennent ce qui suit

bull les proprieacuteteacutes macroscopiques observables sont constantes (p ex couleur pression concentration pH)

bull le systegraveme est fermeacute bull la tempeacuterature est constante bull la reacuteversibiliteacute et la vitesse des transformations opposeacutees sont eacutegales

Voici un exemple de reacuteaction reacuteversible pour un eacutequilibre chimique

H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)

Dans cette reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle particulaire la vitesse de la reacuteaction directe (vers la droite) est eacutegale agrave la vitesse de la reacuteaction inverse En drsquoautres termes chaque fois qursquoune moleacutecule de H2 se combine agrave une moleacutecule de Cl2 il y a une moleacutecule de HCl qui reacuteagit avec une autre moleacutecule de HCl pour se reacutearranger et former les reacuteactifs H2 et Cl2

Voir le diagramme qui suit pour une repreacutesentation moleacuteculaire de cette reacuteaction reacuteversible

Le diagramme illustre les moleacutecules H2 et Cl2 se combinant pour former deux moleacutecules de HCl de mecircme que deux moleacutecules de HCl qui se combinent pour former agrave nouveau H2 + Cl2

DeacutemonstrationFaire la deacutemonstration drsquoun eacutequilibre chimique avec le systegraveme NO2-N2O4 ou le systegravemeCoCl2-

4- Co(H2O)6

2+ Voir le mode de preacuteparation agrave lrsquoannexe 1 De plus il est possible drsquoacheter des uniteacutes scelleacutees de NO2-N2O4 aupregraves de fournisseurs de mateacuteriel scientifique au lieu de les preacuteparer en eacuteprouvette pour une deacutemonstration en classe

AnimationProposer aux eacutelegraveves de visionner une animation montrant un eacutequilibre chimique

bull Chemistry Experience Simulations Tutorials and Conceptual Computer Animations httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderanimationsno2n2o4equilV8html Cette animation illustre la reacuteaction NO2-N2O4 agrave lrsquoeacutechelle particulaire (site en anglais)

bull Eacutequilibre dynamique httpwww1tfoorgeducationEpisode24972equilibre dynamique Cette eacutemission de TFO deacutemontre lrsquoeacutequilibre dynamique des reacuteactions chimiques

GraphiquesPour deacutemontrer la faccedilon dont les systegravemes atteignent lrsquoeacutequilibre utiliser des graphiques de la vitesse en fonction du temps et de la concentration en fonction du temps

Faire remarquer aux eacutelegraveves que lrsquoeacutequilibre est atteint degraves le deacutebut de la phase plateau et non agrave la fin comme ils se lrsquoimaginent souvent Eacuteviter pour lrsquoinstant toute discussion quantitative de ces graphiques

Jeu de rocircle ndash atteindre un eacutetat drsquoeacutequilibre Proposer aux eacutelegraveves de jouer le rocircle du sodium et du chlorure dans la reacuteaction suivante

NaCl(s) + chaleur Na(aq)+ + Cl(aq)

Dans une classe de 20 eacutelegraveves par exemple 10 eacutelegraveves repreacutesenteront les ions sodium et les 10 autres les ions chlorure Demander agrave 4 ions sodium et agrave 4 ions chlorure de se tenir par le brasdu cocircteacute gauche de la classe pour repreacutesenter les particules de chlorure de sodium et aux autres eacutelegraveves de se tenir du cocircteacute droit Demander agrave un eacutelegraveve drsquoinscrire le nombre de chaque particule au tableau

Agrave ce stade expliquer que pour que le chlorure de sodium se dissocie il faut ajouter de la chaleur (chauffer le meacutelange) Placer quatre feuilles de papier de bricolage rouges par terre pour repreacutesenter la chaleur Les eacutelegraveves qui repreacutesentent les particules de chlorure de sodiumpeuvent prendre ces feuilles pour se dissocier en ions sodium et en ions chlorure et se deacuteplacerdu cocircteacute droit de la classe (Les ions sodium dans la particule de chlorure de sodium doivent garder la chaleur) Les eacutelegraveves du cocircteacute droit de la piegravece pourraient utiliser la chaleur pour se joindre et ainsi former une particule de chlorure de sodium Dans ce cas ils devraient se rendre du cocircteacute gauche de la piegravece Laisser les eacutelegraveves jouer ces rocircles pendant quelques minutes puis demander agrave un eacutelegraveve drsquoinscrire agrave nouveau au tableau le nombre de chaque particule Reacutepeacuteter ce processus une autre fois pour que les eacutelegraveves puissent voir qursquoun eacutequilibre srsquoest eacutetabli

Agrave ce stade insister sur le fait que le processus drsquoeacutequilibre nrsquoest pas termineacute La reacuteaction directeet la reacuteaction inverse continuent

Activiteacute de laboratoireProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser lrsquoactiviteacute de laboratoire laquo La modeacutelisation de lrsquoeacutequilibre raquo(Chimie 12 p 325) laquo La simulation de lrsquoeacutequilibre dynamique raquo (Chimie 12 STSE p 472) oulaquo Modeacuteliser lrsquoeacutequilibre dynamique raquo (Chimie 11-12 p 678)

En fin

Proposer aux eacutelegraveves de compleacuteter un cadre de comparaison pour des systegravemes physiques et chimiques ouverts ou fermeacutes (en vase clos)

1Preacutesenter aux eacutelegraveves des exemples de situations illustrant des systegravemes qui peuvent ou non ecirctre en eacutequilibre Les inviter agrave indiquer les deux types de systegravemes

2Preacutesenter des tableaux de donneacutees et demander aux eacutelegraveves drsquoindiquer si la reacuteaction est en eacutequilibre ou non

3Inviter les eacutelegraveves agrave inscrire dans leur carnet scientifique des reacuteactions reacuteversibles (p ex dissolution de sel dans lrsquoeau) et non reacuteversibles (p ex combustion de papier) Leur demanderde reacutepondre agrave la question suivante Agrave lrsquoeacutequilibre la concentration des reacuteactifs est-elle eacutegale agrave la concentration du produit Expliquez votre reacuteponse (Non les concentrations doivent ecirctre constantesdans le temps Donc elles ne seront pas neacutecessairement eacutegales)

entre autres la loi drsquoaction de masse RAG D3

RAG D3

Bloc B La loi drsquoeacutequilibre

C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations RAG C2 C5

entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur RAG C2 C5

En tecircte

Eacutecrire les mots laquo homogegravene raquo et laquo heacuteteacuterogegravene raquo au tableauInviter les eacutelegraveves agrave discuter en petit groupe de signification de ces mots et agrave formuler une hypothegravese sur ce que constituent un laquo systegraveme chimique homogegravene raquo et un laquo systegraveme chimique heacuteteacuterogegravene raquo Leur proposer de partager leur deacutefinition avec le reste de la classe

En quecircte

Enseignement direct ndash la loi de lrsquoeacutequilibre chimiquePreacutesenter aux eacutelegraveves la loi de lrsquoeacutequilibre chimique Le rapport entre les concentrations de produits (eacuteleveacutees agrave une puissance eacutegale au coefficient agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee) et les concentrations des reacuteactifs (eacuteleveacutees agrave une puissance eacutegale au coefficient de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee) dans une reacuteaction agrave lrsquoeacutequilibre est repreacutesenteacute par la loi drsquoaction de masse ou loi de lrsquoeacutequilibre chimique (voir Chimie 12 p 334-336 Chimie 12 STSE p 424-429 ou Chimie 11-12 p 684-689) La loi de lrsquoeacutequilibre chimique a eacuteteacute preacutesenteacutee en 1864 par Cato Maximillian Guldberg et Peter Waage deux chimistes norveacutegiens Guldberg et Waage ont analyseacute les reacutesultats de nombreuses expeacuteriences diffeacuterentes et mis agrave lrsquoessai une varieacuteteacute de rapports matheacutematiques jusqursquoagrave ce qursquoils deacutecouvrent la relation qui donnait toujours des reacutesultats coheacuterents

Voici lrsquoexpression de la loi drsquoeacutequilibre (ou la loi drsquoaction de masse) qursquoils ont eacutetablie [C]c [D]d

Kc = [A]a[B]b

En sciences de la nature 7e anneacutee les eacutelegraveves se sont familiariseacutes avec les solutions heacuteteacuterogegravenes et homogegravenes

Pour le RAS C12-4-04 les eacutelegraveves devaient reacutesoudre des problegravemes mettant en jeu des constantes drsquoeacutequilibre Le preacutesent reacutesultat drsquoapprentissage offre aux eacutelegraveves lrsquooccasion drsquoutiliser des donneacutees expeacuterimentales pour calculer la valeur de Keacuteq pour une reacuteaction reacuteversible

[A] [B] [C] et [D] repreacutesentent les concentrations des reacuteactifs et des produits lorsque la reacuteaction est en eacutequilibre et que les concentrations ne changent plus Les exposants a b c et d sont les coefficients stœchiomeacutetriques de lrsquoeacutequation On pourrait eacutecrire une eacutequation geacuteneacuterale drsquoeacutequilibre de la faccedilon suivante aA + bB cC + dD

Les solides et les liquides ne sont pas inclusdans lrsquoexpression de la loi drsquoeacutequilibre car leurs concentrations sont constantes Peu importe les quantiteacutes de solides ou de liquides en preacutesence les concentrations (molL) du solide et du liquide demeurent les mecircmes

La constante drsquoeacutequilibre fournit de lrsquoinformation par exemple agrave quel point la reacuteaction est avanceacutee avant drsquoatteindre lrsquoeacutequilibre Comme la constante drsquoeacutequilibre correspond au rapport entre les produits et les reacuteactifs une valeur de Keacuteq supeacuterieure agrave 1 (Keacuteq gt 1) signifie qursquoil y a plus de produits que de reacuteactifs lorsque lrsquoeacutequilibre est atteint Plus la valeur est grande plus les produits sont favoriseacutes Une constante drsquoeacutequilibre eacutegale agrave 1 signifie qursquoagrave lrsquoeacutequilibre la concentration des reacuteactifs et des produits est agrave peu pregraves eacutegale Une constante drsquoeacutequilibre infeacuterieure agrave 1 (Keacuteqlt 1) signifie qursquoil y a plus de reacuteactifs que de produits lorsque lrsquoeacutequilibre est atteint La reacuteaction inverse est donc favoriseacutee (voir Chimie 12 p 348 ou Chimie 12 STSE p 427) La valeur de lrsquoexpression de lrsquoaction de masse en tout temps est appeleacutee le quotient de reacuteaction ou quotient reacuteactionnel (Q) Agrave lrsquoeacutequilibre elle est appeleacutee la constante drsquoeacutequilibre (Keacuteq) Si le quotient de reacuteaction est eacutegal agrave la constante drsquoeacutequilibre le systegraveme est agrave lrsquoeacutequilibre Si Q lt Keacuteq lrsquoeacutequilibre nrsquoest pas atteint et le montant de produits est trop faible Le systegraveme atteindrait lrsquoeacutequilibre en se deacuteplaccedilant vers la droite Si Q gt Keacuteq le systegraveme se deacuteplace vers la gauche pour atteindre lrsquoeacutequilibre (voir Chimie 12 p 354 ou Chimie 12 STSE p 459 460) Rappeler aux eacutelegraveves que les constantes drsquoeacutequilibre ne sont pas speacutecifiques agrave une reacuteaction ni agrave une tempeacuterature donneacutee

Activiteacute ndash la constante drsquoeacutequilibreProposer aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir une relation matheacutematique entre les concentrations agrave lrsquoeacutequilibre des reacuteactifs et des produits pour un ensemble de donneacutees preacutecis afin de mieux comprendre la maniegravere drsquoeacutetablir lrsquoexpression de la loi drsquoeacutequilibre

Certains manuels utilisent le symbole Keacuteq pour repreacutesenter la constante drsquoeacutequilibre Agrave moins que la valeur soit donneacutee avec les uniteacutes approprieacutees ce symbole ne fait pas la distinction entre une valeur de constante drsquoeacutequilibre calculeacutee agrave partir des concentrations agrave lrsquoeacutequilibre (Kc) et celle qui est calculeacutee agrave partir de la pression drsquoeacutequilibre (Kp) Les manuels nrsquoutilisent pas drsquouniteacutes car celles-ci varient selon la puissance des concentrations

Ton enseignant au laboratoire de chimie veut que tu deacutetermines une relation matheacutematique pour les donneacutees qursquoil a trouveacutees agrave partir drsquoune eacutetude de lrsquoeacutequilibre chimique suivant

H2(g)+ I2(g) 2HI(g)

Quelle formule matheacutematique comprenant les concentrations agrave lrsquoeacutequilibre des reacuteactifs et des produits donne une constante (K) pour un systegraveme de reacuteaction agrave lrsquoiodure drsquohydrogegravene

Conseils bull Assure-toi drsquoanalyser toutes tes donneacutees pour veacuterifier ta formulebull Rappelle-toi que la vitesse de la reacuteaction directe est eacutegale agrave la vitesse de la reacuteaction inverse

agrave lrsquoeacutequilibre

Essai [H2] (molL) [I2] (molL) [HI] (molL) [reacuteactifs][produits]2

[produits]2

[reacuteactifs]

1 0003 258 3 0001 294 9 0015 869 002 602 0004 698 1 0000 701 4 0013 997 002 603 0001 008 4 0001 008 4 0007 816 002 604 0000 710 6 0000 710 6 0005 468 002 605 0001 395 3 0001 395 3 0010 791 002 60

Solution vitesse de la reacuteaction directe = kd [H2][I2] vitesse de la reacuteaction inverse = ki [HI]2

Agrave lrsquoeacutequilibre la vitesse de la reacuteaction directe est eacutegale agrave la vitesse de la reacuteaction inverse

vitesse de la reacuteaction directe = vitesse de la reacuteaction inverse alors kd[H2][I2]=ki[HI]2

(Remarque on ne peut annuler les valeurs de k puisqursquoelles ne sont pas identiques)

kd [H2][I2]

ki [HI]2

On pourrait aussi utiliser le rapport inverse

[H2][I2]

kd [HI]2

En inseacuterant les concentrations du premier essai dans la premiegravere eacutequation on obtient la valeur suivante

kd [HI]2 (0015 89)2 = = = 596

ki [H2] [I2] (0003 258 3)(0001 294 9)

En utilisant les mecircmes concentrations du premier essai et en les inseacuterant dans la deuxiegraveme eacutequation on obtient le reacutesultat suivant

ki [H2] [I2] (0003 258 3) (0001 294 9) = = = 0017

kd [HI]2 (0015 89)2

Les eacutelegraveves devraient obtenir des reacuteponses de lrsquoordre de 60 ou de 002 quand ils utilisent les concentrations fournies dans les autres essais Preacuteciser que dans lrsquoensemble les scientifiques se sont entendus pour inclure les constantes drsquoeacutequilibre dans des documents comme le CRC Handbook of Chemistry and Physics en utilisant le rapport entre les concentrations des produits et celles des reacuteactifs

kd [HI]2

= = keacuteq ki [H2] [I2]

Comme on exprime geacuteneacuteralement la constante drsquoeacutequilibre en fonction de la concentration on lrsquoeacutecrit habituellement avec lrsquoindice laquo c raquo au lieu de lrsquoindice laquo eacuteq raquo donc Kc

Expressions de la constante drsquoeacutequilibre Proposer aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire des expressions de la constante drsquoeacutequilibre pour des reacuteactions homogegravenes et heacuteteacuterogegravenes

Exemple de problegraveme sur une reacuteaction agrave lrsquoeacutequilibre dans un systegraveme heacuteteacuterogegravene

Eacutecrire lrsquoexpression de la constante drsquoeacutequilibre pour la dissociation du carbonate de calcium solide CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Solution En appliquant la forme standard de lrsquoexpression de la constante drsquoeacutequilibre lrsquoeacutequation srsquoeacutecrirait comme suit [CaO][CO2] kc

[CaCO3] Cependant les concentrations des solides et des liquides purs sont constantes c-agrave-d qursquoelles ne varient pas Elles ne sont pas comprises dans lrsquoexpression de lrsquoaction de masse Lrsquoexpression de la constante drsquoeacutequilibre pour la dissociation du carbonate de calcium est donc la suivante

kc = [CO2]

Reacutesolution de problegravemes ndash la constante drsquoeacutequilibre Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes comportant des constantes drsquoeacutequilibre (voir Chimie 12 p 338-348 Chimie 12 STSE p 428-431 et p 442-452 ou Chimie 11-12 p 686-689)

Il est recommandeacute de se limiter aux types de problegravemes suivants

bull calcul de la Kc lorsqursquoon donne les concentrations de tous les reacuteactifs et les produits bull calcul de la concentration agrave lrsquoeacutequilibre lorsque la Kc et les concentrations agrave lrsquoeacutequilibre de

tous les autres reacuteactifs et produits sont donneacuteesbull utilisation drsquoun tableau IVEacute (voir les annexes 2 et 3) pour trouver la Kc agrave partir drsquoune

concentration initiale ou de la concentration agrave lrsquoeacutequilibre drsquoun des produits

Activiteacutes de laboratoire ndash la constante drsquoeacutequilibreProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une activiteacute de laboratoire afin drsquoeacutetudier la constante drsquoeacutequilibrebull Mesure drsquoune constante drsquoeacutequilibre (voir Chimie 12 p 340 ou Chimie 12 STSE p 476-478) Cette activiteacute permettra aux eacutelegraveves drsquoutiliser des donneacutees expeacuterimentales pour calculer la valeur de Keacuteq pour une reacuteaction reacuteversible

bull Utilisation drsquoun colorimegravetre ou spectromegravetre (voir lrsquoannexe 4)Dans cette expeacuterience des solutions de SCN- et de Fe3+ agrave des concentrations variables seront meacutelangeacutees afin drsquoobtenir un systegraveme en eacutequilibre entre les deux ions seacutepareacutes et lrsquoion FeSCN2+ Faire remarquer aux eacutelegraveves que plus les concentrations de Fe3+ sont eacuteleveacutees plus la couleur rouge orangeacute du complexe est fonceacutee Leur demander drsquoutiliser ensuite le spectromegravetre ou le colorimegravetre pour deacuteterminer lrsquoabsorbance de chaque systegraveme qui servira ensuite agrave deacuteterminer les concentrations de tous les reacuteactifs et produits en eacutequilibre afin de trouver la valeur de Keacuteq

En fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche sur les travaux des chimistes norveacutegiens Cat Maximilian Guldberg et Peter Waage qui les ont conduits agrave proposer la loi drsquoaction de masse Leur demander de deacutecrire la faccedilon dont la loi drsquoaction de masse a abouti agrave la formulation des expressions des constantes drsquoeacutequilibre

2Proposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser les notes explicatives pour montrer la formulation drsquoune expression de lrsquoaction de masse pour une reacuteaction comportant des solides ou des liquides (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature secondaire p1314-1315)

- Pourquoi est-il important de savoir si un systegraveme chimique est homogegravene ou heacuteteacuterogegravene lorsqursquoon veut calculer une constante drsquoeacutequilibre

1Demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire des expressions de la loi drsquoeacutequilibre agrave partir drsquoeacutequations chimiques donneacutees et des eacutequations chimiques agrave partir de lrsquoexpression de la loi drsquoeacutequilibre

2Fournir aux eacutelegraveves diverses valeurs de Keacuteq et leur demander drsquoindiquer quelles reacuteactions eacutetaient sur le point de se terminer lorsque lrsquoeacutequilibre a eacuteteacute atteint et lesquelles ne lrsquoeacutetaient pas

3Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes comportant des constantes drsquoeacutequilibre (voir lrsquoannexe 5 ougrave des problegravemes et leurs solutions sont preacutesenteacutes)

5Lrsquoeacutevaluation des activiteacutes de laboratoire peut se faire au moyen de rapports de laboratoire formels Utiliser le modegravele de rapport de laboratoire ou le format de rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 11-38 14-12)

Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave C12-4-06 utiliser le principe de Le Chatelier pour preacutedire et expliquer des deacuteplacements

drsquoeacutequilibre entre autres les variations de tempeacuterature les changements de pression et de volume le changement de concentration des reacuteactifs ou des produits lrsquoaddition drsquoun catalyseur ou drsquoun gaz inerte les effets de divers stress sur la constante drsquoeacutequilibre

RAG D3 D4 E4

C12-4-08 interpreacuteter des graphiques de la concentration en fonction du temps entre autres les variations de tempeacuterature ou de concentration lrsquoaddition drsquoun

catalyseur RAG D3 D4

C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction veacuterifiable baseacutee sur des donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes RAG C2

C12-0-S7 interpreacuteter des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations RAG C2 C5 C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8

RAG C2 C3 C4 C5

Bloc C Le principe de Le Chatelier

En tecircte

Inviter les eacutelegraveves agrave explorer les effets des changements de conditions sur les reacuteactions chimiques agrave lrsquoeacutequilibre Leur proposer de se rendre sur le site httpsphetcoloradoedufrsimulationreactions-and-rates de lancer la simulation laquo Reacuteaction et cineacutetique raquo et de cliquer sur lrsquoonglet laquo collisions multiples raquo Les inviter agrave choisir une quantiteacute eacutegale de reacuteactifs et agrave laisser la reacuteaction se poursuivre jusqursquoagrave ce qursquoun eacutequilibre soit atteint Ensuite leur proposer de modifier des paramegravetres tels que la quantiteacute de reacuteactifs ou de produits et drsquoobserver ce qui se produit lorsque le systegraveme revient agrave lrsquoeacutequilibre

En quecircte

Enseignement direct ndash le principe de Le Chatelier Expliquer aux eacutelegraveves que plusieurs facteurs peuvent avoir un effet sur lrsquoeacutequilibre drsquoune reacuteaction

reacuteversible Ils auront peut-ecirctre remarqueacute lors de lrsquoactiviteacute de la section laquo En tecircte raquo qursquoune augmentation de la concentration des reacuteactifs favorise la formation de produits tandis qursquoune augmentation de la concentration des produits favorise la reacuteaction inverse En 1884 le chimiste franccedilais Louis Le Chatelier a proposeacute un principe (le principe de Le Chatelier) deacutecrivant la faccedilon dont lrsquoeacutequilibre chimique eacutevolue en reacuteponse agrave un stress ou agrave une perturbation dans un systegraveme fermeacute (voir Chimie 12 p 356-365 Chimie 12 STSE p 432-439 ou Chimie 11-12 p 690-695) Un systegraveme fermeacute en eacutequilibre soumis agrave une perturbation reacuteagit de faccedilon agrave srsquoopposer agrave ce changement et ainsi revenir agrave lrsquoeacutequilibre Le tableau qui suit deacutecrit la faccedilon dont lrsquoeacutequilibre chimique se deacuteplace en reacuteponse agrave un stress dans un systegraveme fermeacute

Dans le cours de chimie de 11e anneacutee (C11-02-05) les eacutelegraveves ont reacutealiseacute une expeacuterience pour eacutetudier la loi de Boyle selon laquelle la pression et le volume drsquoun gaz sont inversement proportionnels Ils ont aussi reacutealiseacute des expeacuteriences en produisant des reacuteactions endothermiques et exothermiques en 11e

et 12e anneacutees (C11-3-13 et C12-3-04) Le RAS C12-3-02 preacutevoyait un laboratoire visant agrave faire observer les effets de la concentration de la tempeacuterature de la pression du volume et de la preacutesence drsquoun catalyseur sur la vitesse de reacuteaction

Stress Reacuteaction du systegraveme Effet sur la constante drsquoeacutequilibreAugmentation de la tempeacuterature

Lrsquoeacutequilibre se deacuteplace de faccedilon agrave utiliser la chaleur ajouteacutee favorisant ainsi une reacuteaction endothermique

La constante drsquoeacutequilibre change puisque la position drsquoeacutequilibre se deacuteplace sans qursquoil y ait de substance ajouteacutee ou enleveacutee La cha-leur nrsquoentre pas en ligne de compte dans lrsquoexpression de lrsquoaction de masse pour maintenir le rapport

Diminution de la tempeacuterature

Lrsquoeacutequilibre se deacuteplace de faccedilon agrave produire plus de chaleur favorisant ainsi une reacuteaction exothermique

La constante drsquoeacutequilibre change puisque la position drsquoeacutequilibre se deacuteplace sans qursquoil y ait de substance ajouteacutee ou enleveacutee La chaleur nrsquoentre pas en ligne de compte dans lrsquoexpression de lrsquoaction de masse pour maintenir le rapport

Augmentationdu volume(diminution de la pression)

Lrsquoeacutequilibre se deacuteplace du cocircteacute ayant le plus de particules de gaz puisque les solides et les liquides sont incompressibles

La constante drsquoeacutequilibre ne change pas puisque les concentrations de tous les reacuteac-tifs et des produits changent dans une mecircme proportion

Diminution du volume(augmentation de la pression)

Lrsquoeacutequilibre se deacuteplace du cocircteacute ayant le moins de particules de gaz puisque les solides et les liquides sont incompressibles

Augmentation de la concentration

Lrsquoeacutequilibre se deacuteplace pour diminuer la quantiteacute du reacuteactif ou du produit qui a eacuteteacute ajouteacute

Diminution de la concentration

Lrsquoeacutequilibre se deacuteplace de faccedilon agrave augmenter la quantiteacute du reacuteactif ou du produit qui a eacuteteacute enleveacute

Addition drsquoun catalyseur

Aucun changement Le cata-lyseur augmente la vitesse des reacuteactions directe et inverse dans la mecircme mesure donc il aide simplement agrave amener les systegravemes en eacutequilibre plus rapidement

La constante drsquoeacutequilibre ne change pas

Addition drsquoun gaz inerte

Aucun changement puisque le gaz inerte ne participe pas agrave la reacuteaction

Lrsquoexemple ci-dessous montre lrsquoinfluence drsquoune variation de la concentration sur les autres substances dans une reacuteaction chimique Les changements de concentration qui suivent entraicircnent un deacuteplacement vers la droite augmentation augmentation diminution PCl3 + Cl2 PCl5

Les changements de concentration qui suivent entraicircnent un deacuteplacement vers la gauche (reacuteaction inverse) diminution diminution augmentation PCl3 + Cl2 PCl5

Deacutemonstrations ndash principe Le Chatelier bull Lrsquoexpeacuterience des feux de circulation Cette deacutemonstration illustre une reacuteaction drsquooscillation entre le jaune orangeacute initial et le rouge

(apregraves avoir agiteacute le flacon une fois) puis le vert (apregraves avoir agiteacute encore un peu) Apregraves avoir laisseacute reposer le flacon pendant quelques minutes la couleur change dans lrsquoordre inversepour revenir au jaune orangeacute Le principe qui explique cette deacutemonstration est qursquoune agitation est suffisante pour que la premiegravere reacuteaction se produise et qursquoen agitant quelques fois encore la deuxiegraveme reacuteaction peut srsquoeffectuer Agrave mesure que la solution repose lrsquoeacutenergie cineacutetique (due agrave lrsquoagitation) diminue ce qui fait qursquoil nrsquoy a pas suffisamment drsquoeacutenergie pour que les reacuteactions se poursuivent Preacuteparer lrsquoexpeacuterience en dissolvant 32 g de KOH dans 1200mL drsquoeau (solution A) 40g de glucose dans 1200 mL drsquoeau (solution B) 050 g de benzoiumlne dans 500 mL drsquoeau (solution C) et 10 g de carmin drsquoindigo dans 200 mL drsquoeau (solution D) Dans un grand ballon vide et propre ajouter 200 mL de la solution A Ajouter ensuite 200 mL de la solution B puis 60 mL de solution C et enfin 16 mL de solution D Une videacuteo de cette deacutemonstration est fournie agrave lrsquoadresse httpwncomtraffic_light_reaction_go science_demonstration (site en anglais) Des videacuteos de deacutemonstrations similaires (avec des substances chimiques diffeacuterentes mais pour lesquelles les mecircmes couleurs apparaissent) sont accessibles sur Internet - Videacuteo de la reacuteaction de Belousov Zhabotinsky

httpww3ac poitiersfrsc_physcyberlabcyberterfete_chiBZbzhtm Ce site preacutesente une videacuteo de cette reacuteaction ougrave la couleur oscille entre le rouge et le bleu voir aussi httpwwwfaidherbeorgsitecoursdupuisjoupordhtm

- Videacuteo de la reacuteaction de Briggs Rauscher httpwwwyoutubecomwatchv=Ch93AKJm9os

bull Deacutemonstration des cristaux liquidesSrsquoil est possible drsquoobtenir une feuille de cristaux liquides thermosensibles enrouler la feuille autour de verres drsquoeau froide drsquoeau agrave la tempeacuterature ambiante et drsquoeau chaude pour voir si lrsquoaugmentation de la tempeacuterature fait foncer la couleur

CLCC + chaleur CLCF (cristaux liquides (cristaux liquides de couleur claire) de couleur fonceacutee)

Les laquo bagues drsquohumeur raquo faites de cristaux liquides tirent parti de ce pheacutenomegravene en reacutetablissant lrsquoeacutequilibre par suite de leacutegers changements de la tempeacuterature corporelle

Activiteacutes de laboratoire ndash perturbation de systegravemes en eacutequilibre Choisir parmi les expeacuteriences ci-dessous qui aident agrave deacuteterminer la faccedilon dont des systegravemes en eacutequilibre reacuteagissent agrave des stress ou perturbations Il nrsquoest pas neacutecessaire que les eacutelegraveves exeacutecutent chacune des activiteacutes Lrsquoenseignant devrait choisir les activiteacutes approprieacutees compte tenu des habileteacutes des eacutelegraveves et de lrsquoeacutequipement dont on dispose

bull Laboratoire drsquoanalogieLa marche agrave suivre complegravete pour cette expeacuterience de laboratoire est fournie agrave lrsquoannexe 6 Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 7 Proposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser des pailles de deux diamegravetres (calibres) diffeacuterents pour transfeacuterer de lrsquoeau entre deux cylindres gradueacutes jusqursquoagrave ce que lrsquoeacutequilibre soit atteint Cette activiteacute est beacuteneacutefique pour les eacutelegraveves car elle montre que les systegravemes ne sont pas neacutecessairement en eacutequilibre lorsque les concentrations des reacuteactifs et des produits sont identiques Les reacutesultats des eacutelegraveves varieront selon le diamegravetre de la paille placeacutee dans chaque cylindre gradueacute Une grille drsquoeacutevaluation est proposeacutee agrave lrsquoannexe 8 pour cette analogie

bull Laboratoire sur lrsquoeacutequilibre qualitatifUn exercice preacutealable au laboratoire est fourni agrave lrsquoannexe 9 Cet exercice offre aux eacutelegraveves lrsquooccasion de preacutedire la direction du deacuteplacement de lrsquoeacutequilibre en fonction des stress exerceacutes La marche agrave suivre complegravete pour ce laboratoire est fournie agrave lrsquoannexe 10 Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 11 Proposer aux eacutelegraveves de creacuteer un systegraveme en eacutequilibre en utilisant des solutions de nitrate de fer(III) agrave 002 molL et de thiocyanate de potassium agrave 0002 molL Les solutions sont meacutelangeacutees puis on creacutee des laquo perturbations raquo en ajoutant du nitrate de fer(III) du thiocyanate de potassium solide et de lrsquohydroxyde de sodium agrave des petites quantiteacutes de la solution Le deacuteplacement de la position drsquoeacutequilibre initiale peut ecirctre observeacute par les variations de couleur

bull Perturbation de systegravemes en eacutequilibre Cette expeacuterience de laboratoire est preacutesenteacutee agrave lrsquoannexe 12 La reacuteaction eacutetudieacutee est la

suivante Co H2O 6

2+ + 4Cl- CoCl42- + 6H2O ( )

rose bleu

Inviter les eacutelegraveves agrave dissoudre le chlorure de cobalt dans lrsquoeacutethanol et agrave noter la couleur de la solution Leur demander ensuite drsquoappliquer un stress agrave des petites quantiteacutes de la solution preacutepareacutee (eau distilleacutee acide chlorhydrique chlorure de calcium solide solution de nitrate drsquoargent augmentation et diminution de la tempeacuteraturechaleur) et de noter les couleurs reacutesultantes

bull Expeacuterience 7 B Perturbation de lrsquoeacutequilibre (voir Chimie 12 p 358) Cette expeacuterience comprend quatre parties La premiegravere porte sur lrsquoeacutequilibre chromate bichromate

H(aq)+ + 2CrO4(aq)

2- Cr2O7(aq)2- + OH(aq)

- jaune orangeacute

La deuxiegraveme partie porte sur les changements apporteacutes agrave un systegraveme de base en eacutequilibre soit

NH3 (aq) + H2O(l) NH4 (aq)+ + OH(aq)

La troisiegraveme partie traite de lrsquoeffet des changements de concentration et de tempeacuterature sur un systegraveme en eacutequilibre

Co H2O 6(aq)2+ + 4Cl(aq)

- CoCl4(aq)2- + 6H2O(l)

rose bleu ou pourpre( )

Enfin en quatriegraveme partie on examine la reacuteaction N2O4(g)+ 59 kJ fraslmol 2NO2(g) Cette partie devrait ecirctre reacutealiseacutee par lrsquoenseignant agrave titre de deacutemonstration (voir aussi Chimie 12 STSE p 439)

bull Expeacuterience 7-B La reacuteaction drsquoun systegraveme en eacutequilibre aux variations de conditions (voir Chimie 12 STSE p 474-475)

Les eacutelegraveves doivent concevoir leurs propres expeacuteriences afin drsquoeacutetudier le principe de LeChatelier La premiegravere partie porte sur lrsquoeacutequilibre dans un systegraveme gazeux tandis que la deuxiegraveme porte sur un systegraveme de base en eacutequilibre

Deacutemonstration sur Internet Inviter les eacutelegraveves agrave visionner les videacuteos sur le site suivant et agrave expliquer les changements qursquoils observent httpwwwafd-ldorg~fdp_chimiepagephpthem=thermodynamiqueampchap=equilibre-chimique Des renseignements pour lrsquoenseignant sont disponibles en format PDF ou sous forme drsquoanimation Cliquer sur les icocircnes pour visionner la videacuteo ou acceacuteder aux renseignements

La videacuteo laquo Effet de la tempeacuterature sur un eacutequilibre dynamique raquo montre les effets de la tempeacuterature sur lrsquoeacutequilibre NO2 fraslN2O4 La videacuteo laquo Effet de la concentration sur un eacutequilibre dynamique raquo montre les effets de la concentration sur lrsquoion cobalt La videacuteo laquo Effet de la pression sur un eacutequilibre dynamique raquo montre les effets de la pression sur lrsquoeacutequilibre NO2 fraslN2O4 Enseignement direct ndash analyse de graphiques de la concentration en fonction du temps Inviter les eacutelegraveves agrave examiner les reacutesultats obtenus lors du laboratoire drsquoanalogie srsquoils lrsquoont termineacute ou leur donner un graphique de la concentration en fonction du temps Ils devraient remarquer que lrsquoeacutequilibre est illustreacute par un plateau montrant que les concentrations des reacuteactifs et des produits ne changent plus dans le temps

ExempleMontrer aux eacutelegraveves la faccedilon de reacutesoudre le problegraveme qui suit afin de preacutesenter lrsquoanalyse quantitative drsquoun graphique de la concentration en fonction du temps Voir lrsquoinformation pour lrsquoenseignant agrave lrsquoannexe 13 Il est aussi possible de fournir aux eacutelegraveves les donneacutees du tableau suivant pour qursquoils puissent construire le graphique avant de lrsquointerpreacuteter

Dans le RAS C12-4-01 les eacutelegraveves ont examineacute qualitativement des graphiques de la concentration en fonction du temps Dans le RAS C12-4-06 ils ont vu qursquoun systegraveme en eacutequilibre se modifie pour atteacutenuer le stress et reacutetablir lrsquoeacutequilibre

Temps [FeSCN2+] [SCN-] [Fe3+] [Fe3+] apregraves le stress

0 0 25 45 1 175 325

10 1 15 311 1 15 312 1 15 313 1 15 314 1 15 3 715 1 15 620 15 125 525 15 125 530 15 125 5

Concentration en fonction du temps

Pour la reacuteaction Fe3++ SCN- FeSCN2+ les concentrations des reacuteactifs (Fe3+ et SCN-) dimi-nuent agrave mesure que la reacuteaction progresse et la concentration du produit (FeSCN2+) augmente Il semble que la reacuteaction atteigne lrsquoeacutequilibre au bout de 10 secondes Agrave 15 secondes un stress est appliqueacute agrave lrsquoeacutequilibre puisque la concentration de Fe3+ augmente en flegraveche agrave ce moment Il y a plus de moleacutecules de Fe3+ dans ce systegraveme donc le nombre de moleacutecules de SCN- diminue et le nombre de moleacutecules de produit (FeSCN2+) augmente Un nouvel eacutequilibre est eacutetabli agrave 20 secondes

Questions

1 Eacutecris une eacutequation eacutequilibreacutee pour repreacutesenter cette reacuteaction 2 Combien de temps a-t-il fallu pour que le systegraveme parvienne agrave lrsquoeacutetat drsquoeacutequilibre 3 Calcule la valeur approximative de la constante drsquoeacutequilibre agrave partir des concentrations agrave 10 secondes 4 Calcule la valeur approximative de la constante drsquoeacutequilibre agrave partir des concentrations agrave 20 secondes 5 Comment les deux valeurs obtenues en 3 et 4 se comparent-elles Pourquoi 6 Quelle a eacuteteacute la perturbation appliqueacutee agrave 14 secondes 7 Comment lrsquoajout drsquoun catalyseur positif peut-il changer la forme de la courbe

Reacuteponses

1 Fe3++ SCN- FeSCN2+

2 10 secondes

3 Keacuteq = [FeSCN2+]

= 022 [Fe3+][SCN-] (3)(15)

= (15)

= 024 [Fe3+][SCN-] (5)(125) 5 Elles sont agrave peu de choses pregraves les mecircmes puisque la perturbation appliqueacutee au systegraveme nrsquoeacutetait pas un changement de tempeacuterature 6 Ajout de Fe3+ 7 Un catalyseur devrait diminuer le temps neacutecessaire pour atteindre lrsquoeacutequilibre donc la courbe serait beaucoup plus comprimeacutee sur lrsquoaxe des x

En fin

Proposer aux eacutelegraveves de consulter lrsquoeacutepisode 4 laquo Tendances des reacuteactions raquo de la seacuterie de TFO Eacutequilibre chimique Les effets de la chaleur et de la pression sont illustreacutes dans un systegraveme en eacutequilibre en utilisant le principe de Le Chatelier Inviter les eacutelegraveves agrave deacutecrire ces effets sur un systegraveme en eacutequilibre agrave lrsquoeacutechelle macroscopique et agrave lrsquoeacutechelle microscopique Cette videacuteo est disponible sur le site de TFO

1 Poser les questions suivantes aux eacutelegraveves - Quels sont les cinq facteurs qui influent sur la vitesse drsquoune reacuteaction - Dans une reacuteaction en eacutequilibre comment les vitesses de la reacuteaction directe et de la reacuteaction inverse peuvent-elles se comparer 2 Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave des questions relatives au principe de Le Chatelier par exemple Une grande partie du brouillard brunacirctre qui flotte au dessus des grandes villes est

constitueacutee de dioxyde drsquoazote NO2(g) qui reacuteagit pour former du teacutetraoxyde de diazote N2O4(g) selon lrsquoeacutequation

2NO2 (g) N2O4 (g) + 572 kJ (brun) (incolore)

Utilise cette reacuteaction agrave lrsquoeacutequilibre pour expliquer pourquoi le brouillard brunacirctre disparaicirct en hiver au dessus des grandes villes pour ne reacuteapparaicirctre qursquoau printemps

(Reacuteponse La perturbation appliqueacutee est une diminution de la tempeacuterature en hiver La reacuteaction exothermique (deacutegagement de chaleur) serait favoriseacutee afin de contrer la diminution de tempeacuterature ce qui favoriserait la production de teacutetraoxyde de diazote un gaz incolore En eacuteteacute la perturbation serait une augmentation de tempeacuterature La reacuteaction endothermique (absorption de chaleur) serait favoriseacutee pour contrer cette perturbation Il y aurait alors production de dioxyde drsquoazote ce qui produirait le brouillard brunacirctre au dessus de la ville)

3 Proposer aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire un article de journal fictif reacutedigeacute le jour ougrave Henri Louis Le Chatelier

a fait sa contribution la plus importante agrave la science afin de souligner cette contribution 4 Inviter les eacutelegraveves agrave reacutediger un rapport drsquoexpeacuterience pour leur activiteacute de laboratoire (voir

Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire pour des modegraveles) 5 Se reacutefeacuterer aux annexes 8 et 9 du regroupement 1 afin drsquoeacutevaluer les habileteacutes en laboratoire

des eacutelegraveves 6 Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter la feuille de travail fournie agrave lrsquoannexe 14

C12-4-09 deacutecrire des applications pratiques du principe de Le Chatelier par exemple le proceacutedeacute Haber la production drsquoheacutemoglobine en altitude les boissons

gazeacuteifieacutees lrsquoadaptation des yeux agrave la lumiegravere le pH sanguin la recharge des piles les moteurs turbocompresseacutessuralimenteacutes la synthegravese drsquoesters les indicateurs meacuteteacuteo lrsquoeau gazeacuteifieacutee dans lrsquoalimentation drsquoune poule

RAG B1 D3

par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations moleacuteculaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots

RAG D3

RAG A1 A3 A5 B2

RAG B4

En tecircte

Poser la question suivante aux eacutelegraveves pour eacutevaluer leur compreacutehension du principe de Le Chatelier

- Lrsquoalcool isopentylique reacuteagit avec lrsquoacide aceacutetique pour former de lrsquoaceacutetate de pentyle composant ayant une odeur plaisante (essence de banane naturelle)

C5H11OH(aq) + CH3COOH(aq) CH3COOC5H11(aq) + H2O(l)

En quecircte

RAG D3

C40S-4-13 mener une expeacuterience pour deacuteterminer le produit de solubiliteacute (Kps) drsquoun sel agrave faible solubiliteacute

RAG C2 D3

RAG C2 C5

RAG C2 C4 C7

Bloc E Le produit de solubiliteacute

En tecircte

Inviter les eacutelegraveves agrave eacutecrire des eacutequations ioniques nettes de reacuteactions en solution par exemple la reacuteaction entre BaCl2 et Na2SO4 Les eacutelegraveves peuvent consulter les regravegles de solubiliteacute de lrsquoannexe 3 du regroupement 1 pour deacuteterminer quelles substances ioniques formeront un preacutecipiteacute agrave partir de solutions aqueuses (Ba(aq)

2+ + SO4(aq)2- BaSO4(s))

En quecircte

Enseignement direct ndash la solubiliteacute des preacutecipiteacutes Expliquer aux eacutelegraveves que les preacutecipiteacutes formeacutes par les reacuteactions de deacuteplacement double ne

sont pas insolubles mais leacutegegraverement solubles Agrave titre drsquoexemple mecircme si le tableau de solubiliteacute devrait indiquer que lrsquoAgCl est insoluble ce composeacute donne lieu agrave des reacuteactions de dissociation et de preacutecipitation pour eacutetablir lrsquoeacutequilibre AgCl(s) Ag(aq)

+ + Cl(aq)-

Une bonne repreacutesentation visuelle de cette reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire est fournie sur le site Web de la North Carolina School of Science and Mathematicals Distance Learning Technologies (site en anglais) agrave lrsquoadresse httpwwwdltncssmeducoreChapter14 Gas_Phase Solubility Complex_Ion_EquilibriaChapter14 AnimationsSolubility_of_AgClhtml

Au deacutebut de ce regroupement les eacutelegraveves ont calculeacute les constantes drsquoeacutequilibre en utilisant le rapport entre les concentrations des produits (eacuteleveacutees agrave la puissance de leurs coefficients agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee) et les concentrations des reacuteactifs (eacuteleveacutees agrave la puissance de leurs coefficients agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee) agrave lrsquoeacutequilibre

Keacuteq = Ag(aq)

+ Cl(aq)-

AgCl(s)

Comme les solides ne sont pas inclus dans les expressions drsquoeacutequilibre (leurs concentrations eacutetant stables) les constantes du produit de solubiliteacute sont calculeacutees en utilisant seulement les concentrations des produits agrave lrsquoeacutequilibre et puisque ces expressions drsquoeacutequilibre sont associeacutees agrave la dissolution drsquoun solide on doit remplacer Keacuteq par Kps

Kps = [Ag+][Cl-]

Dans les RAS C12-1-01 et C12-1-02 les eacutelegraveves ont vu que certaines reacuteactions produisent des preacutecipiteacutes

Comme crsquoest le cas des constantes drsquoeacutequilibre les constantes du produit de solubiliteacute srsquoappliquent agrave une seule reacuteaction agrave une tempeacuterature donneacutee puisque la solubiliteacute drsquoun sel varie selon la tempeacuterature Plus la valeur de Kps est eacuteleveacutee plus le sel est soluble

Exemples (valeurs donneacutees pour 25 degC)phosphate de calcium Kps = 12 times 10-26 bromure drsquoargent Kps = 77 times 10-13 fluorure de baryum Kps = 17 times 10-6

Dans ces exemples la solubiliteacute du fluorure de baryum BaF2 est plus eacuteleveacutee que celle des autres sels Ca3(PO4)2 et AgBr car BaF2 a la valeur la plus eacuteleveacutee de Kps Le phosphate de calcium Ca3(PO4)2 se dissout tregraves leacutegegraverement dans lrsquoeau la valeur de Kps eacutetant tregraves faible

Bien faire la distinction entre solubiliteacute (nombre de moles de soluteacute qui se dissoudront dans un litre de solvant aussi appeleacutee la concentration) et produit de solubiliteacute (produit des concentrations des ions en solution eacuteleveacute agrave la puissance de leurs coefficients dans lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee)

Dans les manuels on nrsquoutilise aucune uniteacute pour Kps puisque les uniteacutes varient selon la puissance des concentrations (molL (molL)2 ou (molL)3)

Enseignement direct ndash calcul de la constante de solubiliteacute Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes de produit de solubiliteacute Leur montrer quelques exemples Limiter les choix de problegravemes aux suivants

1 Calculer la valeur de Kps lorsqursquoon donne la solubiliteacute molaire drsquoun composeacute2 Utiliser un tableau IVEacute pour connaicirctre la solubiliteacute molaire drsquoun sel agrave faible solubiliteacute3 Deacuteterminer les concentrations des ions preacutesents agrave lrsquoeacutequilibre lorsque la valeur de Kps du sel agrave faible solubiliteacute est connue4 Deacuteterminer la solubiliteacute molaire drsquoun sel agrave faible solubiliteacute dans une solution dont la concentration drsquoun ion commun est connue Exemples de problegravemes 1 Calcul de la Kps en tenant compte de la solubiliteacute molaire drsquoun composeacute La solubiliteacute du sulfate de calcium CaSO4 est de 49 times 10-3 molL Calcule la valeur de Kps pour CaSO4

Solution a) Eacutecrire lrsquoeacutequation de dissociation de CaSO4 CaSO4(s) Ca(aq)

2+ + SO4(aq)2

b) Eacutecrire le produit ionique ou lrsquoexpression de Kps

Kps = Ca2+ SO42-[ ][ ]

c) Inseacuterer les concentrations molaires des ions Ca2+et SO4 dans lrsquoexpression de

Kps et faire le calcul

Kps = [49 times 10-3 molL][49 times 10-3 molL]

Kps = 24 times 10-5

2 Utilisation drsquoun tableau IVEacute pour calculer la solubiliteacute molaire drsquoun sel agrave faible solubiliteacute

Sachant que la valeur de Kps du PbCl2 est de 2 times 10-5 calcule la solubiliteacute molaire du PbCl2 dans de lrsquoeau pure agrave 25 degC

Solution a) Eacutecrire lrsquoeacutequation de dissociation de PbCl2

PbCl2(s) Pb(aq)2+ + 2Cl(aq)

b) Preacuteparer un tableau IVEacute (Initiale Variation Eacutequilibre) et y inseacuterer les valeurs pour les ions inconnus Noter que pour chaque ion Pb2+ deux ions Cl- sont preacutesents drsquoapregraves lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee

I --- 0 0

V --- + x +2x

Eacute --- x 2x

c) Eacutecrire le produit ionique ou lrsquoexpression de Kps et inseacuterer les valeurs connues dans lrsquoexpression Kps = [Pb2+] [Cl-]2

2 times 10-5 = (x) (2x)2

d) Calculer x 2 times 10-5 = 4x3

x3 = 5 times 10-6

x = 17 times 10-2 molL

La solubiliteacute molaire du PbCl2 dans lrsquoeau pure agrave 25 degC est de 17 times 10-2 molL

3 Deacutetermination des concentrations des ions preacutesents agrave lrsquoeacutequilibre lorsque la valeur de Kpsdu sel agrave faible solubiliteacute est connue

Quelle est la concentration des ions argent et chlorure dans une solution satureacutee de chlorure drsquoargent agrave 25 degC (Kps = 18 times 10-10)

Solution a) Eacutecrire lrsquoeacutequation de dissociation pour AgCl

AgCl(s) Ag(aq)+ + Cl(aq)

b) Preacuteparer un tableau IVEacute et y inseacuterer les valeurs inconnues des ions x AgCl(s) Ag(aq)

+ + Cl(aq)-

I --- 0 0

V --- + x + x

Eacute --- x x

c) Eacutecrire le produit ionique ou lrsquoexpression de Kps et inseacuterer les valeurs connues

Kps = [Ag + ][Cl-] 18 times 10-10 = (x )(x )

d) Calculer x

18 times 10-10 = (x)2

x2= 18 times 10-10

x = 13 times 10-5 molL La solubiliteacute molaire des ions agrave lrsquoeacutequilibre est eacutegale agrave

x = [Ag+] = [Cl-] = 13 times 10-5 molL

4 Deacutetermination de la solubiliteacute molaire drsquoun sel agrave faible solubiliteacute dans une solution dont la concentration drsquoun ion commun est connue

Calcule la solubiliteacute molaire du chlorure drsquoargent dans une solution de nitrate drsquoargent agrave 15 times 10-3 molL (Kps pour AgCl = 16 times 10-10)

Solution Ce problegraveme porte sur un ion commun Ag+ qui est preacutesent dans AgCl et AgNO3 Noter que la preacutesence de lrsquoion commun influe sur la solubiliteacute de AgCl (en molL) mais pas sur la valeur de Kps puisqursquoil srsquoagit drsquoune constante drsquoeacutequilibre

a) AgNO3 se dissocie complegravetement comme lrsquoindique lrsquoeacutequation AgNO3 (s) Ag(aq)

+ + NO3 (aq)- Puisqursquoon sait que la concentration de AgNO3 est de

15 times 10-3 molL [Ag+] = 15 times 10-3 molL

Eacutecrire lrsquoeacutequation de dissociation pour AgCl

b) Preacuteparer le tableau IVEacute et y inseacuterer les valeurs pour les ions inconnus Ne pas oublier qursquoil y a deux sources drsquoions Ag+ 15 x 10-3 molL de AgNO3 et une quantiteacute inconnue x de AgCl

- I --- 15 times 10-3 0

V --- + x +x Eacute --- 15 times 10-3+ x x

c) Eacutecrire le produit ionique ou lrsquoexpression de Kps et inseacuterer les valeurs connues dans lrsquoeacutequation

Kps = [Ag+ ][Cl-]

16 times 10-10 = (15 times 10-3 + x)(x)

Ce x peut ecirctre omis car laquantiteacute drsquoions Ag+pouvant ecirctre dissous agrave partir drsquoAgClest tregraves petite compareacutee agrave laquantiteacute drsquoions Ag provenantde AgNO

d) Calculer x

16 times 10-10 = (15 times 10-3)(x)

x = 11 times 10-7

[AgCl] = 11 times 10-7mol fraslL

La solubiliteacute molaire de AgCl dans une solution de AgNO3(aq) agrave 15 times 10-3 mol fraslL est de 11 times 10-7 mol fraslL

Recherche ndash applications pratiques des sels agrave faible solubiliteacuteInviter les eacutelegraveves agrave se renseigner au sujet des applications pratiques des sels agrave faible solubiliteacute agrave lrsquoaide de la strateacutegie Jigsaw (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p321) Diviser la classe en groupes drsquoexperts et assigner agrave chacun une diffeacuterente application Inviter les eacutelegraveves agrave preacuteparer un reacutesumeacute de leur exemple Veacuterifier les reacutesumeacutes de chaque groupe drsquoexperts faisant des corrections ou des ajouts srsquoil y a lieu Pour srsquoassurer que chaque membre du groupe drsquoexperts est en mesure drsquoexpliquer son sujet inviter les eacutelegraveves agrave donner des explications agrave tour de rocircle agrave lrsquointeacuterieur du groupe drsquoexperts Ensuite former des groupes heacuteteacuterogegravenes laquo familles raquo pour qursquoils partagent leurs nouvelles connaissances

Il nrsquoest pas neacutecessaire que les eacutelegraveves apprennent les exemples en deacutetail Ces exemples visent simplement agrave souligner lrsquoimportance des sels agrave faible solubiliteacute dans notre vie Lrsquoenseignant peut demander aux eacutelegraveves de trouver des renseignements dans leur manuel ou si cette information est limiteacutee de consulter drsquoautres sources drsquoinformation Les donneacutees de reacutefeacuterence qui suivent sont destineacutees agrave lrsquoenseignant

Cavernes calcairesLa pierre calcaire (CaCO3) est formeacutee par la deacutecomposition drsquoorganismes marins tels que les escargots les myes les coraux et les algues Dans lrsquoeau le sel agrave faible solubiliteacute atteindra lrsquoeacutequilibre suivant

Lrsquoeacuterosion chimique de la pierre calcaire se produit lorsque le calcaire est en contact avec une eau acide

Si le deacutepocirct de calcaire est suffisamment profond la dissolution du calcaire creacutee une caverne

OsteacuteoporoseLe calcium de lrsquoorganisme est stockeacute agrave 99 dans les os ougrave il forme le systegraveme en eacutequilibre suivant

Si la concentration de calcium dans le sang diminue lrsquoeacutequilibre peut ecirctre reacutetabli par une augmentation de la solubiliteacute du phosphate de calcium (des os) rendant ainsi les os poreux et fragiles Comment eacuteviter ce problegraveme En srsquoassurant drsquoobtenir la dose quotidienne minimale de calcium (surtout entre 10 et 20 ans lorsque la croissance des os est plus rapide) et en faisant travailler reacuteguliegraverement les articulations portantes par lrsquoexercice Il faut noter cependant que de grandes quantiteacutes de calcium dans lrsquoorganisme peuvent causer la formation de calculs reacutenaux qui provoquent de fortes douleurs

Carie dentaireLe principal constituant de lrsquoeacutemail des dents est lrsquohydroxylapatite (Ca5(PO4)3OH Kps= 68 times 10-37) Dans la bouche lrsquoeacutequilibre est eacutetabli comme suit

Ca (PO ) OH5 4 3 (s) Ca5(PO )43+(aq)

+OH-(aq)

La fermentation du sucre sur les dents provoque la formation de lrsquoion hydronium Cet ion reacuteagit avec lrsquoion hydroxyde de la premiegravere reacuteaction favorisant la reacuteaction directe Une augmentation de la solubiliteacute de lrsquohydroxylapatite entraicircne la dissolution de lrsquoeacutemail des dents Depuis plusieurs anneacutees lrsquoeau et les dentifrices sont fluoreacutes Lrsquoion fluorure remplace lrsquoion hydroxyde dans lrsquohydroxylapatite pour creacuteer le fluorapatite (Ca5 (PO4)3F Kps = 10 times 10-60) Comme le fluorapatite est moins soluble dans lrsquoeau les dents deviennent plus reacutesistantes agrave la carie

Lrsquoajout de fluorure aux dentifrices est tregraves utile mais il nrsquoy a pas de fluorure ajouteacute aux dentifrices pour enfants Pourquoi Parce qursquoun excegraves de fluorure dans lrsquoorganisme ducirc agrave lrsquoingestion de grandes quantiteacutes de dentifrice peut causer la fluorose (une croissance anormale des os)

CaCO3(s) Ca(aq)2+ + CO3(aq)

H(aq)+ + CO 3(aq)

2- HCO3(aq)-

Ca3(PO )4 2(s) 3Ca 2+(aq) + 2PO 3-

Activiteacutes de laboratoireProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une expeacuterience de laboratoire pour deacuteterminer la valeur de Kps drsquoun sel agrave faible solubiliteacute Voici quelques exemples drsquoactiviteacutes de laboratoire

bull Expeacuterience Kps de lrsquohydroxyde de calcium (voir Chimie 12 p 434 ou Chimie 12 STSE p551) Le but de cette expeacuterience consiste agrave deacuteterminer la constante du produit de solubiliteacute de lrsquohydroxyde de calciumbull Expeacuterience Kps du chlorure de plomb (voir lrsquoannexe 16)

Le but de cette activiteacute de laboratoire consiste agrave deacuteterminer la constante du produit de solubiliteacute du chlorure de plomb(II)

En fin

1Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer la faccedilon dont lrsquoajout drsquoions sulfate agrave une solution satureacutee de sulfate de baryum influerait sur la concentration des ions baryum

2Demander aux eacutelegraveves de reacutefleacutechir agrave un exemple de la solubiliteacute des sels leacutegegraverement solubles dans leur vie de tous les jours ou dans des professions ougrave ce principe est appliqueacute et de noter lrsquoexemple dans leur carnet scientifique

3Proposer aux eacutelegraveves de mener une recherche sur les composeacutes de plomb insolubles utiliseacutes auparavant dans les pigments de peinture et qui ont provoqueacute des intoxications au plomb chez certaines personnes notamment des enfants

En plus

Si les eacutelegraveves ont une base solide en matheacutematiques de preacutecalcul leur preacutesenter des problegravemes portant sur lrsquoutilisation de reacuteactifs limitatifs (inhibiteurs) pour calculer la probabiliteacute de formation drsquoun preacutecipiteacute lorsque deux solutions de concentrations et de volumes connus sont meacutelangeacutees

Dans le RAS C12-4-11 les eacutelegraveves ont reacutesolu des problegravemes touchant la Kps Cette activiteacute offre aux eacutelegraveves lrsquooccasion drsquoutiliser des donneacutees expeacuterimentales pour calculer la valeur de Kps pour un sel leacutegegraverement soluble

1Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes de produit de solubiliteacute (voir lrsquoannexe 17)

2Eacutevaluer le rapport drsquoexpeacuterience des eacutelegraveves agrave lrsquoaide drsquoune grille drsquoeacutevaluation (voir lrsquoannexe 19 du regroupement 1)

3Se reacutefeacuterer aux annexes 8 et 9 du regroupement 1 pour eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves

4Inviter les eacutelegraveves agrave eacutevaluer leur participation agrave lrsquoactiviteacute des groupes drsquoexperts (voir lrsquoannexe 18)

LISTE DES ANNExES

ANNEXE 1 Preacuteparation de systegravemes agrave lrsquoeacutequilibre 452

ANNEXE 2 Tableau IVEacute ndash Meacutethode de reacutesolution de problegravemes drsquoeacutequilibre 454

ANNEXE 3 Meacutethode de calcul EacuteIRPEacuteC pour les problegravemes de constante drsquoeacutequilibre 456

ANNEXE 4 Activiteacute de laboratoire ndash Lrsquoeacutequilibre chimique 458

ANNEXE 5 Problegravemes sur lrsquoeacutequilibre 460

ANNEXE 6 Expeacuterience ndash Analogie pour une reacuteaction en eacutequilibre 461

ANNEXE 7 Analogie pour une reacuteaction en eacutequilibre ndash Renseignements

pour lrsquoenseignant 463

ANNEXE 8 Analogie pour une reacuteaction en eacutequilibre ndash Grille drsquoeacutevaluation pour

les rapports de laboratoire 464

ANNEXE 9 Preacutelaboratoire ndash Lrsquoeacutequilibre et le principe de Le Chatelier 465

ANNEXE 10 Laboratoire qualitatif sur lrsquoeacutequilibre 466

ANNEXE 11 Laboratoire qualitatif sur lrsquoeacutequilibre ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 467

ANNEXE 12 Perturbation des systegravemes en eacutequilibre 468

ANNEXE 13 Interpreacutetation des graphiques de la concentration en fonction du temps 472

ANNEXE 14 Interpreacutetation des graphiques 477

ANNEXE 15 Applications pratiques du principe de Le Chatelier 478

ANNEXE 16 Constante du produit de solubiliteacute du chlorure de plomb 482

ANNEXE 17 Reacutesolution de problegravemes 487

ANNEXE 18 Autoeacutevaluation de lrsquoapprentissage par groupes drsquoexperts 488

ANNEXE 1 Preacuteparation de systegravemes agrave lrsquoeacutequilibre

Systegraveme dioxyde drsquoazoteteacutetraoxyde drsquoazote ( NO2 N2O4 )

Preacuteparer de lrsquooxyde drsquoazote(IV) en traitant de la tournure de cuivre avec un acide nitrique concentreacute travailler sous une hotte Recueillir le gaz dans trois fioles drsquoune capaciteacute de 15 mL environ Lorsque les fioles sont remplies de gaz sceller les extreacutemiteacutes Lrsquointensiteacute de la couleur du gaz dans chacune des fioles devrait ecirctre agrave peu pregraves la mecircme

Attention Porter des gants de caoutchouc et des lunettes protectrices et preacuteparer les fioles sous une hotte de ventilation Consulter la fiche signaleacutetique pour obtenir plus drsquoinformation

Deacutemarche (deacutemonstration) 1 Placer les fioles dans trois beacutechers remplis drsquoeau lrsquoun agrave 0 degC un autre agrave 100 degC et le dernier agrave la tempeacuterature de la piegravece Lrsquointensiteacute de la couleur du gaz contenu dans les trois fioles est une indication directe de lrsquoeacutetendue de la dissociation thermique dans la reacuteaction 2NO2 (g) ⟶ N2O4 (g) Hdeg = _580 kJmol N2O4

2 Demander aux eacutelegraveves de comparer la couleur de chacune des fioles de gaz3 Illustrer la reacuteversibiliteacute en transfeacuterant la fiole se trouvant dans le beacutecher drsquoeau agrave 100 degC dans celui agrave 0 degC On peut aussi retirer les fioles se trouvant dans les beacutechers drsquoeau agrave 0 degC et agrave 100 degC et les laisser atteindre la tempeacuterature de piegravece

Remarque ces manipulations peuvent aussi ecirctre utiles au moment de la discussion sur le principe de Le Chatelier

Systegraveme teacutetrachlorocobalt(II)aquocobalt(II) COCl 2-4

CO(H O)22+6

Mateacuteriel bull deux beacutechers de 600 mLbull deux fioles drsquoErlenmeyer de 500 mLbull une plaque chauffantebull acide chlorhydrique concentreacutebull propan-2-ol (isopropanol)bull eacutethanol absolu (on peut remplacer lrsquoeacutethanol absolu par de lrsquoeacutethanol agrave 95 )

Deacutemarche 1 Dans un beacutecher faire dissoudre 10 g de chlorure de cobalt(II) (CoCl2) dans 500 mL drsquoeacutethanol Dans lrsquoautre beacutecher faire dissoudre 10 g de chlorure de cobalt(II) dans 500 mL drsquoeau Inviter les eacutelegraveves agrave observer les couleurs des solutions (le bleu serait supposeacutement produit par le CoCl2-

4 agenceacute de faccedilon teacutetraeacutedrique le rose par le Co(H2O)2+6

agenceacute de faccedilon octaeacutedrique) 2 Ajouter lentement de lrsquoeau en quantiteacute suffisante agrave la solution drsquoeacutethanol bleue pour changer sa

couleur en rose Seacuteparer cette solution rose en deux volumes eacutegaux dans les fioles drsquoErlenmeyer Ajouter de lrsquoacide chlorhydrique concentreacute dans lrsquoun des flacons jusqursquoagrave ce que le bleu reacuteapparaisse Chauffer lrsquoautre flacon de solution rose sur la plaque chauffante jusqursquoagrave ce que le bleu reacuteapparaisse La solution chauffeacutee peut ecirctre refroidie dans un bain de glace pour faire reacuteapparaicirctre la couleur rose

Remarque on peut preacuteparer une solution similaire en meacutelangeant directement 20 mL de solution de chlorure de cobalt(II) agrave 050 molL avec 16 mL de solution de chlorure de

sodium satureacutee (NaCl) Lorsque le meacutelange est refroidi dans de lrsquoeau froide il tourne au rose et lorsqursquoil est chauffeacute briegravevement avec un brucircleur Bunsen il tourne au bleu On peut reacutepeacuteter le proceacutedeacute aussi souvent qursquoon le deacutesire

CoCl 6H O 2-

4(aq) + 2 (l) Co(H O)22+

6 (aq)+ 4Cl-(aq)+ eacutenergie

ANNEXE 2 Tableau IVEacute ndash Meacutethode de reacutesolution des problegravemes drsquoeacutequilibre

Le tableau IVEacute est un outil pratique qui permet de structurer les donneacutees pour les problegravemes drsquoeacutequilibre La lettre I deacutesigne les concentrations initiales des reacuteactifs et des produits La lettre V indique les variations dans les reacuteactifs et produits par rapport aux conditions initiales et Eacute repreacutesente les concentrations des reacuteactifs et des produits agrave lrsquoeacutequilibre

Pour preacuteparer le tableau IVEacute eacutecrire lrsquoeacutequation chimique eacutequilibreacutee puis les lettres IVEacute au-dessous agrave gauche Inseacuterer les valeurs connues dans le tableau et utiliser la lettre x pour repreacutesenter la valeur agrave calculer Voir lrsquoexemple ci-dessous

On place 0500 mol de H2 et 0500 mol de I2 dans un flacon de 100 L agrave 430 degC Agrave cette tempeacuterature la constante drsquoeacutequilibre Keacuteq est de 543 Calcule les concentrations de H2 I2 et HI agrave lrsquoeacutequilibre

Solution

1) Preacuteparer le tableau IVEacute et y inscrire les valeurs connues

H2(g) + I2(g) 2HI(g) I 0500 molL 0500 molL 0 molLV - x - x 2 xEacute 0500 molL ndash x 0500 molL ndash x 2 x

2) Eacutecrire lrsquoexpression de la constante drsquoeacutequilibre pour cette reacuteaction

Kc = [HI]2

[H2][I2]

3) Inseacuterer les valeurs agrave lrsquoeacutequilibre dans lrsquoexpression

543 = (0500-x)(0500-x)

4) Extraire la racine carreacutee des deux cocircteacutes

5) Reacutesoudre lrsquoeacutequation et trouver la valeur x

737 (0500 ndash x) = 2x 3685 ndash 737x = 2x 3685 = 2x + 737x 3685 = 937x

x = 3685 = 0393 molL 937

6) Agrave lrsquoeacutequilibre les concentrations de H2 I2 et HI sont les suivantes

[H2] = 0500 molL ndash x = 0500 molL ndash 0393 molL = 0107 molL

[I2] = 0500 molL ndash x = 0500 molL ndash 0393 molL = 0107 molL [HI] = 2x = (2)0393 molL = 0786 molL

(0500-x)(0500-x)(2x)2

737 = 2x

0500-x

ANNEXE 3 Meacutethode de calcul EacuteIRPEacuteC pour les problegravemes de constante drsquoeacutequilibre

- Sert agrave trouver la valeur de Keacuteq - Ideacutealement utiliseacutee lorsque les substances NE SONT PAS TOUTES fournies agrave lrsquoeacutequilibre

Eacute Eacutequation eacutequilibreacutee

I Initiales (moles) Donneacutees de deacutepart avant tout changement

RP Ont reacuteagi ou eacuteteacute Agrave partir des coefficients produites (moles) Drsquoapregraves le rapport et la proportion

Eacute Eacutequilibre (moles) Quantiteacutes de chaque substance agrave lrsquoeacutequilibre

Reacuteactifs soustraits des quantiteacutes initiales Produits additionneacutes aux quantiteacutes initiales

C Concentration (molL) Nombre de moles diviseacute par le volume total

Exemple 1

Les reacuteactifs A et B sont meacutelangeacutes dans un contenant de 1 L chacun agrave des quantiteacutes initiales de 080 mol Ils reacuteagissent pour produire C et D comme suit

A + B C + D

Agrave lrsquoeacutequilibre les quantiteacutes de C et de D sont de 060 mol Trouver la valeur de Keacuteq

Eacute A + B C + DI 080 mol 080 mol 0 mol 0 molRouP

-060 mol -060 mol +060 mol +060 mol

Eacute 020 mol 020 mol 060 mol 060 molC 020 molL = [02] 020 molL = [02] 060 molL= [02] 060 molL= [02]

Keacuteq = [C][D]

= [060][060]

= 9 [A][B] [020][020] 004

Exemple 2

On meacutelange 20 mol de SO2 et 30 mol de NO2 dans un contenant de 20 L Les substances reacuteagissent et agrave lrsquoeacutequilibre le contenant renferme 050 mol de SO3 Calculer la valeur de Keacuteq pour cette reacuteaction

Eacute + + I 20 mol 30 mol 0 mol 0 mol R ou P

-05 mol

+05 mol

Eacute 15 mol 25 mol 050 mol 050 mol C 15 mol2 L = [075] 25 mol2 L = [125] 05 mol2 L = [025] 05 mol2 L = [025]

SO2(g) NO2(g) SO3(g) NO(g)

Keacuteq =

[SO3][NO] =

[025][025] =

00625 = 0067

[SO2][NO2] [075][125] 09375

Exemple 3

Pour la reacuteaction 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

Au deacutepart 200 mol de SO2 100 mol de O2 et 010 mol de SO3 sont meacutelangeacutees dans un contenant de 150 L Apregraves que la reacuteaction a atteint lrsquoeacutequilibre il reste 020 mol de O2 Calculer la valeur de la constante drsquoeacutequilibre

Eacute 2SO2(g) O2(g) SO3(g) I 200 mol 100 mol 010 mol

R ou P - 160 mol -080 mol +160 mol

Eacute 040 mol 020 mol 170 mol C 040 mol15 L = [00267] 020 mol15 L = [00133] 170 mol15 L = [0113]

Keacuteq =

[SO3]2

= [0113]2

= 00128

= 1350 [SO2]2[O2

] [00267]2[00133] 0000 009 5

ANNEXE 4 Activiteacute de laboratoire ndash Lrsquoeacutequilibre chimique

Introduction Les reacuteactions chimiques se produisent de faccedilon agrave atteindre un eacutetat drsquoeacutequilibre chimique On peut caracteacuteriser lrsquoeacutetat drsquoeacutequilibre en indiquant sa constante drsquoeacutequilibre (crsquoest-agrave-dire en indiquant la valeur numeacuterique de la loi drsquoaction de masse lorsque le systegraveme est agrave lrsquoeacutequilibre)

Objectif Dans cette expeacuterience tu vas calculer la valeur de la constante drsquoeacutequilibre de la reacuteaction suivante

Fe aq3+ + SCN aq

- FeSCN aq2+ ( ) ( ) ( )

rougeDeacutemarche1 Nettoie soigneusement six petites eacuteprouvettes rince avec de lrsquoeau et segraveche Ajoute 5 mL de solution de thiocyanate de sodium (NaSCN) agrave 0002 molL dans chacune des six eacuteprouvettes2 Dans la premiegravere eacuteprouvette ajoute 5 mL de solution de nitrate de fer(III) (Fe(NO3)3) agrave 020 molL Cette eacuteprouvette servira drsquoeacutetalon 3 Procegravede de la faccedilon suivante pour les autres eacuteprouvettes

bull Ajoute 10 mL de solution de nitrate de fer(III) agrave 020 molL dans un cylindre gradueacute ajoute de lrsquoeau jusqursquoagrave la ligne des 25 mL et meacutelange soigneusement le tout Verse 5 mL de la solution dilueacutee reacutesultante (fer(III) agrave 080 molL (Fe3+)) dans lrsquoeacuteprouvette no 2

bull Ne garde que 10 mL de la solution dilueacutee qui se trouve dans le cylindre gradueacute et jette le reste Ajoute de lrsquoeau distilleacutee jusqursquoagrave la ligne des 25 mL et brasse bien Verse 5 mL de la solution reacutesultante (Fe3+ agrave 0032 molL) dans lrsquoeacuteprouvette no 3

bull Ne garde que 10 mL de la solution dilueacutee qui se trouve dans le cylindre gradueacute et jette le reste Dilue de nouveau jusqursquoagrave la ligne des 25 mL Continue cette deacutemarche jusqursquoagrave ce que tu aies verseacute dans chacune des eacuteprouvettes une solution de fer(III) (Fe3+) de plus en plus dilueacutee

4 Pour deacuteterminer la concentration de FeSCN2+ [FeSCN2+] dans chacune des eacuteprouvettescalcule le pourcentage de transmission de chaque eacuteprouvette agrave lrsquoaide drsquoun colorimegravetre ou drsquoun spectrophotomegravetre reacutegleacute sur la longueur drsquoonde = 460 nm Regravegle la transmission du blanc agrave 100 Calcule ensuite le pourcentage de transmission des eacuteprouvettes 1 agrave 6

DonneacuteesNota densiteacute optique (absorbance) =mdashlog (pourcentage de transmission)

Pourcentage de transmission Densiteacute optique (absorbance)Eacuteprouvette no 1 _______________________ _______________________Eacuteprouvette no 2 _______________________ _______________________Eacuteprouvette no 3 _______________________ _______________________Eacuteprouvette no 4 _______________________ _______________________Eacuteprouvette no 5 _______________________ _______________________Eacuteprouvette no 6 _______________________ _______________________

Reacutesultats

Remarque pour calculer les concentrations agrave lrsquoeacutequilibre suppose que la totaliteacute de lrsquoion thiocyanate initial (SCNndash) de lrsquoeacuteprouvette no 1 a eacuteteacute convertie en ion thiocyanate de fer(III) (FeSCN2+) Tu auras ainsi la concentration de FeSCN2+ de lrsquoeacuteprouvette no 1

La concentration de FeSCN2+ dans les autres eacuteprouvettes peut ecirctre calculeacutee en partant du principe selon lequel la concentration drsquoune substance coloreacutee est directement proportionnelle agrave la densiteacute optique (absorbance)

Pour calculer les concentrations initiales suppose que le nitrate de fer(III) (Fe(NO3)3) et le thiocyanate de sodium (NaSCN) se sont complegravetement dissocieacutes Rappelle-toi aussi que le fait de meacutelanger deux solutions les dilue toutes les deux Tu obtiendras les concentrations agrave lrsquoeacutequilibre de lrsquoion fer(III) (Fe3+) et de lrsquoion thiocyanate (SCNndash) en soustrayant les concentrations de lrsquoion thiocyanate de fer(III) (FeSCN2+) formeacute agrave partir de lrsquoion fer(III) initial et de lrsquoion thiocyanate Calcule la valeur de la constante drsquoeacutequilibre K pour les eacuteprouvettes 2 agrave 6

Questions 1 Quelles suppositions fait-on dans cette expeacuterience2 Pourquoi nrsquoest-il PAS possible de deacuteterminer la valeur de la constante drsquoeacutequilibre K pour lrsquoeacuteprouvette no 13 Agrave lrsquoaide de la valeur moyenne de K deacutetermine [SCNndash] dans lrsquoeacuteprouvette no 1 agrave lrsquoeacutequilibre4 Jusqursquoagrave quel point cette reacuteaction est-elle complegravete Pourquoi5 Compare les ions de solutions avec des moleacutecules de gaz6 Pourquoi cet eacutequilibre en particulier est-il tout indiqueacute pour une eacutetude en laboratoire

Concentrations initiales Concentrations agrave lrsquoeacutequilibre

[Fe3+] [SCNndash] [FeSCN2+] [Fe3+] [SCNndash] K Eacuteprouvette no 1 Eacuteprouvette no 2 Eacuteprouvette no 3 Eacuteprouvette no 4 Eacuteprouvette no 5 Eacuteprouvette no 6

ANNEXE 5 Problegravemes sur lrsquoeacutequilibre 1 Pour la reacuteaction N2(g)+ O2(g) 2NO(g) une analyse du meacutelange en eacutequilibre dans un flacon de 100 L donne les reacutesultats suivants azote = 050 mol oxygegravene = 050 mol monoxyde drsquoazote = 002 mol Calcule la valeur de Keacuteq pour cette reacuteaction

2 Le sulfure drsquohydrogegravene est un gaz piquant et toxique Agrave 1400 K un meacutelange en eacutequilibrecontient 0013 molL drsquohydrogegravene 018 molL de sulfure drsquohydrogegravene et une quantiteacute indeacutetermineacutee de souffre sous forme de S2(g) Si la valeur de Kc est de 24 times 10-4 quelleconcentration de S2(g) est preacutesente agrave lrsquoeacutequilibre agrave cette tempeacuterature

2H2S(g) 2H2(g)+ S2(g)

3 La reacuteaction suivante augmente la proportion drsquohydrogegravene gazeux utiliseacute comme carburant CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)

Cette reacuteaction a eacuteteacute eacutetudieacutee agrave diffeacuterentes tempeacuteratures en vue de trouver les conditions optimales Agrave 700 K sa constante drsquoeacutequilibre est de 83 Supposons que la reacuteaction srsquoamorce avec 10 mol de CO(g) et 10 mol de H2O(g) dans un contenant de 50 L Quelle quantiteacute de chaque substance sera preacutesente dans le contenant quand les gaz seront en eacutequilibre agrave 700 K

Reacuteponses

1 Keacuteq = 0080

2 [S2(g)] = 0046 molL

3 [CO(g)] = 18 molL [H2O(g)] = 18 molL [H2(g)] = 020 molL [CO2(g)] = 020 molL

ANNEXE 6 Expeacuterience ndash Analogie pour une reacuteaction en eacutequilibre

Objectifsbull Illustrer les conditions expeacuterimentales neacutecessaires agrave lrsquoobtention drsquoun systegraveme drsquoeacutequilibre expeacuterimentalbull Illustrer lrsquoeffet de lrsquoapplication drsquoune tension sur un systegraveme en eacutequilibrebull Illustrer graphiquement les changements qui megravenent agrave lrsquoeacutetablissement drsquoun eacutequilibre

Mateacuteriel bull deux cylindres gradueacutes de 25 mL bull deux pailles de diamegravetres diffeacuterentsbull papier graphique

Deacutemarche1 Copie le tableau ci-dessous dans ton cahier de laboratoire et inscris tes donneacutees agrave mesure

Nombre de transferts Volume drsquoeauCylindre A (mL)

Volume drsquoeauCylindre B (mL)

0 25 0123

2 Inscris la lettre laquo A raquo sur un cylindre gradueacute de 25 mL (reacuteactifs) et remplis-le drsquoeau jusqursquoagrave la ligne des 25 mL Inscris la lettre laquo B raquo sur le deuxiegraveme cylindre gradueacute de 25 mL (produits)

3 Avec ton partenaire transfegravere lrsquoeau simultaneacutement drsquoun cylindre agrave lrsquoautre en utilisant des pailles de diamegravetres diffeacuterents Descends les pailles dans chaque cylindre et lorsque chaque paille touche le fond du cylindre place ton index sur lrsquoextreacutemiteacute ouverte de la paille Transfegravere lrsquoeau ainsi recueillie dans lrsquoautre cylindre et laisse les pailles se vider

4 Enlegraveve les pailles et inscris le volume drsquoeau dans chaque cylindre en prenant soin de bien lire le meacutenisque au dixiegraveme de millilitre le plus pregraves

5 Remets les pailles dans leur cylindre drsquoorigine et reacutepegravete le proceacutedeacute en inscrivant les volumes drsquoeau apregraves chaque transfert

6 Apregraves trois transferts successifs sans variation du volume drsquoeau ajoute 5 mL drsquoeau dans lecylindre laquo A raquo Inscris le volume drsquoeau dans chacun des cylindres puis recommence le transfert drsquoeau jusqursquoagrave ce que tu obtiennes trois transferts successifs sans variation desvolumes

Calculs 1 Rapporte les donneacutees relatives aux volumes drsquoeau des cylindres A et B sur lrsquoaxe des y drsquoune feuille de papier graphique et rapporte le nombre de transferts sur lrsquoaxe des x Joins chaque seacuterie de points de maniegravere agrave former une courbe continue

Questions 1 Deacutecris drsquoapregraves les donneacutees de ton graphique les variations de volume (analogues aux

variations de concentration) et les taux correspondants qui apparaissent dans chacune des courbes avant lrsquoaddition des 5 mL drsquoeau suppleacutementaires

2 Deacutecris le changement dans la courbe du cylindre A au moment ougrave ont eacuteteacute ajouteacutes les 5 mL drsquoeau suppleacutementaires

3 Quelle signification peut-on attribuer a) au point ougrave les deux courbes se coupent b) aux premiegraveres portions planes des deux courbes c) aux deuxiegravemes portions planes des courbes

4 Quel est le changement de volume drsquoeau total du cylindre B qui reacutesulte de lrsquoaddition des 5 mL drsquoeau au cylindre A

5 Qursquoest-ce qui prouve que lrsquoeacutequilibre a eacuteteacute eacutetabli si a) on observe les donneacutees relatives aux transferts drsquoeau b) on observe les donneacutees rapporteacutees sur le graphique

6 Pourquoi dit-on de ce systegraveme qursquoil est laquo fermeacute raquo

7 Lrsquoajout des 5 mL drsquoeau constitue une laquo tension raquo pour le systegraveme a) Quelle tension analogue y aurait-il si le systegraveme repreacutesentait reacuteellement une reacuteaction chimique en eacutequilibre b) Nomme deux autres laquo tensions raquo qui pourraient ecirctre imposeacutees agrave un systegraveme chimique

8 Quel facteur controcircle les volumes relatifs drsquoeau dans chaque cylindre en eacutequilibre dans cette expeacuterience

9 Consulte drsquoautres eacutelegraveves de la classe afin de voir si leurs graphiques ressemblent ou non au tien Note toute diffeacuterence que tu trouverais

10 Dans un systegraveme chimique reacuteel quel facteur controcirclerait les concentrations relatives des reacuteactifs et des produits preacutesents en eacutequilibre

ANNEXE 7 Analogie pour une reacuteaction en eacutequilibre ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

ContexteIl est tregraves important drsquoutiliser deux pailles de diamegravetres diffeacuterents pour que le point drsquoeacutequilibre ne soit pas situeacute agrave mi-chemin du volume initial Il pourrait aussi ecirctre utile drsquoutiliser une solution coloreacutee et une solution incolore

Les reacutesultats de lrsquoexpeacuterience vont deacutependre du type de paille utiliseacutee et du cylindre utiliseacute au deacutepart pour chaque paille Les graphiques ci-dessous illustrent les donneacutees expeacuterimentales reacuteelles obtenues agrave partir de la deacutemarche donneacutee agrave lrsquoannexe 6 (Remarque on peut utiliser une solution coloreacutee et une solution incolore)

Donneacutees expeacuterimentales

Cylindre A

Cylindre B

Cylindre A

Cylindre B

50 mL drsquoeau ajouteacute au cylindre A

Nombre de transferts

ANNEXE 8 Analogie pour une reacuteaction en eacutequilibre ndash Grille drsquoeacutevaluation pour les rapports de laboratoire

Le rapport de laboratoire comprend-t-il les eacuteleacutements suivants

Observations et analyse de donneacutees

Donneacutees qualitativesbull Deacutecris les proprieacuteteacutes de lrsquoeau et des paillesbull En geacuteneacuteral qursquoarrive-t-il au volume drsquoeau dans les deux cylindres gradueacutesbull Quand lrsquoeacutequilibre a-t-il eacuteteacute atteintbull Qursquoest-il arriveacute au systegraveme quand le volume de A a changeacutebull Agrave quel stade lrsquoeacutequilibre a-t-il eacuteteacute reacutetabli

Graphiquebull Identifie les axesbull Inscris le titrebull Relie les points au moyen drsquoune courbe lisse (reacuteguliegravere)bull Indique - les volumes initiaux du systegraveme (pour A et B) - comment savoir agrave partir du graphique que lrsquoeacutequilibre est atteint - si la variation de volume dans le cylindre gradueacute A est due au stress - si la variation de volume dans le cylindre gradueacute B est due au stress

Conclusionbull Qursquoest-il arriveacute quand un stress a eacuteteacute appliqueacute au systegravemebull Qursquoarrive-t-il agrave la pente du graphique quand le systegraveme atteint lrsquoeacutequilibre

Sources drsquoerreur

ANNExE 9 Preacutelaboratoire ndash Lrsquoeacutequilibre et le principe de Le Chatelier

1 Deacutefinis le terme laquo eacutequilibre raquo

2 Eacutenonce le principe de Le Chatelier

3 Indique lrsquoeffet que produiront les stress ci-dessous sur la quantiteacute de SO2(g) preacutesente agrave lrsquoeacutequilibre dans la reacuteaction suivante

2SO3(g) 2SO2(g)+ O2(g) ∆H = 19778 kJ

a) ajout de SO3

b) eacuteleacutevation de la tempeacuterature

c) diminution du volume

d) soustraction drsquoune certaine quantiteacute drsquoO2

e) ajout de SO2

f) ajout drsquoun catalyseur

g) soustraction drsquoune certaine quantiteacute de SO3

ANNEXE 10 Laboratoire qualitatif sur lrsquoeacutequilibre

Voici un exemple drsquoexpeacuterience de laboratoire standard visant agrave montrer lrsquoeffet des variations de concentration sur la position drsquoeacutequilibre

La position drsquoeacutequilibre peut ecirctre deacutetermineacutee drsquoapregraves la couleur de la solution Lorsque des solutions de nitrate de fer(III) et de thiocyanate de potassium sont meacutelangeacutees le meacutelange agrave lrsquoeacutequilibre est de couleur orange Si lrsquoeacutequilibre se deacuteplace vers la droite la couleur vire au rouge fonceacute mais si lrsquoeacutequilibre se deacuteplace vers la gauche le meacutelange prend une couleur jaune pacircle

Mateacuterielbull plaque agrave puitsbull nitrate de fer(III) agrave 0020 molLbull thiocyanate de potassium agrave 0002 molLbull hydroxyde de sodium agrave 10 molL bull cure-dents

Deacutemarche1 Dans chacun des quatre puits utiliseacutes deacutepose 5 gouttes de nitrate de fer(III) et 5 gouttes de thiocyanate de potassium Meacutelange chaque solution agrave lrsquoaide drsquoun cure-dents2 Nrsquoajoute rien au premier puits qui servira de teacutemoin3 Au deuxiegraveme puits ajoute 10 gouttes drsquohydroxyde de sodium Note tes observations4 Au troisiegraveme puits ajoute 10 gouttes de nitrate de fer(III) et note tes observations5 Ajoute 10 gouttes de thiocyanate de potassium au quatriegraveme et dernier puits Note tes observations

QuestionsUtilise le principe de Le Chatelier pour expliquer les reacutesultats des eacutetapes 3 agrave 5 de la marche agrave suivre

Fe(aq)3+ + SCN(aq)

- FeSCN(aq)2+

jaune paille rouge

ANNEXE 11 Laboratoire qualitatif sur lrsquoeacutequilibre ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Examiner lrsquoexpeacuterience ci-dessous

Si les sels contiennent du Fe3+ du SCN- ou les deux la couleur de la solution prend une teinte rouge fonceacute Cette couleur indique que lrsquoeacutequilibre favorise la reacuteaction directe (cocircteacute droit) Pour utiliser une partie du reacuteactif ajouteacute la reacuteaction directe srsquoacceacutelegravere ce qui fait augmenter la concentration de FeSCN2+ et deacuteplace lrsquoeacutequilibre dans une nouvelle position

Lorsqursquoon ajoute du NaOH au systegraveme la solution vire au jaune pacircle Les ions hydroxyde du NaOH se combinent aux ions de fer(III) pour produire un complexe insoluble drsquohydroxyde de fer(III) La formation drsquoun preacutecipiteacute a pour effet de diminuer la concentration des ions de fer Le systegraveme reacuteagit au changement en favorisant la reacuteaction inverse et en remplaccedilant les ions de fer laquo perdus raquo La couleur jaune pacircle indique une position drsquoeacutequilibre agrave gauche et une reacuteduction de la concentration en ions FeSCN2+

orange jaune pacircle rouge rouge

teacutemoin NaOH Fe(NO ) KSCN3 3

ANNEXE 12 Perturbation des systegravemes en eacutequilibre

IntroductionLe principe de Le Chatelier deacutecrit lrsquoeffet qursquoaura lrsquoapplication de diffeacuterents types de stress ou perturbations sur la position drsquoeacutequilibre c-agrave-d si lrsquoeacutequilibre se deacuteplacera de faccedilon agrave augmenter ou agrave diminuer la concentration du ou des produits dans le systegraveme en eacutequilibre Ces stress comprennent des variations de facteurs tels que les concentrations de reacuteactifs ou de produits la tempeacuterature du systegraveme et pour les reacuteactions ougrave des gaz sont preacutesents la pression

Certaines eacutetudes sont reacutealiseacutees dans des systegravemes en solution aqueuse Dans ces systegravemes ougrave il nrsquoy a pas de gaz le volume est geacuteneacuteralement deacutefini comme le volume de la solution et lrsquoeffet de la pression est minime ou nul

ButCette expeacuterience vise agrave te faire deacutecouvrir ce que signifie le principe de Le Chatelier

Mateacuterielbull beacutecher de 50 mLbull plaque agrave 12 puitsbull pelle de laboratoirebull cylindre gradueacute de 10 mLbull compte-gouttesbull plaque chauffantebull bain de glacebull eau distilleacuteebull CoCl26 H2O(s)bull CaCl2(s)bull AgNO3 01 molLbull HCl 12 molLbull eacutethanol

Deacutemarche1 Preacutepare tout lrsquoeacutequipement2 Mesure 10 mL drsquoeacutethanol et place-le dans un beacutecher de 50 mL3 Place plusieurs morceaux de chlorure de cobalt(II) solide dans un des puits de la plaque agrave

puits Note sa couleur et la formule du composeacute tel qursquoindiqueacute sur lrsquoeacutetiquette de la bouteille de solution megravere (ou solution de reacuteserve)

4 Ajoute 4 ou 5 cristaux de chlorure de cobalt(II) agrave lrsquoeacutethanol dans le beacutecher jusqursquoagrave ce que la solution prenne une teinte bleue Ajoute drsquoautres cristaux au besoin

5 Agrave lrsquoaide drsquoun compte-gouttes transfegravere le cinquiegraveme de la solution bleue agrave chacun des quatre puits de la plaque Assure-toi de laisser une petite quantiteacute dans le beacutecher

6 Agrave lrsquoun des puits de lrsquoeacutetape 5 ajoute 5 gouttes drsquoeau distilleacutee une goutte agrave la fois Note tes observations apregraves chaque goutte Reacutepegravete cette eacutetape dans deux autres puits de faccedilon que les trois puits prennent la mecircme couleur

7 Apporte la plaque agrave puits sous la hotte Au moyen du compte-gouttes fourni avec la bouteille drsquoacide chlorhy drique 12 molL ajoute 5 gouttes de HCl enfaisant bien attention une goutte agrave la fois au premier puits de lrsquoeacutetape 6

8 Au deuxiegraveme puits de lrsquoeacutetape 6 ajoute deux petites boules de chlorure de calcium solide9 Au troisiegraveme puits ajoute 10 gouttes de nitrate drsquoargent agrave 01 molL10 Nrsquoajoute rien agrave la solution du quatriegraveme puits qui servira de teacutemoin aux fins de comparaison11 Au reste de la solution dans le beacutecher ajoute juste assez drsquoeau distilleacutee pour obtenir une

couleur pourpre agrave mi-chemin environ entre le bleu et le rose Place le beacutecher sur une plaque chauffante et fais reacutechauffer le beacutecher jusqursquoagrave ce que la couleur change Assure-toi de ne pas laisser lrsquoeacutethanol atteindre le point drsquoeacutebullition

12 Fais refroidir le beacutecher en le placcedilant dans un bain de glace pour voir si la couleur change et si lrsquoeacutetape 11 est reacuteversible

Observations Avant les reacuteactions

CouleurEau distilleacuteeCoCl2bull6 H2O(s)

CaCl2(s)

AgNO3 01 molL

HCl 12 molL

Eacutethanol

Avertissement lrsquoacide chlorhy-drique est un produit caustique et corrosif Eacutevite tout contact avec cet acide et srsquoil trsquoarrive drsquoen eacutechapper nettoie-le immeacutediatement en lrsquoar-rosant drsquoabord avec une grande quantiteacute drsquoeau

Avertissement le nitrate drsquoargent peut tacher la peau et les vecirctements

Apregraves les reacuteactions

CouleurAjout drsquoeau distilleacuteeAjout drsquoacide chlorhydriqueAjout de chlorure de calciumAjout de nitrate drsquoargentAugmentation de la tempeacuteratureDiminution de la tempeacuterature

Analyse1 Lrsquoeacutequation ionique nette pour la reacuteaction agrave lrsquoeacutequilibre que tu as eacutetudieacutee est la suivante

Co H2O 62+ + 4Cl- CoCl4

2- + 6H2O ( )rose bleu

Lrsquoeacutetiquette de la bouteille de reacuteactif indique la formule du chlorure de cobalt(II) solide soitCoCl26 H2O Quel nom donne-t-on aux composeacutes qui ont des moleacutecules drsquoeau lieacutees agrave leurstructure

2 Quel complexe de cobalt a eacuteteacute favoriseacute par lrsquoajout de lrsquoeau agrave lrsquoeacutetape 6 Sers-toi du principe de Le Chatelier pour expliquer le changement de couleur

3 Quel complexe de cobalt a eacuteteacute favoriseacute aux eacutetapes 7 et 8 Quel ion commun aux deux reacuteactifs a fait changer la couleur Sers-toi du principe de Le Chatelier pour expliquer le changement de couleur dans chaque cas

4 De quelle couleur eacutetait le solide qui srsquoest formeacute agrave lrsquoeacutetape 9 De quelle couleur aurait-il ducirc ecirctre De quelle couleur est devenu le liquide dans le puits Quel complexe de cobalt a eacuteteacute favoriseacute Explique Sers-toi du principe de Le Chatelier pour expliquer pourquoi le liquide dans le puits a changeacute de couleur comme dans ton expeacuterience

5 Quel complexe de cobalt a eacuteteacute favoriseacute par lrsquoaugmentation de la tempeacuterature agrave lrsquoeacutetape 11 Eacutecris agrave nouveau lrsquoeacutequation de la reacuteaction en y indiquant directement le facteur eacutenergie La valeur de ∆Hdeg pour le proceacutedeacute est de +50 kJmol Sers-toi du principe de Le Chatelier et de lrsquoeacutequation que tu viens drsquoeacutecrire pour expliquer les changements de couleur qui sont survenus au moment de chauffer et de refroidir le meacutelange

DiscussionIndique deux sources drsquoerreur dans cette expeacuterience Si un ou lrsquoautre de tes reacutesultats ne correspond pas au changement de couleur qui aurait ducirc se produire donnes-en les raisons dans ton analyse

ConclusionIndique de quelle couleur le meacutelange aurait ducirc ecirctre ndash pas neacutecessairement la couleur que tu as observeacutee

Stressperturbation Changement de couleur Deacuteplacement de lrsquoeacutequilibreAddition de H2O

Addition de HCl

Addition de AgNO3

Addition de CaCl2

Augmentation de la tempeacuterature

ANNEXE 13 Interpreacutetation des graphiques de la concentration en fonction du temps

Les croquis ci-dessous illustrent les variations de concentration dans le systegraveme en eacutequilibre NO2 - N2O4 La preacuteparation des graphiques se fonde sur lrsquohypothegravese selon laquelle le systegraveme eacutetait en eacutequilibre initialement puis un stress a eacuteteacute appliqueacute entraicircnant ainsi un changement instantaneacute qui a permis au systegraveme de reacutetablir son eacutequilibre

2NO2 (g) N2O4 (g) ∆Hdeg = -580 kJmol N2O4 brun incolore

Graphique A

Graphique AAu deacutepart la reacuteaction est en eacutequilibre ndash les concentrations du reacuteactif et du produit sont constantes Au moment ougrave lrsquoon ajoute du NO2 (reacuteactif) la concentration de NO2 augmente abruptement Puis comme le reacuteactif est consommeacute dans la reacuteaction sa concentration diminue pour atteindre une valeur constante

Au deacutepart la [N2O4] est inchangeacutee Cependant agrave mesure que la reacuteaction progresse il y a une plus grande quantiteacute de produit formeacute et la [N2O4] augmente jusqursquoagrave une nouvelle valeur constante qui correspond agrave une nouvelle position drsquoeacutequilibre

Ajout de NO2

reacuteaction directereacuteaction inverse

0000 2

Graphique B

Graphique B Au deacutepart la reacuteaction est en eacutequilibre ndash les concentrations du reacuteactif et du produit sont constantes Au moment ougrave lrsquoon retire du reacuteactif (NO2) la concentration de NO2 chute brusquement Comme il y a plus de reacuteactif produit dans la reacuteaction inverse sa concentration augmente pour atteindre une nouvelle valeur constanteAu deacutepart la [N2O4] est inchangeacutee Toutefois comme le produit nrsquoest pas formeacute au mecircme rythme sa concentration diminue pour atteindre une nouvelle valeur constante qui correspond agrave une nouvelle position drsquoeacutequilibre

Graphique C

Retrait de NO2

0000 2

Augmentation de N O4

0000 2

Graphique CAu moment ougrave le produit N2O4 est ajouteacute la [N2O4] augmente abruptement Pour trouver un nouvel eacutetat drsquoeacutequilibre la reacuteaction inverse qui utilise le surplus de N2O4 est favoriseacutee La [N2O4] diminue donc pour atteindre une nouvelle valeur constante

Au moment ougrave le produit N2O4 est ajouteacute la [NO2] demeure inchangeacutee Agrave mesure que la reacuteactif inverse progresse la [NO2] augmente pour atteindre une nouvelle valeur constante

Graphique D

Graphique DAu moment ougrave le produit N2O4 est enleveacute la reacuteaction directe est favoriseacutee pour pallier agrave ce manque de produits La [N2O4] augmente donc sous lrsquoeffet de la reacuteaction directe pour atteindre une nouvelle constante

Au moment ougrave le produit N2O4 est enleveacute la [N2O4] est inchangeacutee Puis agrave mesure que le reacuteactif est consommeacute pour former plus de produit la [NO2] diminue jusqursquoagrave une nouvelle constante

Retrait de N O4

0000 2

Graphique E

Graphique EAu deacutepart le systegraveme est en eacutequilibre ndash les concentrations de NO2 et N2O4 sont constantesLa reacuteaction est exothermique la valeur de Kc diminue agrave mesure que la tempeacuterature augmenteAvec cette hausse de tempeacuterature le systegraveme nrsquoest plus en eacutequilibre dans les nouvelles conditions La [NO2] augmente jusqursquoagrave ce que lrsquoeacutequilibre soit reacutetabli

Au moment ougrave le produit N2O4 est ajouteacute la vitesse de la reacuteaction directe demeure inchangeacuteeAgrave mesure que la concentration de reacuteactif augmente durant la reacuteaction la vitesse de la reacuteactiondirecte augmente pour atteindre une nouvelle valeur constante

0000 2

Graphique F

Graphique FAu deacutepart le systegraveme est en eacutequilibre ndash les concentrations de NO2 et N2O4 sont constantesLa reacuteaction est exothermique la valeur de Kc augmente agrave mesure que la tempeacuterature diminueAvec cette baisse de tempeacuterature le systegraveme nrsquoest plus en eacutequilibre dans les nouvelles conditions La [N2O4] augmente jusqursquoagrave ce que lrsquoeacutequilibre soit reacutetabli

0000 2

ANNEXE 14 Interpreacutetation des graphiques

Le graphique ci-dessus montre les concentrations en fonction du temps pour un systegraveme contenant du monoxyde de carbone (CO) du chlore (Cl2) et du phosgegravene (COCl2)

1 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour repreacutesenter la reacuteaction eacutetudieacutee 2 Combien de temps a-t-il fallu au systegraveme pour atteindre lrsquoeacutequilibre 3 Calcule une valeur approximative pour la constante drsquoeacutequilibre Kc en utilisant les concentrations au temps t = 60 s 4 Explique les changements observeacutes 70 secondes apregraves le deacutebut de la reacuteaction 5 Quels changements de conditions pourraient srsquoecirctre produits dans le systegraveme

120 secondes apregraves le deacutebut de la reacuteaction 6 Y a-t-il eu des changements dans lrsquointervalle entre t = 50 s et t = 70 s Entre t = 280 s

et t = 300 s Explique tes reacuteponses 7 Quels changements peuvent srsquoecirctre produits agrave t = 320 s 8 Quelle diffeacuterence aurais-tu remarqueacutee si un catalyseur avait eacuteteacute preacutesent durant toute la reacuteaction 9 Quels changements pourrais-tu apporter agrave ce systegraveme si tu voulais produire une quantiteacute maximale de phosgegravene (COCl2)10 Comment peux-tu expliquer les diffeacuterences de valeurs calculeacutees pour la constante drsquoeacutequilibre Kc agrave partir des concentrations agrave diffeacuterents moments sur le graphique

ANNEXE 15 Applications pratiques du principe de Le Chatelier Proceacutedeacute de HaberLa plupart des manuels traitent du proceacutedeacute de Haber On peut lire la description du proceacutedeacutede fabrication de lrsquoammoniac pour la production drsquoexplosifs aux adresses indiqueacutees ci-dessous

httpwwwfutura-sciencescommagazinesmatiereinfospersonnalitesdchimie fritzhaber-247httpwwwlarecherchefrsavoirsspecialnobelfritz-haber-criminelguerre-recompense-01-10-2008-89028httpwwwausetutecomauhaberprohtml (site en anglais)httpwwwfact indexcomffrfritz_haberhtml (site en anglais)

pH sanguinLe sang contient de lrsquoacide carbonique dissous en eacutequilibre avec le dioxyde de carbone et lrsquoeau H2CO3 (aq) CO2 (aq) + H2O(l)

Pour garder le taux drsquoacide carbonique agrave des niveaux sucircrs lrsquoorganisme eacutevacue le CO2 produitpar lrsquoexpiration Lrsquoenlegravevement drsquoun produit favorise la reacuteaction directe et reacuteduit donc la quantiteacute drsquoacide carbonique preacutesente dans le sang ce qui permet de maintenir le pH sanguin agrave un niveau sucircr

Eau gazeacuteifieacutee dans lrsquoalimentation des poulesLa coquille de lrsquoœuf contient du carbonate de calcium CaCO3(s) formeacute agrave partir de dioxyde decarbone un produit de la respiration cellulaire

3CO2(g) 3CO2(aq) (respiration chez la poule) 3H2O(l) + 3CO2(aq) 3H2CO3(aq) (dans le sang)

3H2CO3(aq) 3H(aq)+ + 3HCO3(aq)

- (dans le sang)

3HCO3(aq)- 3CO3(aq)

2- + 3H(aq)+ (dans le sang)

3CO3(aq) 2- + Ca (aq)

2+ 3CaCO3(s) (dans le sang) (coquille drsquoœuf)

Ainsi lrsquoeacutequation nette serait

3H2O(l) + 3CO2(g) + Ca3(aq)2+ 6H(aq)

+ + 3CaCO3(s)

Remarque ce pheacutenomegravene offre lrsquooccasion pour lrsquoenseignant de reacutecapituler avec les eacutelegraveves lesnotions de meacutecanisme de reacuteaction de produits intermeacutediaires de la reacuteaction et drsquoeacutequation nette

Lorsque les poules ont chaud elles ont tendance agrave haleter ce qui diminue la concentration de dioxyde de carbone dans le sang Pour contrebalancer ce stress lrsquoeacutequilibre se deacuteplace en favorisant la reacuteaction inverse et il y a diminution de la quantiteacute de carbonate de calcium disponible pour les coquilles des œufs ce qui a pour effet drsquoamincir et de fragiliser la coquilleTed Odom diplocircmeacute de lrsquoUniversiteacute de lrsquoIllinois a deacutecouvert qursquoen donnant de lrsquoeau gazeacuteifieacuteeaux poules lrsquoeacutequilibre se deacuteplace dans le sens de la reacuteaction directe et diminue les effets du halegravetement lorsqursquoil fait chaud Ainsi les producteurs peuvent atteacutenuer ces effets sans installerdes systegravemes de climatisation coucircteux dans les poulaillers

Production drsquoheacutemoglobine en altitudeDans le corps humain lrsquoheacutemoglobine sert au transport de lrsquooxygegravene aux tissus

Hb(aq) + O2 (g) HbO2(aq)

Dans des villes comme Mexico qui se trouve agrave 2300 megravetres drsquoaltitude la pression atmospheacuterique et la concentration drsquooxygegravene sont faibles Pour compenser ce stress lrsquoeacutequilibre se deacuteplace pour favoriser la reacuteaction inverse ce qui provoque une hypoxie qui peut causer des maux de tecircte des nauseacutees et une fatigue extrecircme Dans les cas graves si une victime nrsquoest pas traiteacutee rapidement elle peut entrer dans un coma et mecircme mourir

Les personnes qui vivent en haute altitude pendant de longues peacuteriodes srsquoadaptent agrave une atmosphegravere pauvre en oxygegravene en produisant plus drsquoheacutemoglobine ce qui deacuteplace lrsquoeacutequilibre du systegraveme vers la droite (reacuteaction directe) et fait disparaicirctre les symptocircmes drsquohypoxie

Des eacutetudes ont montreacute que les sherpas qui vivent en montagne depuis longtemps se sont adapteacutes aux conditions de haute altitude en maintenant des teneurs en heacutemoglobine eacuteleveacutees dans leur sang parfois jusqursquoagrave 50 de plus que les personnes vivant au niveau de la mer (voir Chimie fondamentale principes et problegravemes vol 2 p 153)

Boissons gazeacuteifieacuteesLes boissons gazeuses contiennent du gaz carbonique sous pression favorisant le systegraveme en eacutequilibre suivant

CO2(g) CO2(aq) + chaleur

Lorsqursquoon ouvre une bouteille de boisson gazeuse la pression sur le dioxyde de carbone diminue Lrsquoeacutequilibre est deacuteplaceacute vers la gauche dans le systegraveme la solubiliteacute du dioxyde de carbone diminue et des bulles de dioxyde de carbone srsquoeacutechappent de la solution Si la bouteille reste ouverte longtemps les bulles disparaissent complegravetement et la boisson devient laquo plate raquo agrave cause de la diminution de pression

Le fait de secouer une bouteille drsquoeau gazeuse augmente la pression exerceacutee sur le systegraveme qui deacuteplacera son eacutequilibre de faccedilon agrave atteacutenuer ce stress en favorisant la reacuteaction directe En augmentant la tempeacuterature de la bouteille (p ex en la laissant dans une voiture en pleine chaleur durant lrsquoeacuteteacute) on provoque un deacuteplacement de lrsquoeacutequilibre favorisant la reacuteaction inverse ce qui creacutee plus de bulles de gaz carbonique Ainsi la pression augmente et peut faire eacuteclater le contenant

Adaptation des yeux agrave la lumiegravereLa paroi inteacuterieure du globe oculaire est tapisseacutee de photoreacutecepteurs comme la rhodopsine un pigment visuel La rhodopsine est faite drsquoopsine (une proteacuteine) et de reacutetinegravene (un pigment) Lorsque la lumiegravere frappe un photoreacutecepteur lrsquoeacutenergie absorbeacutee change la forme de la portion reacutetinegravene de la moleacutecule Cette reacuteaction directe se produit tregraves rapidement Le changement de forme est signaleacute au nerf optique qui achemine lrsquoinformation au cerveau ougrave elle est traduite en une image visuelle

En lrsquoabsence de lumiegravere le reacutetinegravene se seacutepare de lrsquoopsine Il faut attendre pour ecirctre capable de voir agrave nouveau dans lrsquoobscuriteacute parce que le complexe peut ecirctre recombineacute avec lrsquoaide de moleacutecules drsquoATP dans une reacuteaction inverse ralentie Dans une piegravece sombre les photoreacutecepteurs des yeux prennent quelques minutes avant de se reacuteadapter agrave une lumiegravere moins intense puisque la reacuteaction inverse est plus lente Si lrsquoon entre dans une piegravece tregraves eacuteclaireacutee les photoreacutecepteurs des yeux prennent encore quelques minutes avant de srsquohabituer agrave leur nouvel eacutequilibre agrave cause de la lenteur de la reacuteaction inverse

Reacutet - Op Reacutet + Op + lumiegravere signal signal non transmis transmis

Moteurs turbocompresseacutessuralimenteacutesDans un moteur turbocompresseacute ou suralimenteacute lrsquoair est comprimeacute et chauffeacute Cela signifie qursquoil y a une concentration plus eacuteleveacutee (50 plus eacuteleveacutee) drsquooxygegravene chauffeacute reacuteagissant avec lrsquoessence ce qui favorise la formation de produits et geacutenegravere plus de puissance pour la voiture Mentionnons que dans des moteurs ordinaires les turbocompresseurs fonctionnent mieux agrave des altitudes plus eacuteleveacutees car lrsquoair y est moins dense La vapeur produite par la reacuteaction de lrsquoessence et de lrsquooxygegravene est utiliseacutee pour faire tourner la turbine qui fait fonctionner le compresseur drsquoair Dans un turbocompresseur une courroie fait tourner le compresseur essence + O2 CO2 + H2O + puissance

Synthegravese des estersDans les reacuteactions de synthegravese des esters la reacuteaction inverse est favoriseacutee Pour favoriser la reacuteaction directe il faut augmenter la quantiteacute drsquoacide preacutesente dans le systegraveme

CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O

Indicateurs meacuteteacuteoLes eacutelegraveves ont peut-ecirctre observeacute que les indicateurs de conditions meacuteteacuteorologiques sont bleusdans des conditions normales et virent au rose lorsque la pluie approche Les changements decouleur sont dus agrave des variations de la couleur du chlorure de cobalt(II)

[CoCl4]2- + 6H2O [Co(H2O)6]2+ + 4Cl-

bleu rose

Lrsquoenseignant peut aussi utiliser le systegraveme en eacutequilibre

CoCl2 + 6H2O CoCl2∙6H2O bleu rose

Dans les peacuteriodes de faible humiditeacute lrsquoindicateur meacuteteacuteo est bleu En revanche lorsque le tauxdrsquohumiditeacute est eacuteleveacute les produits sont favoriseacutes et lrsquoindicateur est rose

Recharge drsquoaccumulateurs de batteries et de pilesLes accumulateurs au plomb les batteries au nickel-cadmium et les piles agrave combustible sont rechargeacutes par lrsquoajout drsquoeacutenergie eacutelectrique qui favorise la reacuteaction inverse et produit plus de reacuteactifs

accumulateurs au plomb PbO2(s) + Pb(s) + 4H(aq)

+ + 2SO 4(aq)2- 2PbSO4(s) + 2H2O(l)+ eacutenergie

batteries au nickel-cadmiumCd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) 2Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s)+ eacutenergie

piles agrave combustible2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) + eacutenergie

Annexe 16 Constante du produit de solubiliteacute du chlorure de plomb

IntroductionLorsqursquoon ajoute un sel agrave faible solubiliteacute dans lrsquoeau seulement quelques ions sont formeacutes et la grande majoriteacute du sel nrsquoest pas dissous Dans une solution satureacutee le solide se dissocie en ions au mecircme taux que les ions se regroupent pour former le solide Il existe un eacutequilibre dynamique entre le solide non dissous et les ions en solution La concentration du solide non dissous demeure donc constante

On peut utiliser la constante du produit de solubiliteacute (Kps) drsquoun sel pour deacuteterminer la concentration des ions dans une solution satureacutee Supposons par exemple qursquoun sel A3B2 est dissous dans lrsquoeau Le solide est en eacutequilibre avec les ions en solution

Lrsquoexpression de la constante drsquoeacutequilibre de cette reacuteaction serait la suivante

Keacuteq = [A2+]3 [B3-]2

[A3B2]

Comme les solides ne sont pas inclus dans les expressions drsquoeacutequilibre (leurs concentrations eacutetant stables) la constante du produit de solubiliteacute est calculeacutee en utilisant seulement les concentrations des produits agrave lrsquoeacutequilibre et puisque cette expression drsquoeacutequilibre est associeacutee agrave la dissolution drsquoun solide on doit remplacer Keacuteq par Kps

Kps = [A2+]3 [B3-]2

Pour calculer le produit de solubiliteacute les concentrations ioniques doivent toujours ecirctre indiqueacutees en moles par litre (molL)

Comme crsquoest le cas des constantes drsquoeacutequilibre les constantes du produit de solubiliteacute srsquoappliquent agrave une seule reacuteaction agrave une tempeacuterature donneacutee puisque la solubiliteacute drsquoun sel varie selon la tempeacuterature Les substances avec une valeur de Kps eacuteleveacutee sont plus solubles (plus drsquoions en solution) tandis que les substances avec une valeur de Kps moins eacuteleveacutee sont moins solubles (moins drsquoions dissous) Pour cette activiteacute de laboratoire le sel eacutetudieacute sera le chlorure de plomb(II) (PbCl2)

Reacuteaction agrave lrsquoeacutequilibre 2 (s) Pb(aq)

2+ + 2Cl(aq)-PbCl

Kps = [Pb2+] [Cl-]2

A3B2 s 3A(aq)2+ + 2B(aq)

3- ( )

Dans une repreacutesentation agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire drsquoune solution satureacutee de chlorure de plomb(II) il y aurait des morceaux de chlorure de plomb(II) non dissous au fond du beacutecher en eacutequilibre avec des ions Pb2+ et Cl- dissous quoiqursquoil y aurait deux fois plus drsquoions Cl- que drsquoions Pb+2

Toute substance qui forme une solution satureacutee aura une Kps Cependant pour les substancestregraves solubles comme le NaCl la valeur de cette constante est si eacuteleveacutee que ce concept est rarement utiliseacute Pour les sels agrave faible solubiliteacute la Kps est une valeur utile qui nous permet de preacutedire et de calculer la solubiliteacute des substances dans une solution

Pour cette expeacuterience de laboratoire tu vas drsquoabord preacuteparer une solution satureacutee drsquoun sel agrave faible solubiliteacute le PbCl2 Tu deacutetermineras ensuite la concentration des ions Pb+2 en les faisant reacuteagir avec des ions iodure I- pour former un preacutecipiteacute insoluble Enfin tu utiliseras la concentration des ions Pb+2 pour calculer la constante du produit de solubiliteacute pour le PbCl2

Avant de commencer lrsquoactiviteacute de laboratoire il est recommandeacute de visionner les animations suivantes pour observer la dissolution drsquoun sel et la formation drsquoun preacutecipiteacute agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire Cela va trsquoaider agrave dessiner des repreacutesentations moleacuteculaires pendant lrsquoactiviteacute

bull Dissolution du NaCl dans lrsquoeau httpwwwostralonet3_animationsswfdissolutionswf bull Reacuteactions de preacutecipitation httpwwwmhhecomphysscichemistryanimationschang_7e_espcrm3s2_3swf (site en anglais)

Objectifsbull Deacuteterminer le nombre de moles drsquoions Pb+2 dans 100 mL drsquoune solution satureacutee de PbCl2bull Convertir le nombre de moles drsquoions Pb2+ dans 100 mL de solution en nombre de moles drsquoions Pb2+ dans 1 L de solutionbull Calculer la constante du produit de solubiliteacute pour le PbCl2

Mateacuterielbull balance eacutelectroniquebull 2 beacutechers de 250 mLbull entonnoir et papier filtrebull support universel avec anneaubull plaque chauffantebull agitateurbull cylindre gradueacute de 100 mLbull solution de KI 05 molLbull solution satureacutee de PbCl2bull eau distilleacutee

DeacutemarcheAttention Les composeacutes de plomb sont toxiques et causent une irritation de la peau Il faut les manipuler avec prudence

1 Mesure la masse du papier filtre et note lrsquoinformation dans le tableau de donneacutees2 Place lrsquoentonnoir muni drsquoun papier filtre sur lrsquoanneau qui est fixeacute au support universel3 Dans un cylindre gradueacute de 100 mL deacutecante 100 mL de surnageant clair de la solution

satureacutee de PbCl2 Eacutevite de perturber les cristaux de PbCl2 Verse cette solution dans un beacutecher de 250 mL Dessine une repreacutesentation moleacuteculaire des composantes (ions et moleacutecules) dans ce beacutecher

4 Ajoute 20 mL drsquoune solution de KI 05 molL au beacutecher contenant la solution de PbCl25 Dessine agrave nouveau une repreacutesentation moleacuteculaire des composantes (ions et moleacutecules

dans le beacutecher Encercle les ions qui vont former un preacutecipiteacute Eacutecris aussi lrsquoeacutequation de la reacuteaction chimique

6 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique nette pour cette reacuteaction et identifie les espegraveces qui reacuteagissent ensemble Quels sont les ions spectateurs

7 Avec la plaque chauffante chauffe la solution jusqursquoagrave eacutebullition en remuant de temps agrave autre Pourquoi chauffons-nous la solution

8 Laisse la solution refroidir 5 minutes Laisse tout solide qui srsquoest formeacute se deacuteposer au fond du beacutecher

9 Une fois le preacutecipiteacute deacuteposeacute fais passer le liquide agrave travers le filtre Tente de conserver le plus de solide possible dans le beacutecher

10 Rince le preacutecipiteacute trois fois avec de lrsquoeau distilleacutee et fais passer agrave travers le papier filtre Pour le rinccedilage final fais tournoyer le beacutecher et vide son contenu sur le papier filtre Rince le beacutecher une derniegravere fois avec de lrsquoeau et verse agrave nouveau le contenu sur le filtre

11 Laisse de cocircteacute le filtrat et garde le papier filtre qui contient le preacutecipiteacute PbI2 Indique les ions et moleacutecules qui se trouvent dans le filtrat Pourquoi nrsquoa-t-on pas besoin de cette solution

12 Fais seacutecher le preacutecipiteacute agrave lrsquoaide drsquoun fourneau de seacutechage ou en le laissant reposer jusqursquoau lendemain Pourquoi le preacutecipiteacute doit-il ecirctre seacutecheacute

13 Mesure la masse du papier filtre avec le preacutecipiteacute PbI2 et note le reacutesultat dans le tableau14 Deacutetermine la masse du preacutecipiteacute

Donneacutees

Masse du papier filtre et du preacutecipiteacute

Masse du papier filtre

Masse du preacutecipiteacute

Analyse1 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la reacuteaction entre des solutions satureacutees de PbCl2 et de KI2 Agrave lrsquoaide des donneacutees recueillies calcule le nombre de moles de chlorure de plomb(II) qui ont eacuteteacute formeacutees3 Combien de moles drsquoions Pb2+ sont preacutesentes dans chaque mole de preacutecipiteacute PbCl24 Calcule la concentration en moles par litre drsquoions Pb2+ pour la solution initiale (son volume eacutetait de 100 mL)5 Quelle eacutetait la concentration en ions Cl- (en molL) de la solution initiale6 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la dissolution du PbCl2 dans lrsquoeau Indique les eacutetats de la matiegravere7 Eacutecris lrsquoexpression de la constante du produit de solubiliteacute et calcule la constante du produit de solubiliteacute pour le PbCl2 agrave la tempeacuterature de la piegravece (25 degC) agrave lrsquoaide des concentrations

calculeacutees agrave partir des donneacutees recueillies Pourquoi lrsquoion chlorure est-il au carreacute dans lrsquoexpression de la Kps

8 La valeur reacuteelle de la Kps agrave 25 degC est de 85 x 10-9 Calcule le pourcentage drsquoerreur pour cette activiteacute de laboratoire

drsquoerreur = valeur expeacuterimentale de la Kps - valeur reacuteelle de la Kps times 100 = valeur reacuteelle de la Kps

9 La reacuteaction a-t-elle reacuteellement eu lieu agrave une tempeacuterature de 25 degC Si elle srsquoeacutetait produite agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 25 degC quelle serait lrsquoincidence sur ton reacutesultat (valeur de Kps) Si la tempeacuterature eacutetait supeacuterieure agrave 25 degC Qursquoarrive-t-il agrave la concentration des ions Pb2+ et Cl- lorsque la tempeacuterature augmente Qursquoarriverait-il agrave la valeur de Kps si la tempeacuterature augmentait

10 Les valeurs de Kps pour le PbCl2 et le PbI2 agrave 25 degC sont les suivantes Kps (PbCl2) = 16 times 10-5

Kps (PbI2) = 71 times 10-9

Pourquoi lrsquoion I- a-t-il eacuteteacute utiliseacute pour recueillir le Pb2+ Peux-tu nommer un ion qui aurait eacutelimineacute encore plus drsquoions Pb2+ (Indice consulte les valeurs de Kps pour drsquoautres sels de plomb)

11 Qursquoest-ce qui pourrait expliquer la diffeacuterence entre la valeur expeacuterimentale et la valeur reacuteelle de la Kps Comment pourrais-tu reacuteduire lrsquoerreur expeacuterimentale

12 La Kps est importante puisqursquoelle permet de calculer la concentration des ions dans une solution satureacutee Calcule la concentration de lrsquoion Ag+ dans une solution satureacutee de

AgCl La Kps de lrsquoAgCl est 159 times 10-10

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Solubility Product Constant of Lead(II) Chloride C12-4-13 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 30 deacutecembre 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 17 Reacutesolution de problegravemes

1 Eacutecris lrsquoexpression de la constante du produit de solubiliteacute pour SrSO4 Reacuteponse SrSO4(s) Sr2+

(aq) + SO42-

Kps = [Sr2+][SO42-]

2 Eacutecris lrsquoexpression de la constante du produit de solubiliteacute pour Al2(SO4)3 Reacuteponse Al2(SO4)3(s) 2 Al3+

(aq) + 3 SO42-

Kps = [Al3+]2[SO42-]3

3 Un eacutechantillon de Ba(OH)2(s) est ajouteacute agrave de lrsquoeau pure et est ameneacute agrave lrsquoeacutetat drsquoeacutequilibre agrave 25degC La concentration de Ba2+ est de 0108 molL et celle de OH- 0216 molL Quelle est la valeur de Kps pour Ba(OH)2(s) Reacuteponse Kps = 504 times 10-3

4 Quelle est la solubiliteacute molaire drsquoune solution satureacutee de AgCl Kps = 16 times 10-10

Reacuteponse solubiliteacute molaire de AgCl = 126 times 10-5 molL

5 Quelles sont les concentrations agrave lrsquoeacutequilibre de Ca2+ et de OH- dans une solution satureacutee de Ca(OH)2 si la valeur de Kps est de 13 times 10-6 Reacuteponse [Ca2+] = 69 times 10-3 molL [OH-] = 14 times 10-2 molL

6 Calcule la solubiliteacute molaire de Ca(IO3)2 dans une solution de NaIO3 agrave 0060 molL La Kps de Ca(IO3)2 est de 71 times 10-7 Reacuteponse 20 times 10-4 molL

Question compleacutementaire

7 Est-ce qursquoun preacutecipiteacute se forme quand 10 L drsquoune solution de chlorure de fer(III) agrave 0150 molL est meacutelangeacute agrave 20 L drsquoune solution drsquohydroxyde de sodium agrave 00333 molL Reacuteponse Kps ou Qps provisoire = 246 times 10-5 Kps = 49 times 10-17 Qps gt Kps donc un preacutecipiteacute se forme

ANNEXE 18 Autoeacutevaluation de lrsquoapprentissage par groupes drsquoexperts

Coche aux bons endroits

De faccedilon geacuteneacuterale je pense que la technique des groupes drsquoexperts _____ mrsquoa aideacute agrave bien apprendre les concepts cleacutes_____ ne mrsquoa pas aideacute agrave bien apprendre les concepts cleacutes

Explique ta reacuteponse

facilement assez

bien avec difficulteacute

e drsquo

Jrsquoai bien compris mon rocircle au sein de mon groupe drsquoexperts

Jrsquoai entrepris une preacuteparation personnelle (entre autres lecture) avant la discussion en groupe drsquoexperts

Jrsquoai eacuteteacute attentif agrave ce que disaient les autres experts et je nrsquoai pas interrompu inutilement les membres de mon groupe

Jrsquoai encourageacute la participation des autres experts par mon attitude positive et respectueuse

Jrsquoai moi-mecircme contribueacute positivement agrave la discussion en apportant de nouvelles ideacutees des suggestions des clarifications etc

Jrsquoai bien saisi et pris en note les renseignements cleacutes de la discussion afin de les partager avec ma famille

e Jrsquoai bien compris mon rocircle au sein de ma famille Jrsquoai eacutecouteacute attentivement les rapports faits au sein de ma famille et jrsquoai demandeacute des preacutecisions au besoin

Jrsquoai pris en note les renseignements cleacutes issus des rapports faits au sein de ma famille

Jrsquoai rapporteacute fidegravelement et efficacement les renseignements cleacutes recueillis au sein de mon groupe drsquoexperts

leacuteni

egravere Jrsquoai eacutecouteacute attentivement les renseignements cleacutes

ressortis par lrsquoenseignant apregraves le partage en famille

Jrsquoai poseacute des questions lorsque jrsquoavais du mal agrave saisir des renseignements cruciaux

LES ACIDES ET LES BASES

LES ACIDES ET LES BASES Chimie12e anneacutee

Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves poursuivront leur eacutetude des acides et des bases sujet qursquoils ont abordeacute au premier regroupement Ils eacutetudieront les theacuteories des acides et des bases le pH lrsquoeacutequilibre des reacuteactions acido-basiques et la diffeacuterence entre les acides forts et faibles

En sciences de 10e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave classer les acides et les bases en fonction de leurs caracteacuteristiques Ils se sont pencheacutes entre autres sur la deacutefinition du pH sur lrsquoimportance du tableau des pH et sur lrsquoutilisation des indicateurs pour distinguer les solutions acides des solutions basiques en plus de mesurer le pH de certaines solutions Ils ont aussi eacutetudieacute les reacuteactions de neutralisation En chimie de 11e anneacutee les eacutelegraveves ont appris la diffeacuterence entre une solution dilueacutee et une solution concentreacutee Dans lrsquouniteacute sur les reacuteactions en solution aqueuse C12-1-03 les eacutelegraveves ont eacutetudieacute la nomenclature des acides et des bases et les bases et acides forts Les constantes drsquoeacutequilibre ont eacuteteacute eacutetudieacutees au regroupement 4

LES ACIDES ET LES BASESChimie12e anneacutee

Bloc A Les theacuteories pour les acides et les bases

C12-5-01 C12-5-02 C12-0-C1 2 h

Bloc B Le pH C12-5-03 C12-5-04 C12-5-05 C12-5-06 C12-0-C1 C12-0-S7 C12-0-S9

Bloc C Lrsquoeacutequilibre des acides et des bases

C12-5-07 C12-5-08 C12-5-09 C12-0-C1

Bloc D La deacutetermination de la concentration

C12-5-10 C12-5-11 C12-0-C1 C12-0-S1 C12-0-S5 C12-0-S6 C12-0-S8

Reacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 hNombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 15h agrave 16 h

LIvRES

divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015 (DREF PD 372355446 CRA 98839)

[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2002 (DREF 540 C518c 11)

[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la

Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91609)

SHAKHASHIRI Bassam Z Chimical demonstrations A handbook for teachers of chemistry Madison Wisconsin University of Wisconsin Press 1983

SITES WEB

[R] Eacutechelle de pH httpsphetcoloradoedufrsimulationph-scale (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation]

[R] Mesure de pH (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation eduMedia sur la mesure du pH - accessible gratuitement agrave partir du site de la DREF (wwwdrefmbca)]

[R] Solutions acido-basiques httpphetcoloradoedufrsimulationacid-base-solutions (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [simulation inteacuteractive permettant drsquoeacutetudier la diffeacuterence entre les acides forts et faibles]

Solutions of acid base and salt httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesacidbasepHph_meterhtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation permettant de tester le pH drsquoune varieacuteteacute de solutions (site en anglais)]

C12-5-01 retracer dans les grandes lignes lrsquoeacutevolution historique des theacuteories des acides et des bases

entre autres Arrhenius Bronsted-Lowry Lewis RAG A1 A2 A4 D3

C12-5-02 reacutediger les eacutequations chimiques eacutequilibreacutees pour des reacuteactions acido-basiques entre autres les couples acide-base conjugueacutes le comportement amphotegravere RAG D3

C12-5-03 lier les concentrations drsquoions hydronium aux ions hydroxyde dans lrsquoeau entre autres le produit ionique de lrsquoeau Ke RAG D3

C12-5-04 mener une activiteacute visant agrave formuler une deacutefinition opeacuterationnelle du pH RAG C2

C12-5-05 deacutecrire comment la couleur drsquoun indicateur acido-basique peut changer selon le principe de Le Chatelier

RAG D3

C12-5-06 reacutesoudre des problegravemes impliquant le pH RAG D3

C12-5-07 distinguer les acidesbases forts des acidesbases faibles entre autres eacutelectrolytes et non eacutelectrolytes RAG D3

C12-5-08 donner lrsquoexpression de lrsquoeacutetat drsquoeacutequilibre (Kaou Kb) agrave partir drsquoune eacutequation chimique eacutequilibreacutee

RAG D3

C12-5-09 utiliser Ka ou Kb pour reacutesoudre des problegravemes impliquant le pH le pourcentage de dissociation et la concentration

RAG D3

C12-5-10 deacuteterminer de faccedilon expeacuterimentale la concentration drsquoune base ou drsquoun acide inconnu agrave lrsquoaide drsquoune base ou drsquoun acide standard

RAG C2

REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE ThEacuteMATIQUES (suite)

C12-5-11 deacuteterminer drsquoapregraves la formule donneacutee si une solution aqueuse drsquoun composeacute ionique donneacute sera acide basique ou neutre

RAG D3

entre autres connaicirctre et prendre les preacutecautions neacutecessaires agrave la seacutecuriteacute ecirctre au courant du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) savoir utiliser lrsquoeacutequipement drsquourgence

RAG B3 B5 C1 C2

RAG C2

deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivreRAG C1 C2

C12-0-S4 seacutelectionner et utiliser lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2

RAG C2 C5

RAG C5 C6

Travail en groupe

RAG C2 C4 C7

RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG C4 C5

RAG A1 A3 A5 B2

RAG A5 B1 B2

RAG A5 B2

Attitudes

RAG C2 C5

RAG C2 C3 C4 C5

RAG B4

RAG B4 B5

entre autres Arrhenius Broslashnsted-Lowry Lewis RAG A1 A2 A4 D3

C12-5-02 reacutediger les eacutequations chimiques eacutequilibreacutees pour des reacuteactions acido-basiques entre autres les couples acide base conjugueacutes le comportement amphotegravere RAG D3

RAG D3

En tecircte

Eacutevaluation des connaissances anteacuterieuresVeacuterifier la compreacutehension des notions anteacuterieures sur les acides et les bases et faire une reacutecapitulation au besoin Pour faire appel aux connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves utiliser des strateacutegies telles que les organigrammes le tableau des connaissances laquo Pense Trouve un partenaire Discute raquo et laquo LIEN raquo (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire chapitre 9)

En sciences de 10e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave classer les acides et les bases en fonction de leurs caracteacuteristiques (reacutesultat drsquoapprentissage S2-2-08) par exemple lrsquoacide chlorhydrique lrsquoacide sulfurique lrsquoacide nitrique lrsquohydroxyde de sodium et lrsquohydroxyde de calcium En 11e anneacutee leur seule expeacuterience avec les acides srsquoest effectueacutee dans lrsquouniteacute de chimie organique ougrave ils ont eacutetudieacute des acides organiques tels que lrsquoacide formique et lrsquoacide aceacutetique

Les questions suivantes pourraient servir agrave favoriser la discussion - Pouvez-vous nommer un acide Une base - Quelle est la diffeacuterence entre un acide et une base - Les acides et les bases sont-ils toujours des substances dangereuses - Qursquoarriverait-il si on meacutelangeait un acide avec une base

En faisant une reacutevision inclure des exemples drsquoacides et de bases que les eacutelegraveves connaissent bien Parmi les acides courants mentionnons lrsquoacide lactique dans le lait sucircr lrsquoacide butyrique dans le beurre rance lrsquoacide citrique dans les fruits citrins lrsquoacide ascorbique sous forme de vitamine C et lrsquoacide aceacutetylsalicylique (AAS) dans les comprimeacutes drsquoaspirine Pour ce qui est des bases on peut penser aux produits drsquoentretien meacutenager contenant de lrsquoammoniaque ou agrave lrsquohydroxyde de sodium employeacute pour nettoyer les fours

Inviter les eacutelegraveves agrave travailler avec un partenaire afin drsquoeffectuer lrsquoexercice de lrsquoannexe 1 Distribuer la feuille A agrave lrsquoun des eacutelegraveves et la feuille B agrave lrsquoautre Chaque eacutelegraveve travaille individuellement et tente de reacutepondre aux questions sur sa feuille Ensuite lrsquoeacutelegraveve qui a reccedilu la feuille A pose les questions qui figurent sur sa feuille agrave son partenaire et note les reacuteponses de ce dernier Lrsquoeacutelegraveve qui a reccedilu la feuille B pose ensuite les questions qui figurent sur sa feuille agrave son partenaire et note les reacuteponses Demander aux eacutelegraveves drsquoarriver agrave un consensus sur leurs reacuteponses puis drsquoexaminer les questions avec lrsquoensemble des eacutelegraveves

En quecircte

Enseignement direct ndash lrsquoeacutevolution des theacuteories des acides et des basesPreacutesenter aux eacutelegraveves les theacuteories des acides et des bases (voir Chimie 12 p 379-382 Chimie 12 STSE p 492-497 ou Chimie 11-12 p 733-735) Les deacutefinitions successives drsquoun acide sont devenues de moins en moins restrictives On en est finalement arriveacute agrave la deacutefinition de Lewis (aussi repreacutesenteacutee par le diagramme de Lewis) qui est si geacuteneacuterale que toute reacuteaction ougrave il y a transfert de deux eacutelectrons devient une reacuteaction acido-basique

A Svante Arrhenius (1859-1927) a eacuteteacute le premier chimiste agrave contribuer agrave la compreacutehension des acides et des bases La formule qursquoil a proposeacutee est celle-ci

Acide deacutesigne toute substance qui se dissocie pour produire des ions hydrogegravene (H+) lorsqursquoelle est en solution aqueuse

Ex acide chlorhydrique HCl(aq) rarr H+ + Cl-

(aq) (aq)

Ex acide nitrique HNO3(aq) rarr H+ + NO-

(aq) 3(aq)

Base deacutesigne toute substance qui se dissout pour produire des ions hydroxyde (OH-) lorsqursquoelle est en solution aqueuse

Ex hydroxyde de sodium NaOH(aq) rarr Na+ + OH-

(aq) (aq)

Ex hydroxyde de baryum Ba(OH)2(aq) rarr Ba2+ + 2OH-

(aq) (aq)

Quelques espegraveces agrave part (des laquo trouble-fecircte raquo) comme le dioxyde de carbone (qui nrsquoa pas drsquoatome drsquohydrogegravene) et lrsquoammoniac (qui est deacutepourvu drsquoions hydroxyde) reacuteagissent drsquoabord avec lrsquoeau comme lrsquoa expliqueacute Arrhenius

Ex CO2(g) + H2O(l) rarr H2CO3(aq) rarr H+ + HCO-

(aq) (aq)

Ex NH3(g) + H2O(l) rarr NH4OH(aq) rarr NH+ + OH-

4(aq) (aq)

B Johannes Broslashnsted (1879-1947) et Thomas Lowry (1874-1936) ont proposeacute simultaneacutement une nouvelle theacuteorie appeleacutee en geacuteneacuteral la theacuteorie de Broslashnsted ou de Broslashnsted-Lowry Cette theacuteorie eacutetablit un lien entre les caracteacuteristiques acido-basiques et le transfert de protons un processus qui comprend plus de reacuteactions que la deacutefinition preacuteceacutedente des acides et des bases par Arrhenius Selon cette deacutefinition des substances comme CO2(g) peuvent maintenant ecirctre consideacutereacutees clairement comme des acides selon la reacuteaction suivante

Ex CO2(g)+ H2O(l) rarr H2CO3(aq) rarr H+ + HCO-

(aq) (aq)

Acides les acides sont des substances qui augmentent la concentration drsquoions hydronium (H3O+) et sont donc des donneurs de protons

Ex acide chlorhydrique HCl + H2O(l) rarr H3O+ + Cl-

(aq) (aq) (aq)

Ex acide nitrique

HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+ + NO-

(aq) 3(aq)

Lorsqursquoune substance comme HCl HNO3 CH3COOH CO2 ou H2SO4 est ajouteacutee agrave lrsquoeau la concentration drsquoions hydronium augmente donc ce sont des acides

Bases les bases sont des substances qui augmentent la concentration drsquoions hydroxyde (OH-) Ce sont donc des accepteurs de protons

(aq) (aq)

Ex ammoniac NH3(aq) + H2O(l) rarr NH+ + OH-

4(aq) (aq)

Lorsqursquoune substance comme NaOH Ca(OH)2 CaO MgO ou NH3 est ajouteacutee agrave lrsquoeau la concentration drsquoions hydroxyde augmente donc ce sont des bases

Dans toute reacuteaction acido-basique un couple acide-base conjugueacutes est formeacute

HX(aq) + H2O(l) H3O(aq)+ + X(aq)

- Acide Base Acide

conjugueacuteBaseconjugueacutee

Des substances telles que lrsquoeau qui peut agir tant comme acide que comme base sont dites amphotegraveres

Les acides sont classeacutes selon le nombre drsquoions hydrogegravene disponibles (agrave donner) Les monoacides ont un seul ion hydrogegravene agrave donner tandis que les polyacides en ont deux ou plus Tous les polyacides donnent un ion hydrogegravene agrave la fois En regardant le tableau des constantes drsquoaciditeacute (Ka) drsquoun acide on voit qursquoun diacide comme lrsquoacide sulfurique aura deux valeurs de Ka pour chaque dissociation

H2SO4(aq) + H2O(l) ⟶ H3O+ + HSO- Ka = tregraves eacuteleveacutee

(aq) 4(aq)

HSO- + H2O(l) ⟶ H3O+ + SO2- Ka = 13 times 10-2

4(aq) (aq) 4(aq)

La deacutefinition de Broslashnsted est la plus utile en chimie de 12e anneacutee et devrait ecirctre la deacutefinition la plus utiliseacutee La prochaine deacutefinition (ci-dessous) est fondeacutee sur le transfert drsquoeacutelectrons et peut devenir passablement complexe

C En 1932 GN Lewis propose sa deacutefinition drsquoacide et de base Selon lui une base est une substance qui peut donner une paire drsquoeacutelectrons et un acide est une substance qui peut accepter une paire drsquoeacutelectrons

Lrsquoimportance du concept de Lewis est qursquoil a une porteacutee plus geacuteneacuterale que les autres deacutefinitions Les reacuteactions acido-basiques de Lewis englobent un grand nombre de reacuteactions auxquelles la deacutefinition de Broslashnsted-Lowry ne srsquoappliquerait pas

Lewis soutient que lrsquoion H+ capte (accepte) une paire drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par lrsquoion OH- pour former une nouvelle liaison covalente Ainsi toute substance qui peut accepter une paire drsquoeacutelectrons est un acide de Lewis

Les deux eacutelectrons qui sont passeacutes dans la nouvelle liaison covalente proviennent de lrsquoion OH- Comme crsquoest une substance qui peut donner une paire drsquoeacutelectrons lrsquoion OH- est consideacutereacute comme une base de Lewis

La theacuteorie acide-base de Lewis ne touche pas les substances que nous avons appeleacutees preacuteceacutedemment les bases de Broslashnsted parce que toute base de Broslashnsted doit avoir un doublet (une paire drsquoeacutelectrons) non liant pour accepter un proton

Cependant cette theacuteorie eacutelargit consideacuterablement la cateacutegorie que nous avons appeleacutee preacuteceacutedemment les acides de Broslashnsted Tout composeacute qui possegravede au moins une orbitale libre dans la couche de valence peut maintenant agir comme acide Cette theacuteorie explique pourquoi BF3 reacuteagit instantaneacutement avec NH3 Les eacutelectrons non liants de lrsquoatome drsquoazote (N) de lrsquoammoniac sont donneacutes dans une orbite vide de lrsquoatome de bore pour former une liaison covalente comme on peut le voir ci-dessous

DeacutemonstrationDemander aux eacutelegraveves de deacutecrire la sensation ressentie lorsqursquoils touchent le savon au moment de se laver les mains (glissant) Puis leur montrer que lorsqursquoun papier de tournesol touche agrave un pain de savon humide il vire au bleu

Activiteacute ndash repreacutesentations particulairesProposer aux eacutelegraveves de couper des bouts de papier pour repreacutesenter les atomes drsquohydrogegravene drsquooxygegravene et de chlore dans la reacuteaction entre le chlorure drsquohydrogegravene et lrsquoeau Les inviter agrave utiliser des punaises pour fixer les bouts de papier agrave un tableau drsquoaffichage ou au babillard puis agrave prendre physiquement lrsquoion H+ de HCl pour le transfeacuterer agrave lrsquoH2O afin de former H3O+ et Cl

Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche et agrave expliquer la signification de plusieurs preacutefixes et de mots cleacutes en franccedilais qui sont utiliseacutesdans le preacutesent reacutesultat drsquoapprentissage mono- di- tri- poly- conjugueacute polyacide

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave utiliser le proceacutedeacute tripartite pour repreacutesenter chacune des theacuteories sur les acides et les bases (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 109)

Les acides amineacutes et les proteacuteines sont des substances amphotegraveres puisqursquoelles contiennent un groupe amine basique (-NH2) et un groupe carboxyle acide (-COOH) Il nrsquoest donc pas eacutetonnant de trouver des tendances dans les proprieacuteteacutes amphotegraveres des oxydes meacutetalliques et non meacutetalliques dans le tableau peacuteriodique Groupe 5A (15)Comme les eacuteleacutements ont de plus en plus les proprieacuteteacutes meacutetalliques agrave mesure qursquoon descend dans un groupe leurs oxydes deviennent plus basiques Ex du moins basique (plus acide) N2O5 au plus basique Bi2O3

Peacuteriode 3Agrave mesure que les eacuteleacutements deviennent moins meacutetalliques de gauche agrave droite de la peacuteriode leurs oxydes deviennent moins basiques Ex du plus basique (moins acide) Na2O au moins basique Cl2O7

1Inviter les eacutelegraveves agrave identifier des couples acide-base conjugueacutes dans une reacuteaction donneacutee Ils devraient aussi pouvoir eacutecrire les eacutequations de lrsquoionisation des ions hydrogegravene pour les polyacides

2Inviter les eacutelegraveves agrave mener un deacutebat sur les theacuteories des acides et des bases drsquoArrhenius et de Broslashnsted-Lowry Un eacutelegraveve pourrait deacutefendre la theacuteorie drsquoArrhenius et lrsquoautre la theacuteorie de Broslashnsted-Lowry

3Proposer aux eacutelegraveves drsquoeacutelaborer un scheacutema conceptuel en utilisant les termes suivants solutions acides acides bases theacuteorie drsquoArrhenius pH lt 7 pH gt 7 theacuteorie de Broslashnsted- Lowry theacuteorie de Lewis couples drsquoeacutelectrons accepte donnelibegravere (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1111)

RAG D3

C12-5-06 reacutesoudre des problegravemes sur le pH RAG D3

RAG C2 C5

C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction

RAG C2 C5 C8

Bloc B Le ph

En tecircte

Poser les questions suivantes aux eacutelegraveves afin de veacuterifier leurs connaissances anteacuterieures sur le concept du pH

- Que signifie le terme pH- Quelle est la diffeacuterence entre le pH chez les acides et les bases En quecircte

Enseignement direct ndash le produit ionique de lrsquoeauPreacutesenter le concept de produit ionique de lrsquoeau aux eacutelegraveves (voir Chimie 12 p 388-390 Chimie 12 STSE p 498-500 ou Chimie 11-12 p 713-716) Leur rappeler que lrsquoeau peut agir comme un acide ou une base Dans lrsquoeau pure certaines moleacutecules drsquoeau vont se dissocier pour former des ions mais lrsquoionisation de lrsquoeau pure est plutocirct faible De fait il nrsquoy a que deux moleacutecules drsquoeau sur un milliard qui srsquoionisent dans lrsquoeau pure

H2O(l) + H2O(l) H3O+ + OH-

(aq) (aq)

Puisque des ions H3O+ et OH- sont preacutesents on peut voir pourquoi lrsquoeau peut avoir un effet sur les acides ainsi que les bases On peut repreacutesenter lrsquoexpression de cette eacutequation agrave lrsquoeacutequilibre comme suit

Keacuteq = H3O+ OH-

1 = H3O+ OH-

La concentration de H2O [H2O] est eacutegale agrave 1 puisque tous les liquides ou solides agrave lrsquoeacutetat pur ont une concentration constante On utilise lrsquoexpression Ke pour repreacutesenter ce produit ionique

Dans lrsquoeau pure la concentration de H3O+ et celle de OH- mesureacutees expeacuterimentalement agrave 25degC sont de 1 x 10-7 molL En inseacuterant ces valeurs dans lrsquoexpression

Ke = [H3O+][OH-]

on obtient Ke = [1 times 10-7 ][1 times 10-7] = 1 times 10-14

En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave classer les acides et les bases selon leurs proprieacuteteacutes caracteacuteristiques Ils ont notamment discuteacute de la deacutefinition du pH de lrsquoimportance du tableau des pH et de lrsquoutilisation des indicateurs pour distinguer les solutions acides des solutions basiques

Activiteacute de laboratoireProposer aux eacutelegraveves une activiteacute visant agrave eacutelaborer une deacutefinition opeacuterationnelle du pH (voir Chimie 11 p 390 et 391 lrsquoannexe 2 ou lrsquoannexe 3) Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 4

Enseignement direct ndash le pHPreacutesenter le concept de pH aux eacutelegraveves (voir Chimie 12 p 390-393 Chimie 12 STSE p 500-502 ou Chimie 11-12 p 238-244)

Toutes les solutions aqueuses (dans lrsquoeau) sont neutres acides ou basiques

a Une solution neutre est obtenue quand la concentration des ions hydronium est eacutegale agrave la concentration drsquoions hydroxyde [H3O+] = [OH-]

b Une solution acide est obtenue quand la concentration des ions hydronium est supeacuterieure agrave la concentration drsquoions hydroxyde [H3O+] gt [OH-]

c Une solution basique est obtenue quand la concentration des ions hydronium est infeacuterieure agrave la concentration drsquoions hydroxyde [H3O+] lt [OH-]

La plupart des concentrations drsquoions hydronium sont tregraves faibles (c-agrave-d 4 times 10-8 molL ou 0000 000 04 molL) drsquoougrave la proposition de potentiel drsquohydrogegravene lrsquoeacutechelle de pH par Soslashren P Soslashrensen

Le pH et la concentration reacuteels sont calculeacutes par

pH = -log [H3O+] (tous dans la base 10)

de mecircme

le pOH = -log [OH-] (tous dans la base 10)

ce qui donne ensemble

pH + pOH = 14

Enseignement direct ndash les indicateursExpliquer aux eacutelegraveves que les indicateurs sont des acides organiques faibles qui changent de couleur lorsque la concentration des ions hydronium ou hydroxyde est modifieacutee Les indicateurs changent de couleur agrave lrsquointeacuterieur drsquoune gamme ou drsquoun intervalle de pH preacutecis Le principe de Le Chatelier peut nous aider agrave expliquer ce changement de couleur

Couleur 1 Couleur 2

HIn(aq) H+(aq) + In-(aq)

(forme acide)

(forme basique)

La preacutesence drsquoun acide augmente la concentration drsquoions hydrogegravene provoquant ainsi le virage de la couleur 2 agrave la couleur 1 La preacutesence drsquoune base diminue la concentration en ions hydrogegravene et la couleur 1 fait place agrave la couleur 2

Les intervalles ou gammes de virage sont souvent drsquoenviron 2 uniteacutes de pH bien que plusieurs soient plus petits Lrsquoœil humain reacuteagit plus rapidement agrave certaines teintes plutocirct qursquoagrave drsquoautres et certaines substances sont naturellement drsquoune coloration plus intense que drsquoautres mecircme agrave une concentration eacutegale

Il est important de savoir qursquoune variation de pH de 2 uniteacutes est habituellement neacutecessaire pour produire un changement de couleur visible drsquoun indicateur de neutralisation En outre la gamme de pH neacutecessaire pour produire un point de fin visible dans la couleur type de lrsquoindicateur (la solution perd sa couleur ou devient coloreacutee) est reacutegie dans une certaine mesure par la concentration de lrsquoindicateur mais ce nrsquoest pas le cas pour un indicateur qui peut prendre deux couleurs diffeacuterentes

Projets de rechercheProposer aux eacutelegraveves de faire une recherche sur un des thegravemes suivants

bull papier contenant acide et papier sans acidebull les acides en cuisinebull la vie de Soumlren Soumlrensen (eacutechelle du pH) ou drsquoArnold Beckman (pH-megravetre)bull produits ayant un pH preacutecis comme les shampoings et les antiacidesbull plantes qui poussent en sol acide et celles qui preacutefegraverent les sols basiques (alcalins)

En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont utiliseacute le papier de tournesol le bleu de bromothymol et la pheacutenolphtaleacuteine pour tester le pH drsquoun certain nombre de solutions Dans les textes de reacutefeacuterence utiliseacutes on mentionne qursquoil existe beaucoup de substances qui peuvent servir drsquoindicateurs Un tableau est fourni agrave lrsquoannexe 5

DeacutemonstrationsIl existe litteacuteralement des centaines de deacutemonstrations ougrave lrsquoon observe des variations de couleur Lrsquoeacutecole peut se procurer une seacuterie de quatre livres de Bassam Z Shakhashiri Chemical Demonstrations qui constituent drsquoexcellentes ressources pour lrsquoenseignant qui veut faire des deacutemonstrations en classe Un volume de cette seacuterie est deacutedieacute en totaliteacute aux variations de couleur en chimie et preacutesente des faccedilons de proceacuteder pour faire des deacutemonstrations Voici de courtes descriptions de quelques deacutemonstrations

bull Le tube arc-en-ciel Remplir un tube en verre drsquoune solution drsquoindicateur universel Placer un bouchon agrave chaque extreacutemiteacute Ajouter deux gouttes de HCl agrave une extreacutemiteacute du tube et deux gouttes de NaOH agrave lrsquoautre Utiliser des solutions de HCl et de NaOH agrave des concentrations eacutegales Inverser le tube plusieurs fois et observer le spectre de couleurs dans le tube

bull Tube de glace segravecheIl srsquoagit de la mecircme deacutemonstration que la preacuteceacutedente sauf qursquoon place de la glace segraveche dans un cylindre gradueacute de 1000 mL contenant un indicateur universel leacutegegraverement basique Agrave mesure que le CO2 barbote dans la solution il forme de lrsquoacide carbonique et le pH srsquoacidifie graduellement

bull Deacutemonstration du lait de magneacutesie Ajouter 50 mL de lait de magneacutesie agrave un beacutecher et quelques gouttes drsquoun indicateur universel Utiliser un bacirctonnet magneacutetique pour meacutelanger la solution Ajouter 50 ml drsquoune solution agrave 05 molL drsquoacide chlorhydrique La couleur change agrave mesure que la solution srsquoacidifie et elle revient agrave sa couleur initiale agrave mesure que la solution saline tamponneacutee dans le lait de magneacutesie fait monter le pH agrave nouveau

bull La palette arc-en-cielAvant le laboratoire placer une seacuterie de sept combinaisons drsquoindicateurs dans sept verres vides Ajouter une solution acide claire agrave chaque verre pour faire apparaicirctre les couleurs suivantes rouge orange jaune vert bleu indigo et finalement violet

AnimationsInviter les eacutelegraveves agrave visionner une animation en ligne ou faire une activiteacute virtuelle qui repreacutesente la mesure du pHbull Mesure de pH eduMedia (accessible gratuitement agrave partir du site de la DREF)bull Eacutechelle de pH httpsphetcoloradoedufrsimulationph-scalebull Chem 178L Experiment Acids amp Bases pH meter laquopH Measurements of Acids amp Basesraquo

httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm (site en anglais)

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutediger une deacutefinition opeacuterationnelle de pH dans leur journal ou carnet scientifique Leur demander de comparer lrsquoaciditeacute drsquoune solution dont le pH = 1 agrave une solution drsquoun pH = 3 Agrave partir de cette comparaison ils devraient pouvoir expliquer la nature exponentielle de lrsquoeacutechelle du pH

En plus

Montrer aux eacutelegraveves comment choisir un indicateur drsquoapregraves une courbe de titrage

1Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre les problegravemes en utilisant le pH la [H3O+] ou la [OH- ] pour calculer la concentration de lrsquoacide ou de la base du couple

3Lrsquoeacutevaluation des activiteacutes de laboratoire peut se faire au moyen de rapports de laboratoire formels (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1138)

C12-5-07 distinguer les acidesbases forts des acidesbases faibles entre autres eacutelectrolytes et non-eacutelectrolytes RAG D3

C12-5-08 donner lrsquoexpression de lrsquoeacutetat drsquoeacutequilibre (Ka ou Kb) agrave partir drsquoune eacutequation chimique eacutequilibreacutee

RAG D3

C12-5-09 utiliser Ka ou Kb pour reacutesoudre des problegravemes sur le pH le pourcentage de dissociation et les concentrations

RAG D3

C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension des concepts en chimie

RAG D3

En tecircte

Faire une deacutemonstration pour mettre en eacutevidence la diffeacuterence entre les eacutelectrolytes et les non-eacutelectrolytes au moyen drsquoun conductimegravetre qui mesure la conductiviteacute eacutelectrique avec de lrsquoeau distilleacutee une solution drsquoeau saleacutee une solution drsquoeau sucreacutee et de lrsquoeau du robinet

Avec lrsquoeau distilleacutee lrsquoampoule ne srsquoallume pasApregraves avoir dissous une petite quantiteacute de cristaux de sel lrsquoampoule eacutemet un peu de lumiegravere Cette lumiegravere srsquointensifie plus on dissout de sel

Dans le regroupement 1 les eacutelegraveves ont eacutetudieacute la nomenclature des acides et des bases et les bases et acides forts (C12-1-03)

Rappeler aux eacutelegraveves que les constantes drsquoeacutequilibre ont eacuteteacute eacutetudieacutees dans le regroupement 4 en tant qursquoindicateurs de lrsquoeacutetat drsquoavancement drsquoune reacuteaction Le preacutesent reacutesultat drsquoapprentissage srsquoappuie sur ces connaissances pour expliquer la diffeacuterence entre des bases et acides faibles et des bases et acides forts

Tester la conductiviteacute eacutelectrique de solutions aqueuses agrave 01 molL drsquoacide chlorhydrique et drsquoacide aceacutetique agrave lrsquoaide drsquoun conductimegravetre Faire observer aux eacutelegraveves que le filament brille avec les deux solutions mais que lrsquoeacutechantillon drsquoacide chlorhydrique le fait briller davantage en raison de son taux de dissociation qui voisine les 100 (crsquoest un acide fort) et du fait que le nombre drsquoions libres formeacutes est plus grand

En quecircte

Activiteacute pratique ndash acides forts et faiblesInviter les eacutelegraveves agrave eacutetudier la diffeacuterence entre les acides forts et faibles en effectuant lrsquoactiviteacute de lrsquoannexe 6 ou la simulation interactive Solutions acido-basiques sur le site httpphetcoloradoedufrsimulationacid-base-solutions Enseignement directExpliquer aux eacutelegraveves que la force des acides et des bases peut varier grandement

Acides fortsEn geacuteneacuteral un acide fort (HA) se dissocie totalement et sa constante drsquoeacutequilibre (Keacuteq) est tregraves eacuteleveacutee Cela signifie qursquoagrave la fin de la reacuteaction il nrsquoy a que des produits lrsquoacide fort initial ayant presque ou complegravetement disparu

HA + H2O(l) rarr H3O+ + A-

(aq) (aq) Ici la flegraveche est simple

Geacuteneacuteralement les chimistes nrsquoeacutecrivent pas lrsquoexpression de lrsquoeacutequilibre des bases et des acides forts parce qursquoil nrsquoy a pas drsquoeacutequilibre essentiellement Si on voulait lrsquoeacutecrire lrsquoexpression drsquoeacutequilibre ressemblerait agrave ceci

Keacuteq = [H3O+][A-]

[HA][H2O]

Agrave lrsquoeacutequilibre la constante drsquoeacutequilibre Keacuteq est tregraves eacuteleveacutee Keacuteq gt 1

Dans lrsquoexemple drsquoun acide fort comme lrsquoacide chlorhydrique il nrsquoy a pratiquement aucune moleacutecule de HCl dans la solution aqueuse de lrsquoacide Keacuteq = tregraves eacuteleveacutee pour HCl

En chimie de 11e anneacutee les eacutelegraveves ont appris la diffeacuterence entre une solution dilueacutee (p ex 00010 molL) et une solution concentreacutee (p ex 112 molL) Maintenant ils apprendront agrave faire la distinction entre laquo fort raquo et laquo faible raquo Bien entendu on peut avoir une solution dilueacutee drsquoun acide fort (p ex 00010 molL drsquoacide sulfurique) ou une solution concentreacutee drsquoun acide faible (p ex 174 molL drsquoacide aceacutetique)

Parmi les autres exemples drsquoacides forts mentionnons HClO4 (acide perchlorique) HI (acide iodhydrique) HBr (acide bromhydrique) et H2SO4 (acide sulfurique)

Bases fortesUne base forte est une substance qui se dissocie complegravetement en ions

Comme exemples de bases fortes citons NaOH (hydroxyde de sodium) KOH (hydroxyde de potassium) LiOH (hydroxyde de lithium) Ca(OH)2 (hydroxyde de calcium) RbOH (hydroxyde de rubidium) et Ba(OH)2 (hydroxyde de baryum)

Acides faiblesLes acides faibles ne se dissocient que tregraves peu en ions

HAc(aq) + H2O H3O+ + Ac-

(aq) (aq)

La flegraveche dans les deux sens indique une reacuteaction reacuteversibleDans ce cas il y a tregraves peu de produit formeacute c-agrave-d que la reacuteaction inverse est favoriseacutee et Keacuteq est tregraves faible

Keacuteq lt 1

Prenons lrsquoexemple de HCN

HCN(aq) + H2O(l) H3O+ + CN- Keacuteq = 62 times 10-10

(aq) (aq)

Ces expressions drsquoeacutequilibre peuvent ecirctre simplifieacutees puisque la concentration de lrsquoeau est tregraves eacuteleveacutee comparativement agrave la concentration de lrsquoacide ce qui donne

HA(aq) + H2O H3O+ + A-

(aq) (aq)

[H3O+][A-] [HA]

ougrave Ka est appeleacutee la constante de dissociation acide

Dans les deux cas acides forts et bases fortes la reacuteaction est tellement porteacutee vers la droite qursquoil ne reste pratiquement aucun reacuteactif par conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutetat drsquoeacutequilibre

Pour les bases et les acides forts il nrsquoy a qursquoune flegraveche vers la droite ce qui indique qursquoil nrsquoy a pas de reacuteaction inverse

Une solution agrave 050 molL de HCl produira [H+] = [Cl-] = 050 molL

Une solution 050 molL de NaOH donnera [Na+] = [OH-] = 050 molL

La valeur de Ka ou de Kb dans le cas drsquoune base fournit une mesure de la force relative drsquoun acide ou drsquoune base

Bases faiblesLes bases faibles ne se dissocient que tregraves peu en ions

Lrsquoammoniac repreacutesente une base faible importante

NH3(aq) + H2O(l) NH+ + OH-

4(aq) (aq)

Lrsquoexpression drsquoeacutequilibre srsquoeacutecrit comme suit

Keacuteq = [NH+][OH-]

[NH3] [H2O]

Tout comme pour un acide faible cette expression drsquoeacutequilibre peut ecirctre simplifieacutee puisque le rapport entre la quantiteacute drsquoeau et la concentration de la base est tregraves eacuteleveacute drsquoougrave lrsquoexpression suivante

Kb = [NH+ ][OH-]

= 18 times 10-5 4

Autres exemples de bases faibles C6H5NH2 (aniline ou benzeacutenamine) CH3NH2 (meacutethylamine ou aminomeacutethane) et C5H5N (pyridine)

Lrsquoannexe 7 comprend un tableau des valeurs de Ka pour les acides Plus cette valeur est eacuteleveacutee plus lrsquoacide est fort et plus il a tendance agrave libeacuterer des ions H+ (H3O+) dans la solution En suivant le mecircme raisonnement les espegraveces de lrsquoautre cocircteacute de la flegraveche sont des bases lesquelles ont tendance agrave capter les ions H+ (H3O+) Si les acides les plus forts sont dans le coin supeacuterieur gauche alors les bases les plus fortes doivent se trouver dans le coin infeacuterieur droit Lrsquoion amide (NH-) est donc la base la plus forte suivie de pregraves par lrsquoion oxyde (O2-)

Reacutesumeacute

Acides Acide fort de dissociation supeacuterieur [H3O+] supeacuterieure Ka plus eacuteleveacutee ou alors Ka plus faible [H3O+] infeacuterieure de dissociation infeacuterieur acide faibleBases Base forte de dissociation supeacuterieur [OH-] supeacuterieure Kb plus eacuteleveacuteeou alors Kb plus faible [OH-] infeacuterieure de dissociation infeacuterieur base faible

DeacutemonstrationAjouter des quantiteacutes eacutegales de HCl et de CH3COOH agrave une mecircme concentration agrave du magneacutesium meacutetallique Le HCl reacuteagit fortement tandis que lrsquoacide aceacutetique ne reacuteagit pas du tout Inviter les eacutelegraveves agrave donner une explication Cela srsquoexplique par le nombre drsquoions hydronium produits par chaque acide (Cette deacutemonstration peut aussi servir agrave appuyer les concepts des vitesses de reacuteaction et des concentrations des reacuteactifs)

Reacutesolution de problegravemesInviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes sur les Ka et les Kb le pH le pOH le pourcentage de dissociation et la concentration (voir Chimie 12 p 396-409 Chimie 12 STSE p 509-527 et Chimie 11-12 p 737-749)

Il existe essentiellement deux types de questions relatives aux acides et aux bases faibles

1 Agrave partir de la concentration initiale de lrsquoacide ou de la base et du pourcentage de dissociation du pH du pOH de la [H3O+] ou de la [OH-] trouver Ka ou Kb

Exemple Agrave partir drsquoune solution 075 molL drsquoune base faible (NH3) avec une [OH-] = 10 x 10ndash4 molL trouve la Kb

NH3(aq) + H2O(l) rarr NH+ + OH-

4(aq) (aq)

Eacutecrire lrsquoexpression de lrsquoeacutequilibre Kb =

[NH+][OH-]

Inseacuterer les valeurs donneacutees

[10 times 10-4][10 times 10-4]

[NH+] = [OH-] = 10 times 10-4 mol fraslL puisque la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction est de 11

Kb= 13 times 10-8

Ne pas preacutesenter trop de questions diffeacuterentes avant que les eacutelegraveves aient compris et maicirctriseacute les questions fondamentales Agrave titre drsquoexemple poser des questions demandant le calcul de reacuteactions inverses seulement apregraves que les eacutelegraveves ont compris les calculs lieacutes aux reacuteactions directes Ajouter les concepts de pH et de pOH plus tard dans les questions

2 Agrave partir de la concentration initiale de lrsquoacide ou de la base et de la Ka ou de la Kb trouver la [H3O+] la [OH-] le de dissociation le pH ou le pOH

Exemple Agrave partir drsquoune solution 075 molL drsquoun acide faible (H2O2) trouve la [H3O+] et le pourcentage de dissociation

La valeur de Ka est tireacutee drsquoun tableau des Ka qui se trouve agrave lrsquoannexe 5

H2O2(aq) + H2O(l) H3O+ + HO-

(aq) 2(aq)

Lrsquoexpression drsquoeacutequilibre est

Ka = 〔 H3O+ 〕 [HO- ]

= 24 times 10-12 2

[H2O2]

Rappeler aux eacutelegraveves que dans lrsquouniteacute portant sur lrsquoeacutequilibre des reacuteactions chimiques ils ont utiliseacute le tableau IVEacute et les meacutethodes de calcul EacuteIRPEacuteC

Si x = quantiteacute qui se dissocie alors agrave lrsquoeacutequilibre

[H2O2] = 075 - x

[H3O] = 0 + x

] = 0 + x

Inseacuterer les valeurs dans lrsquoexpression drsquoeacutequilibre

24 times 10-12 = (0 + x)(0 + x) (075 molL - x)

Si lrsquoeacutequation est reacutesolue par une meacutethode matheacutematique il faut utiliser la formule quadratique Pour simplifier le calcul et eacuteviter drsquoutiliser la formule quadratique les chimistes utilisent lrsquohypothegravese ci-dessous

bull Si la valeur de x est de beaucoup infeacuterieure agrave la concentration initiale de lrsquoacide faible ou de la base faible elle peut ecirctre neacutegligeacutee lorsqursquoon la compare agrave 075 molL et agrave drsquoautres valeurs Donc 075 molL x devient 075 avec 2 chiffres significatifs

Eacuteviter drsquoutiliser la formule quadratique pour reacutesoudre des problegravemes de dissociation agrave moins que les eacutelegraveves connaissent bien ce type de formule

Cette solution nrsquoest possible que lorsque x est neacutegligeable comparativement agrave la concentration initiale

bull Si la valeur de Ka ou Kb est assez eacuteleveacutee ou si la concentration initiale est exprimeacutee avec plus de chiffres significatifs lrsquohypothegravese de deacutepart pourrait ne pas fonctionner et il faudrait dans ce cas utiliser la formule quadratique

Lrsquoexpression de lrsquoeacutequilibre deviendrait alors

24 times 10-12 = (0 + x)(0 + x)

(075molL)

Simplifieacutee en

24 times 10-12 = x

(075molL)

x = 13 times 10-5

Si deacutesireacute montrer aux eacutelegraveves comment ce reacutesultat est possible en veacuterifiant la reacuteponse finale avec deux chiffres significatifs

075 molL ndash 0000 013 molL = 075 molL avec 2 chiffres significatifs

x = [H3O+] = [HO- ] = 13 times 10-5 mol fraslL

de dissociation =

[H3O+] = [HO- ] times 100

concentration initiale

de dissociation =

13 times 10-5 times 100

de dissociation = 17 times 10-3 ou 00017

Une fois que les eacutelegraveves maicirctriseront ce genre de questions le pH et le pOH peuvent ecirctre utiliseacutes au lieu de la [H3O+] et de la [OH-]

3 Constantes Ka et Kb et le principe de Le Chatelier On peut poser drsquoautres questions portant sur les constantes Ka et Kb et le principe de Le Chatelier Des exemples sont fournis ci-dessous

Pour chacun des problegravemes on doit 1 compleacuteter la reacuteaction acido-basique agrave lrsquoaide des tableaux 2 indiquer les deux acides et bases en jeu 3 indiquer lrsquoacide le plus fort et lrsquoacide le plus faible 4 indiquer si la reacuteaction agrave lrsquoeacutequilibre favorise les reacuteactifs ou les produits

Exemple 1

H3PO4 + CH3COO-

H3PO4 + CH3COO- H2PO4 + CH3COOH acide 1 base 1 BC AC (BC = base conjugueacutee AC = acide conjugueacute)

Ka = 75 times 10-3 Ka = 18 times 10-5

acide plus fort acide plus faible

Favorise les produits ⟶

Exemple 2

SO2- + NH+

SO2- + NH+ HSO- + HN3

base 1 acide 1 AC BC

Ka = 57 times 10-10 Ka = 62 times 10-8

acide plus faible acide plus fort

⟵ Favorise les reacuteactifs

Exemple 3

HPO2- + S2-

HPO2- + S2- PO3- + HS-

acide 1 base 1 BC AC

Ka = 44 times 10-14 Ka = 12 times 10-15

Questions deacutefi

On ajoute 1 mL de solution 010 molL de HCl agrave chacune de 5 eacuteprouvettes contenant 10 mL de solutions agrave 10 molL des 5 ions suivants Dans chaque cas

- eacutecris la reacuteaction acido-basique selon la theacuteorie de Broslashnsted - indique les acides et les bases en jeu des deux cocircteacutes de la reacuteaction

Dans quel cas la concentration de lrsquoion hydronium est-elle diminueacutee le plus au cours de la reacuteaction avec HCl

a) CO2-

b) HCO -

c) HPO 2-

d) CH3COO-

b) HSO -

Solution

Base Acide AC BCa) CO 2-

3 + HCl HCO-

3 + Cl-

Katregraves eacuteleveacutee Ka = 47 times 10-11

b) HCO -

3 + HCl H2CO3 + Cl-

c) HPO2-

4 + HCl H2PO-

4 + Cl-

d) CH3COO- + HCl CH3COOH + Cl-

e) HSO -

3 + HCl H2SO3 + Cl-

Comme la valeur de Ka pour HCl est la mecircme dans chaque reacuteaction on compare les valeurs de Ka pour les acides conjugueacutes

Comme la valeur de Ka de CH3COOH est la plus eacuteleveacutee comparativement aux autres produits cette reacuteaction aura moins tendance agrave progresser vers la droite tandis que pour hydronium HCO- la Ka est la plus faible Dans ce cas lrsquoeffet sur la Ka de HCl sera moins important donc la reacuteaction sera davantage dirigeacutee vers la droite ce qui reacuteduira la concentration des ions hydronium

En fin

Proposer aux eacutelegraveves de compleacuteter un cadre de comparaison pour les acides faibles et forts et pour les bases faibles et fortes

1Inviter les eacutelegraveves agrave eacutecrire lrsquoexpression de lrsquoeacutequilibre (Ka ou Kb) agrave partir drsquoune eacutequation chimique eacutequilibreacutee

2Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes semblables agrave ceux qui sont preacutesenteacutes dans la section laquo En quecircte raquo

RAG C2

RAG D3

C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de

collecte de donneacutees entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur RAG C2 C5

En tecircte

Pour faire lrsquoexpeacuterience preacutevue dans ce reacutesultat drsquoapprentissage les eacutelegraveves devront comprendre parfaitement le processus et la theacuteorie de la neutralisation eacutenonceacutee dans la premiegravere uniteacute

Bloc D Deacutetermination de la concentration

En sciences de 10e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave expliquer comment les acides et les bases interagissent pour former un sel et de lrsquoeau durant le processus de neutralisation Dans le regroupement sur les reacuteactions en solution aqueuse les eacutelegraveves ont fait un laboratoire pour deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre une base forte et un acide fort

Poser les questions suivantes pour activer leurs connaissances anteacuterieures sur la neutralisation - Quels sont les produits

formeacutes lors drsquoune reacuteaction de neutralisation

- De quel type de reacuteaction chimique la neutralisation est-elle un exemple

- Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la reacuteaction de neutralisation entre lrsquoacide chlorhydrique (HCl) et lrsquohydroxyde de calcium (Ca(OH)2)

Veacuterifier la compreacutehension des notions anteacuterieures et faire une reacutecapitulation au besoin

En quecircte

Activiteacute de laboratoireInviter les eacutelegraveves agrave reacutealiser une expeacuterience de titrage acide-base en laboratoire (voir lrsquoannexe 8) Il existe plusieurs activiteacutes de labo-ratoire qui font appel au processus de titrage et que lrsquoenseignant peut utiliser agrave la place des autres activi-teacutes suggeacutereacutees ou en plus de ces autres activiteacutes selon le temps dont on dispose

bull Le pourcentage drsquoacide aceacutetique dans le vinaigre de cuisine (voir lrsquoannexe 9) bull Lrsquoanalyse de lrsquoAspirinereg (voir lrsquoannexe 10)

La qualiteacute des burettes fournies aux eacutelegraveves varie grandement drsquoune eacutecole agrave lrsquoautre Dans bien des cas les burettes sont munies drsquoun tube de caoutchouc drsquoune extreacutemiteacute en verre et drsquoune pince pour reacutegler le deacutebit Avec ce genre de burette il nrsquoest pas facile de controcircler le nombre de gouttes et la taille des gouttes donc lrsquoenseignant doit abaisser le niveau drsquoexactitude et de fiabiliteacute requis par rapport agrave lrsquousage drsquoune burette munie drsquoun robinet en teacuteflon et drsquoune pointe agrave temps drsquoeacutecoulement de 120 secondes Comme le document le suggegravere dans le regroupement 1 lrsquoenseignant peut avoir fourni aux eacutelegraveves des plaques agrave puits pour micrograduation qui ont servi agrave lrsquoexpeacuterience de neutralisation Le cas eacutecheacuteant les eacutelegraveves nrsquoont peut-ecirctre jamais vu de burette et lrsquoenseignant doit drsquoabord expliquer la faccedilon approprieacutee de lrsquoutiliser et le soin avec laquelle il faut manipuler cette deacutelicate piegravece drsquoeacutequipement

Pour le laboratoire preacutesenteacute agrave lrsquoannexe 8 on suppose que chaque eacutelegraveve de la classe a une burette pour lrsquoacide et une autre pour la base Si ce nrsquoest pas possible une burette commune pour la solution eacutetalon peut ecirctre utiliseacutee par deux eacutelegraveves mais chacun doit avoir sa propre solution inconnue dans une burette distincte

Si deacutesireacute demander aux eacutelegraveves de faire la partie B de lrsquoexpeacuterience de laboratoire qui porte sur le titrage drsquoun acide solide leur expliquer une meacutethode quantitative preacutecise pour dissoudre lrsquoeacutechantillon drsquoacide La meilleure faccedilon consiste agrave utiliser une fiole jaugeacutee comme lrsquoindique la fiche de laboratoire Mentionnons que lrsquousage drsquoune balance eacutelectronique qui effectue des lectures au milligramme pregraves (0001 g) aide agrave augmenter lrsquoexactitude des reacutesultats

Si lrsquoenseignant veut faire reacutealiser les deux parties de lrsquoexpeacuterience par les eacutelegraveves il serait fortement recommandeacute de reacuteviser la marche agrave suivre une fois que les eacutelegraveves auront fait une premiegravere lecture de la fiche du laboratoire Lancer ensuite une discussion sur les habileteacutes en laboratoire et les erreurs pouvant reacutesulter drsquoune technique deacuteficiente durant lrsquoexpeacuterience Agrave ce moment expliquer aux eacutelegraveves le niveau drsquoexactitude et de fiabiliteacute attendu de lrsquoexpeacuterience

Analyse de courbes de titragePour preacutesenter aux eacutelegraveves des types de courbes de titrage autres que les courbes drsquoacides forts avec une base forte consulter lrsquoannexe 11 qui comprend des exemples de courbes de titrage ainsi que lrsquoannexe 12 qui comprend des questions lieacutees agrave lrsquoanalyse de courbes de titrage

Enseignement direct Preacutesenter aux eacutelegraveves des exemples de solutions aqueuses de composeacutes ioniques qui sont neutres acides ou basiques

Le tableau adapteacute ci-dessous preacutesente un sommaire des espegraveces participant agrave lrsquohydrolyse Sous cette forme ce tableau est destineacute agrave lrsquoenseignant

Type de sel Exemples Ions hydrolyseacutes pH

A Cation drsquoune base forte Anion drsquoun acide fort

NaCl KI KNO3 RbBrBaCl2

Aucun asymp 7

B Cation drsquoune base forte Anion drsquoun acide faible

NaC2H3O2 KNO2 Anion gt 7

C Cation drsquoune base faible Anion drsquoun acide fort

NH4Cl NH4NO3 Cation lt 7

Cation drsquoune base faible Anion drsquoun acide faible

NH4NO2 NH4C2H3O2 NH4CN

Cation et anionlt 7 si Kb lt Ka asymp 7 si Kb asymp Ka gt 7 si Kb gt Ka

Pour simplifier davantage

A Un acide fort et une base forte produisent une solution neutre B Une base forte et un acide faible produisent un sel leacutegegraverement basique

C Un acide fort et une base faible produisent un sel leacutegegraverement acide

Bien des eacutelegraveves croient agrave tort que les solutions de sels sont toujours neutres ce nrsquoest pas toujours le cas Quand un acide se combine agrave une base il se forme un sel et de lrsquoeau Toutefois la solution aqueuse reacutesultante peut ecirctre neutre acide ou basique selon la force de lrsquoacide et de la base qui ont reacuteagi

Un sel peut reacuteagir avec lrsquoeau (une reacuteaction appeleacutee hydrolyse des sels) et les anions du sel dissocieacute peuvent accepter des ions hydrogegravene de lrsquoeau produisant ainsi une solution basique ou les cations du sel dissocieacute peuvent donner des ions hydrogegravene agrave lrsquoeau produisant ainsi une solution acide

Utiliser les exemples ci-dessous pour expliquer en deacutetail les meacutecanismes qui touchent les diverses espegraveces durant lrsquohydrolyse

bull Cations drsquoune base forte plus anions drsquoun acide fort pH cong 7 Aucun exemple nrsquoest neacutecessaire puisqursquoil nrsquoy a pas drsquohydrolyse

bull Cations drsquoune base forte plus anions drsquoun acide faible pH gt 7

Exemple 1

NaC2H3O2 Solution basique pH gt 7

Lrsquoaceacutetate de sodium solide se dissout dans lrsquoeau pour produire des cations sodium et des anions aceacutetate

NaC2H3O2(s) rarr Na+ + C2H3O-

(aq) 2(aq)

Na+ + H2O(l) rarr Il nrsquoy a aucune reacuteaction car Na+ est un ion spectateur

Comme la valeur de Ka de HC2H3O2 est tregraves faible (18 x 10-5) la reacuteaction directe ci-dessous est favoriseacutee telle qursquoindiqueacutee pour enlever les ions hydrogegravene de la solution laissant des ions hydroxyde en excegraves

C2H3O- + H2O(l) rarr HC2H3O2(aq)+ OH-

Exemple 2

K2CO3 Solution basique pH gt 7

Puisque K2CO3 est formeacute agrave partir drsquoune base forte (KOH) et drsquoun acide faible (H2CO3) une solution basique en reacutesultera Le carbonate de potassium se dissout dans lrsquoeau pour produire des cations potassium et des anions carbonate

K2CO3(s) rarr 2K+ + CO2-

(aq) 3(aq)

2K+ + H2O(l) rarr Il nrsquoy a aucune reacuteaction

De mecircme comme la valeur de Ka de lrsquoacide carbonique est tregraves faible (44 times 10-7) la reacuteaction a tendance agrave aller vers la droite (reacuteaction directe) telle qursquoindiqueacutee pour enlever les ions hydrogegravene de la solution laissant des ions hydroxyde en excegraves

CO2- + H2O(l) rarr H2CO3(aq)+ OH-

3(aq) (aq)

bull Cations drsquoune base faible plus anions drsquoun acide fort rarr pH lt 7

Exemple 3 NH4NO3 Solution acide pH lt 7

Suivant le mecircme argument que dans les deux premiers exemples on peut dire que le nitrate drsquoammonium se dissout dans lrsquoeau pour produire des cations ammonium et des anions nitrate NH4NO3 est formeacute agrave partir drsquoune base faible (NH3) et drsquoun acide fort (HNO3) donc une solution acide en reacutesultera

NH4NO3(aq) rarr NH+ + NO-

4(aq) 3(aq)

Comme lrsquohydroxyde drsquoammonium est une base faible la deuxiegraveme reacuteaction a tendance agrave aller vers la droite (reacuteaction directe) telle qursquoon lrsquoindique pour enlever les ions hydroxyde de la solution laissant des ions hydrogegravene en excegraves (ions hydronium)

H2O(l) rarr H3O+ + OH-

(aq) (aq)

NH+ + OH- rarr NH4OH(aq)

4(aq) (aq)

NH+ + H2O(l) rarr NH4OH(aq)+H3O+

4(aq) (aq)

Puisqursquoil y a formation de H3O+ la solution saleacutee est acide (Lrsquoion neacutegatif de tout acide fort ne reacuteagit pas avec lrsquoeau)

Activiteacute de laboratoireProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une expeacuterience drsquohydrolyse simple sur un certain nombre de sels comme compleacutement agrave la discussion en classe (voir Chimie 12 p 420)

En fin

1Proposer aux eacutelegraveves de compleacuteter un cycle de mots pour les termes suivants ou de les deacutefinir agrave lrsquoaide du proceacutedeacute tripartite (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 106 et 109) titrer titrant point de virage point drsquoeacutequivalence indicateur aliquote solution eacutetalon diluer

2Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer pourquoi lrsquoajout drsquoeau agrave lrsquoeacutechantillon titreacute nrsquoa aucun effet sur le point de virage

En plus

La technique de titrage est utiliseacutee couramment agrave des fins industrielles et en recherche Demander aux eacutelegraveves de faire une recherche sur des applications de cette technique par exemple

bull lrsquoanalyse du pH des pluies acidesbull lrsquoanalyse du pH du sol bull lrsquoefficaciteacute des comprimeacutes drsquoantiacide ou drsquoaspirinebull la deacutetermination de la teneur en oxygegravene des eaux de surface (titrant thiocyanate de

sodium indicateur solution drsquoamidon)bull le maintien du pH requis durant la croissance de bacteacuteriesbull lrsquoidentification drsquoadditifs alimentairesbull la deacutetermination de lrsquoeacutetendue des algues marinesbull la deacutetermination par les biologistes de lrsquoeacutetat des reacutecifs de corail en milieu marinbull lrsquoanalyse du contenu en acide phosphorique dans les boissons gazeuses

2Demander aux eacutelegraveves de compleacuteter le cadre de rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1138)

3Demander aux eacutelegraveves de discuter de leurs reacutesultats par rapport aux facteurs drsquoerreur associeacutes agrave lrsquoexpeacuterience

4Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer pourquoi le bicarbonate de sodium est une substance antiacide efficace et pourquoi lrsquohydroxyde de sodium ne lrsquoest pas

5Demander aux eacutelegraveves de deacuteterminer si une solution de sel est neutre acide ou basique en sachant si le sel est formeacute agrave partir drsquoun acide faible ou drsquoune base faible

6Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter lrsquoexercice de lrsquoannexe 14

LiSTE DES ANNExES

ANNEXE 1 Entrevue avec un partenaire ndash Les acides et les bases545ANNEXE 2 Expeacuterience ndash Indicateurs et pH547

ANNEXE 3 Mesure du pH 549

ANNEXE 4 Mesure du pH ndash Renseignements pour lrsquoenseignant551

ANNEXE 5 Exemples drsquoindicateurs de neutralisation552

ANNEXE 6 Les acides forts et faibles553

ANNEXE 7 Forces relatives des acides555

ANNEXE 8 Analyse quantitative ndash Titrage acide-base556

ANNEXE 9 Analyse du vinaigre domestique560

ANNEXE 10 Analyse de lrsquoacide aceacutetylsalicylique561

ANNEXE 11 Les courbes de pH563

ANNEXE 12 Problegravemes ndash Courbes de pH568

ANNEXE 13 Exercice ndash Les courbes de titrage571

ANNExE 1 Entrevue avec un partenaire ndash Les acides et les basesfEUILLE A

1 On inclut parfois des bouteilles de vinaigre dans des trousses de seacutecuriteacute sur les plages tropicales Pourquoi le vinaigre serait-il utile comme produit chimique sur ces plages Ma reacuteponse

2 Lorsqursquoune boisson gazeuse (p ex Coca-Cola) perd son peacutetillant le goucirct change Que srsquoest-il passeacute chimiquement Ma reacuteponse

3 Pourquoi faire dissoudre du bicarbonate de soude dans lrsquoeau est-il un bon remegravede pour un mal drsquoestomac Ma reacuteponse

4 Lorsque les fruits mucircrissent leur goucirct change de sucircr agrave sucreacute Que se passe-t-il chimiquement Ma reacuteponse

ANNExE 1 Entrevue avec un partenaire ndash Les acides et les basesfEUILLE B

1 On place parfois du bicarbonate de soude et du vinaigre dans les trousses de premiers soins pour traiter les piqucircres drsquoinsectes Pourquoi

Ma reacuteponse

2 Pourquoi un entraicircnement excessif peut-il causer des crampes musculaires mais lorsqursquoon se repose pour un moment les crampes cessent Que se passe-t-il sur le plan chimique

Ma reacuteponse

3 Pourquoi doit-on parfois remplacer lrsquoacide dans une batterie de voiture Que srsquoest-il passeacute chimiquement

Ma reacuteponse

4 Pourquoi dans certains endroits du monde la pluie cause-t-elle la deacutegradation de la pierre de certains bacirctiments

Ma reacuteponse

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Acids and Bases What is Happening Chemically C12-5-01raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 30 deacutecembre 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNExE 2 Expeacuterience ndash Indicateurs et ph

introduction Lrsquoaciditeacute (concentration de H+) ou lrsquoalcaliniteacute (concentration de OH- ) drsquoune solution aqueuse est un facteur important dans la description des proprieacuteteacutes drsquoune solution Il existe diffeacuterentes techniques pour mesurer la concentration drsquoions H+ ou OH- dans une solution

pH-megravetre Le pH-megravetre est un appareil eacutelectronique qui compare la tension (voltage) drsquoune solution agrave la tension drsquoune solution eacutetalon Lrsquoaciditeacute ou lrsquoalcaliniteacute est lue directement sur lrsquoappareil en format numeacuterique ou analogique Lrsquoappareil est preacutecis et rapide mais relativement coucircteux

Papier indicateur Le papier indicateur (ou papier reacuteactif) est geacuteneacuteralement un papier filtre qui a eacuteteacute trempeacute dans une solution de colorant appeleacute indicateur Cet indicateur change de couleur quand la concentration drsquoH+ atteint un niveau preacutecis Le papier indicateur est relativement peu coucircteux mais il peut difficilement nous aider agrave suivre les variations continues de pH de la solution puisqursquoil faudrait le tremper agrave plusieurs reprises dans la solution

Solution indicatrice La solution indicatrice change de couleur agrave un pH preacutecis On peut utiliser des meacutelanges drsquoindicateurs pour suivre en continu les variations de pH Cette expeacuterience de laboratoire comprend trois indicateurs individuels (bleu de bromothymol pheacutenolphtaleacuteine et meacutethylorange) ainsi qursquoun meacutelange standard drsquoindicateurs (universel) Lrsquoindicateur universel standard est constitueacute drsquoun meacutelange de colorants organiques qui change de couleur et permet drsquoeacutetablir avec assez de justesse le pH global drsquoune solution agrave tester

Mateacuteriel bull solution agrave 01 molL de NaOH bull solution agrave 01 molL de HCl bull eau distilleacutee bull indicateur universel bull bleu de bromothymol (indicateur) bull pheacutenolphtaleacuteine (indicateur) bull meacutethylorange (indicateur) bull plaque agrave puits bull compte-gouttes

Deacutemarche1 Place la plaque agrave puits sur une feuille de papier blanc avec agrave gauche les colonnes

eacutetiqueteacutees au moyen de lettres Verse 9 gouttes drsquoeau distilleacutee dans les puits 2 agrave 11 des rangeacutees A B C et D

2 Ajoute 10 gouttes de la solution 01 molL de HCl aux puits A1 B1 C1 et D13 Ajoute 10 gouttes de la solution 01 molL de NaOH aux puits A12 B12 C12 et D124 Transfegravere 1 goutte drsquoacide chlorhydrique du puits A1 au puits A2 Meacutelange en aspirant le

contenu du puits A2 dans le compte-gouttes et en le retournant dans le puits A25 Transfegravere une goutte du puits A2 au puits A3 et meacutelange agrave nouveau en aspirant le contenu

du puits A3 dans le compte-gouttes et en le retournant dans le puits A3 Continue ainsi la seacuterie de dilutions jusqursquoau puits 6 inclusivement

6 Reacutepegravete les eacutetapes 4 et 5 pour les rangeacutees B C et D7 Transfegravere 1 goutte de la solution drsquohydroxyde de sodium du puits A12 au puits A11

Meacutelange le contenu du puits 11 en lrsquoaspirant dans un compte-gouttes et en le rejetant dans le puits 11

8 Transfegravere une goutte du puits A11 au puits A10 et meacutelange le contenu du puits A10 agrave lrsquoaide du compte-gouttes et en retournant le liquide dans le puits A10 Continue ainsi la seacuterie de dilutions en revenant jusqursquoau puits 8 inclusivement

9 Reacutepegravete les eacutetapes 7 et 8 pour les rangeacutees B C et D

On a maintenant quatre rangeacutees de solutions dilueacutees contenant diffeacuterentes quantiteacutes drsquoacide et de base chaque puits renfermant un dixiegraveme (110) de lrsquoacide du puits agrave sa gauche et 110 de la base du puits agrave sa droite Les numeacuteros de puits indiquent le pH approximatif des solutions dans chaque puits Agrave titre drsquoexemple le puits 4 a un pH de 4 et le puits 9 un pH de 9

10 Ajoute 1 goutte drsquoindicateur universel agrave chaque puits de la rangeacutee A 11 Ajoute 1 goutte de meacutethylorange agrave chaque puits de la rangeacutee B 12 Ajoute 1 goutte de pheacutenolphtaleacuteine agrave chaque puits de la rangeacutee C 13 Ajoute 1 goutte de bleu de bromothymol agrave chaque puits de la rangeacutee D

Analyse 1 Que signifient les changements de couleur dans chaque rangeacutee 2 Quel indicateur serait approprieacute pour un usage geacuteneacuteral 3 Quel indicateur serait approprieacute pour le titrage drsquoune solution de HClNaOH 4 Quel indicateur ne serait pas approprieacute pour le titrage drsquoune solution de HClNaOH Pourquoi

ANNExE 3 Mesure du ph

introductionOn peut mesurer le pH drsquoune solution aqueuse de diffeacuterentes faccedilons notamment

bull agrave lrsquoaide drsquoun papier pH de fabrication commercialebull agrave lrsquoaide drsquoun pH-megravetre ou drsquoune sonde pH raccordeacutee agrave une calculatrice ou agrave lrsquointerface

drsquoun micro-ordinateurbull agrave lrsquoaide drsquoune solution indicatrice acido-basique

Un indicateur acido-basique est une substance dont la couleur en solution deacutepend de la concentration en ions hydronium Les indicateurs acido-basiques changent de couleur de leur forme acide agrave leur forme basique selon une gamme speacutecifique de pH

Objectif Deacuteterminer les couleurs de trois diffeacuterents indicateurs et drsquoun indicateur laquo universel raquo (un meacutelange drsquoindicateurs) pour une gamme de pH

Deacutemarche1 Place une plaque de microtitration de 96 puits sur une feuille de papier blanc les colonnes

numeacuteroteacutees en haut de la feuille et les rangeacutees lettreacutees agrave gauche (La feuille de papier rendra les changements de couleur plus visibles)

2 Dans les rangeacutees A C E et G ajoute 9 gouttes drsquoeau distilleacutee dans chacun des puits numeacuteroteacutes de 2 agrave 11

3 Verse 10 gouttes de solution aqueuse drsquoacide chlorhydrique (HCl(aq)) en concentration de 01 molL dans le puits no 1 des rangeacutees A C E et G

4 Verse 10 gouttes de solution aqueuse drsquohydroxyde de sodium (NaOH) en concentration de 01 molL dans le puits no 12 des rangeacutees A C E et G

5 Transfegravere une goutte de solution de HCl(aq) agrave 01 molL du puits A1 au puits A2 Meacutelange bien agrave lrsquoaide drsquoun cure-dent propre ou drsquoune tige de verre propre (Si tu utilises une tige de verre rince-la soigneusement agrave lrsquoeau distilleacutee et essuie-la avec un essuie-tout sec avant de lrsquoutiliser agrave nouveau) Continue en transfeacuterant une goutte du puits A2 au puits A3 et en meacutelangeant soigneusement Continue drsquoun puits agrave lrsquoautre jusqursquoau puits no 6 Il srsquoagira de la derniegravere dilution acide

6 Reacutepegravete la deacutemarche (dilution en seacuterie) pour chacune des rangeacutees C E et G7 Reacutepegravete la deacutemarche de dilution en utilisant la solution de NaOH agrave 01 molL dans les

mecircmes rangeacutees que pour la dilution acide en proceacutedant agrave reculons du puits no 12 au puits no 8 celui-ci repreacutesentant la derniegravere dilution basique

Tu as maintenant quatre rangeacutees contenant chacune des solutions acides et des solutions basiques Montre que pour les puits 1 agrave 6 le pH des solutions acides est drsquoenviron 1 2 3 4 5 et 6 respectivement et que pour les puits 8 agrave 12 le pH des solutions basiques est drsquoenviron 9 10 11 12 et 13 respectivement

8 Ajoute une goutte de solution indicatrice universelle dans chacun des puits de la rangeacutee A9 Ajoute une goutte de solution indicatrice au meacutethylorange dans chacun des puits de la

rangeacutee C10 Ajoute une goutte de solution indicatrice au bleu de bromothymol dans chacun des puits

de la rangeacutee E11 Ajoute une goutte de solution indicatrice agrave la pheacutenolphtaleacuteine dans chacun des puits de la

rangeacutee G12 Note tes observations pour chacune des rangeacutees13 Monte un tableau faisant la correacutelation entre la gamme de pH et le changement de

couleur14 Explique comment tu pourrais utiliser les reacutesultats de cette expeacuterience pour estimer le pH

drsquoune solution aqueuse

ANNExE 4 Mesure du ph ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Preacuteparation des solutions indicatrices

Ces solutions peuvent ecirctre faites drsquoavance et demeurent stables pendant au moins six mois

Bleu de bromothymol Dissoudre 004 g de sel sodique de bleu de bromothymol dans 100 mL drsquoeau distilleacutee

Meacutethylorange Dissoudre 001 g de meacutethylorange dans 100 mL drsquoeau distilleacutee

Pheacutenolphtaleacuteine Dissoudre 005 g de pheacutenolphtaleacuteine dans 50 mL drsquoeacutethanol agrave 95 et diluer la solution reacutesultante avec de lrsquoeau distilleacutee de maniegravere agrave obtenir un volume total de 100 mL

Indicateur universel de Yamada Dissoudre 00025 g de bleu de thymol 006 g de rouge de meacutethyle 0030 g de bleu de bromothymol et 005 g de pheacutenolphtaleacuteine dans 50 mL drsquoeacutethanol agrave 95 Ajouter de la solution aqueuse drsquohydroxyde de sodium en concentration de 001 molL jusqursquoagrave ce que le meacutelange devienne vert et diluer la solution reacutesultante avec de lrsquoeau distilleacutee de maniegravere agrave obtenir un volume total de 100 mL

ANNEXE 5 Exemples drsquoindicateurs de neutralisation

Indicateur Changement de couleur Intervalle de pH (pH le plus faible drsquoabord) approximatif (virage)

Acide picrique incolore agrave jaune 01 agrave 08Rouge de meacutethyle rouge agrave jaune 10 agrave 3024-dinitropheacutenol incolore agrave jaune 20 agrave 40Bleu de bromopheacutenol jaune agrave bleu 30 agrave 46Rouge Congo bleu agrave rouge 30 agrave 50Meacutethylorange rouge agrave jaune 31 agrave 44Eacutethylorange rouge agrave jaune 34 agrave 45Rouge drsquoalizarine S jaune agrave pourpre 37 agrave 50Rouge de meacutethyle rouge agrave jaune 42 agrave 63Meacutethylpourpre pourpre agrave vert 48 agrave 54Rouge de propyle rouge agrave jaune 46 agrave 66p-nitropheacutenol incolore agrave jaune 59 agrave 70Pourpre de meacutetacreacutesol jaune agrave pourpre 52 agrave 68Bleu de bromothymol jaune agrave bleu 60 agrave 76Jaune brillant jaune agrave orange 66 agrave 80Rouge neutre rouge agrave ambreacute 67 agrave 80Rouge de pheacutenol jaune agrave rouge 67 agrave 82m-nitropheacutenol incolore agrave jaune 67 agrave 86Pheacutenolphtaleacuteine incolore agrave rose 83 agrave 100Thymolphtaleacuteine incolore agrave bleu 94 agrave 106Bleu drsquoalizarine-5 ambreacute et vert agrave bleu vert 110 agrave 120246-trinitrotoluegravene incolore agrave orange 120 agrave 140

ANNExE 6 Les acides forts et faibles introductionReacutefleacutechis agrave la question suivante

- Selon ce que tu as appris en sciences en 10e anneacutee que veut-on dire lorsqursquoon parle drsquoacide fort Drsquoacide faible

Mateacuteriel bull 2 beacutechers de 250 mL bull acide aceacutetique concentreacute bull acide chlorhydrique concentreacute bull conductimegravetre bull pH-megravetre bull magneacutesium en poudre

Deacutemarche1 Deacutetermine le pH et la conductiviteacute de lrsquoeau du robinet2 Qursquoest-ce que cette information nous dit par rapport agrave la composition de lrsquoeau du robinet3 Ajoute 5 gouttes drsquoacide aceacutetique concentreacute agrave un beacutecher contenant 100 mL drsquoeau Ajoute 5 gouttes drsquoacide chlorhydrique concentreacute agrave un deuxiegraveme beacutecher contenant 100 mL drsquoeau4 Y a-t-il une diffeacuterence dans lrsquoapparence de ces deux solutions5 Compare la conductiviteacute des deux solutions Laquelle a une plus grande conductiviteacute Qursquoest-ce que cela suggegravere6 Compare le pH des deux solutions Laquelle est plus acide Qursquoest-ce que cela suggegravere7 Compare la reacuteactiviteacute des deux solutions en ajoutant une petite quantiteacute de magneacutesium

en poudre agrave chaque beacutecher Quelle solution reacuteagit plus rapidement Qursquoest-ce que cela suggegravere

Analyse1 Rends-toi agrave lrsquoadresse httpphetcoloradoedufrsimulationacid-base-solutions et observe la diffeacuterence entre un acide fort et un acide faible (seacutelectionne la vue moleacutecules) En quoi ces acides sont-ils semblables lorsqursquoils se dissocient dans lrsquoeau En quoi sont-ils diffeacuterents2 Drsquoapregraves ce que tu as observeacute agrave lrsquoeacutechelle particulaire eacutecris les reacuteactions repreacutesentant ces processus a) acide chlorhydrique concentreacute dans lrsquoeau b) acide aceacutetique concentreacute dans lrsquoeau3 Explique la signification de la flegraveche entre les reacuteactifs et les produits pour expliquer ce qui survient dans chacune des reacuteactions4 Explique pourquoi la reacuteaction entre le magneacutesium et lrsquoacide chlorhydrique est plus rapide et pourquoi la reacuteaction entre le magneacutesium et lrsquoacide aceacutetique est plus lente5 Pourquoi lrsquoacide chlorhydrique est-il un meilleur conducteur que lrsquoacide aceacutetique6 Explique pourquoi lrsquoacide aceacutetique a un pH plus eacuteleveacute (moins acide) que lrsquoacide chlorhydrique

Conclusion 1 Explique la diffeacuterence entre un acide fort et un acide faible a) agrave lrsquoaide de mots b) agrave lrsquoaide drsquoeacutequations chimiques c) agrave lrsquoaide de proprieacuteteacutes veacuterifiables 2 Reacutefleacutechis aux applications drsquoacides faibles et forts a) Pourquoi les acides dans la nourriture sont-ils habituellement faibles b) Pourquoi un acide fort (acide sulfurique) plutocirct qursquoun acide faible serait-il utiliseacute dans une batterie de voiture c) Pourquoi lrsquoacide dans notre estomac serait-il un acide fort3 Explique la diffeacuterence entre un acide fort et un acide faible ainsi qursquoentre un acide concentreacute

et un acide dilueacute

________________ Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Strong and Weak Acids C12-5-04 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 30 deacutecembre 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 7 Forces relatives des acidesAcide Reacuteaction Ka

Acide perchlorique HClO4 + H2O rarr H3O+ + HClO tregraves eacuteleveacuteeAcide iodhydrique HI + H2O rarr H3O+ + I- tregraves eacuteleveacutee

Acide bromhydrique HBr + H2O rarr H3O+ + Br- tregraves eacuteleveacuteeAcide chlorhydrique HCl + H2O rarrH3O++ Cl- tregraves eacuteleveacutee

Acide nitrique HNO3+ H2O rarr H3O+ + NO- tregraves eacuteleveacuteeAcide sulfurique H2SO4+ H2O rarr H3O++ HSO- tregraves eacuteleveacuteeAcide oxalique HOOCCOOH + H2O rarr H3O++ HOOCOO- 54 times 10-2

Acide sulfureux H2SO3+ H2O rarr H3O++ HSO- 17 times 10-2

Ion acide sulfurique HSO- + H2O rarr H3O++ SO2- 13 times 10-2

Acide phosphorique H3PO4+H2O rarrH3O++ H2PO- 71 times 10-3

Ion ferrique Fe(H2O)3++ H2O rarr H3O++ Fe(H2O)5(OH)2+ 60 times 10-3

Tellurure drsquohydrogegravene H2Te + H2O rarr H3O++ HTe- 23 times 10-3

Acide fluorhydrique HF + H2O rarr H3O++ F- 67 times 10-4

Acide nitreux HNO2+ H2O rarr H3O++ NO- 51 times10-4

Seacuteleacuteniure drsquohydrogegravene H2Se + H2O rarr H3O+ + HSe- 17 times 10-4

Ion chromique Cr(H2O)3+ + H2O rarr H3O+ + Cr(H2O)5(OH)2+ 15 times 10-4

Acide benzoiumlque C6H5COOH + H2O rarr H3O++ C6H5COO- 66 times 10-5

Ion oxalate drsquohydrogegravene HOOCCOO-+ H2O rarr H3O++ OOCCOO2- 54 times 10-5

Acide aceacutetique CH3COOH + H2O rarr H3O++ CH3COO- 18 times 10-5

Ion drsquoaluminium Al(H2O)3++H2O rarr H3O+ + Al(H2O)5 (OH)2+ 14 times 10-5

Acide carbonique H2CO3+ H2O rarr H3O++ HCO- 44 times 10-7

Hydrogegravene sulfureacute H2S + H2O rarr H3O+ + HS- 11 times 10-7

Ion dihydrogeacutenophosphate H2PO- + H2O rarr H3O++ HPO2- 63 times 10-8

Ion sulfite drsquohydrogegravene HSO- + H2O rarr H3O++ SO2- 62 times 10-8

Ion ammonium NH+ + H2O rarr H3O++ NH3 57times 10-10

Ion bicarbonate HCO- + H2O rarr H3O++ CO2- 47times 10-11

Ion tellurure drsquohydrogegravene HTe- + H2O rarr H3O++ Te2- 11times 10-11

Peroxyde drsquohydrogegravene H2O2 + H2O rarr H3O++ HO- 24times 10-12

Ion hydrogeacutenophosphate HPO2-+ H2O rarr H3O++ PO3- 44times 10-13

Ion hydrogegravene sulfureacute HS- + H2O rarr H3O++ S2- 12times 10-15

Eau H2O + H2O rarr H3O++ OH- 18times 10-16

Ion hydroxyde OH-+ H2O rarr H3O++ O2- lt 10-36

Ammoniac NH3+ H2O rarr H3O++ NH- tregraves faible

ANNEXE 8 Analyse quantitative ndash Titrage acide-base

Objectifsbull Normaliser une solution de base agrave partir drsquoune solution megravere acide par la meacutethode de

titragebull Agrave partir drsquoun solide de masse inconnue preacuteparer 100 mL drsquoune solution aqueuse de cet

acidebull Titrer la solution acide inconnue agrave lrsquoaide drsquoune base de concentration connue et deacuteterminer

le nombre de grammes drsquoacide solide agrave 0001 g pregraves Deacutemarche Partie A1 Tu vas recevoir deux burettes celle de gauche servira agrave lrsquoacide et celle de droite agrave la base Avant drsquoutiliser les burettes lave-les soigneusement agrave lrsquoeau savonneuse et rince- les sous le robinet pour enlever toute trace de savon Rince-les ensuite en y introduisant des portions de 15 mL drsquoeau distilleacutee et assure-toi qursquoil ne reste pas de bulles dans la pointe des burettes Enfin rince-les agrave nouveau avec plusieurs aliquotes (10-15 mL) des solutions respectives

2 Remplis une burette drsquoacide et lrsquoautre drsquoune base Veacuterifie la mesure sur chaque burette pour deacuteterminer le volume initial de chaque solution soit lrsquoacide et la base agrave 001 mL pregraves

3 Verse de 10 agrave 15 mL environ drsquoacide dans une fiole drsquoErlenmeyer propre de 250 mL puis environ 10 mL drsquoeau distilleacutee pour rincer les cocircteacutes de la fiole Lis le volume drsquoacide dans la burette et inscris-le comme mesure finale de lrsquoacide Ajoute environ trois gouttes drsquoindicateur pheacutenolphtaleacuteine agrave la fiole Utilise une nouvelle fiole propre pour chaque essai

4 Sans cesser de faire tournoyer le liquide dans la fiole ajoute la base LENTEMENT jusqursquoagrave ce qursquoapparaisse une couleur rose pacircle persistante laquelle indique le point de virage NOTA agrave mesure que le point de virage approche la couleur disparaicirct plus lentement jusqursquoagrave ce que le rose pacircle persiste Veacuterifie minutieusement le volume de la base et lrsquoinscrire comme volume final de la base

5 Reacutepegravete ces eacutetapes autant de fois que neacutecessaire (au moins quatre fois) pour obtenir un reacutesultat constant agrave trois chiffres significatifs pour la concentration de la base

6 Choisis les trois meilleurs reacutesultats et inscris-les dans un tableau de donneacutees Montre les calculs pour chaque essai Calcule la moyenne des trois essais et inscris cette moyenne

Partie B1 Recueille une fiole contenant un eacutechantillon drsquoacide sulfamique de formule H2NSO3H et de

masse molaire eacutegale agrave 9709 gmol

2 Transfegravere lrsquoacide agrave un ballon jaugeacute de 100 mL Verse de lrsquoeau jusqursquoagrave environ la moitieacute du ballon et fais tournoyer jusqursquoagrave ce que le solide se dissolve complegravetement puis remplis drsquoeau jusqursquoagrave la marque exacte de 100 mL sur le ballon Manipule lrsquoeacutechantillon drsquoacide avec grande prudence puisque tu ne recevras qursquoun seul eacutechantillon Lrsquoeacutechantillon de

100 mL est suffisant pour faire de cinq agrave huit titrages ce qui devrait suffire pour la mesure

3 Une fois la solution acide preacutepareacutee utilise la mecircme technique que pour la partie A de lrsquoexpeacuterience mais cette fois-ci utilise de lrsquoacide sulfamique au lieu de lrsquoacide chlorhydrique et une nouvelle solution megravere standard de la base La concentration de la base est indiqueacutee sur la solution megravere

4 Consigne trois des meilleurs reacutesultats comme dans la partie A La masse doit ecirctre calculeacutee au milliegraveme de gramme (0001 g) pregraves

Calculs et questions

1 Inscris dans un tableau de donneacutees les valeurs des volumes de lrsquoacide et de la base utiliseacutes dans la partie A2 Calcule la concentration de la base utiliseacutee et montre tous tes calculs3 Inscris dans un tableau les valeurs de lrsquoacide et de la base utiliseacutes dans la partie B 4 Calcule la concentration de lrsquoacide sulfamique utiliseacute dans lrsquoeacutechantillon et montre tous tes calculs5 Calcule la masse de lrsquoeacutechantillon drsquoacide sulfamique Preacutesente la moyenne des trois meilleurs essais Montre tous tes calculs6 Quand le point de virage est atteint dans le titrage acide-base qursquoest-ce-que cela indique au sujet de la concentration de [H3O+] et de [OHndash]7 Quel serait le pH probable de la solution juste au moment ougrave la pheacutenolphtaleacuteine vire au rose 8 Pourquoi est-il si important drsquoutiliser une solution indicatrice pour faire des titrages9 Que signifie lrsquoeacutenonceacute suivant laquo Les volumes relatifs requis dans un titrage varient de faccedilon inversement proportionnelle agrave la concentration des solutions raquo

Mesure finale de la burette Mesure initiale de la burette Volume total

Tableau des donneacutees de titrage - Partie A

Essai Mesure de la burette Acide Base

Tableau des donneacutees de titrage - Partie B

ANNEXE 9 Analyse du vinaigre domestiqueObjectifDeacuteterminer le pourcentage drsquoacide aceacutetique dans le vinaigre domestique

introduction Le vinaigre contient de lrsquoacide aceacutetique (HC2H3O2) comme ingreacutedient actif La plupart des eacutechantillons de vinaigre ont une concentration de 5

Deacutemarche1 Prends une pipette et verse 50 mL de ton eacutechantillon de vinaigre dans une fiole

drsquoErlenmeyer de 250 mL Ajoute 25 mL drsquoeau distilleacutee dans la fiole Ajoute 2 ou 3 gouttes de solution indicatrice agrave la pheacutenolphtaleacuteine

2 Rince ta burette et remplis-la avec la solution normaliseacutee drsquohydroxyde de sodium Note le niveau de la solution dans la burette

3 Verse lentement la solution basique que contient la burette dans la fiole contenant le vinaigre en faisant tournoyer la fiole tout au long du titrage Lorsque la couleur rose commence agrave disparaicirctre plus lentement commence agrave ajouter la solution basique une goutte agrave la fois

4 Arrecircte le titrage lorsque la premiegravere trace de rose pacircle persiste de 20 agrave 30 secondes apregraves avoir fait tournoyer la fiole Attends environ 30 secondes puis note le niveau dans la burette agrave la demi-graduation la plus pregraves (001 002 005 etc)

5 Reacutepegravete le titrage jusqursquoagrave ce que tu puisses reproduire le volume ajouteacute agrave plusmn01 mL6 Fais les calculs neacutecessaires pour remplir le tableau qui suit Suppose que la densiteacute du

vinaigre est de 100 gmL

DonneacuteesEssai no 1 Essai no 2 Essai no 3

Mesure de la burette finaleinitialevolume utiliseacute

Concentration de NaOH normaliseacute

CalculsQuantiteacute chimique (moles)de HC2H3O2 dans lrsquoeacutechantillon ________________________

Masse de HC2H3O2 dans lrsquoeacutechantillon ________________________

Pourcentage de HC2H3O2 (masse) ________________________

ANNExE 10 Analyse de lrsquoacide aceacutetylsalicylique

introductionLrsquoAspirinMC (marque de commerce de Bayer) est le nom commun delrsquoacide aceacutetylsalicylique parfois abreacutegeacute AAS Sa formule structurale est illustreacutee agrave droite

LrsquoAAS pur peut ecirctre syntheacutetiseacute en traitant de lrsquoacide aceacutetylsalicylique avec de lrsquoanhydride aceacutetique en preacutesence drsquoune trace drsquoacide sulfurique ou drsquoacide phosphorique

acide salicylique anhydride aceacutetique acide aceacutetylsalicylique acide aceacutetique

Le produit est retireacute du meacutelange reacuteactionnel par cristallisation LrsquoAAS brut doit ecirctre purifieacute par lavage afin que les sous-produits exceacutedentaires soient eacutelimineacutes puis recristalliseacute agrave lrsquoeacutetat pur

Les comprimeacutes drsquoaspirine sont fabriqueacutes en meacutelangeant de lrsquoAAS pur avec des charges (substances inertes) qui donnent du corps aux comprimeacutes et permettent de les modeler

Cette analyse a pour but de deacuteterminer le degreacute de pureteacute de diffeacuterents produits commerciaux Lrsquoanalyse est fondeacutee sur le titrage drsquoun comprimeacute drsquoAAS avec une solution standard drsquohydroxyde de sodium Au cours de la reacuteaction lrsquoion H+ est transfeacutereacute de lrsquoacide agrave la base ayant reacuteagi OHndash Lrsquoeacutequation qui suit illustre la reacuteaction

Le titrage se poursuit jusqursquoagrave ce que le point de virage soit atteint ce que montre lrsquoindicateur agrave la pheacutenolphtaleacuteine Le pourcentage drsquoAAS preacutesent peut ensuite ecirctre calculeacute

Deacutemarche1 Deacutetermine la masse drsquoun seul comprimeacute drsquoAAS au centiegraveme de gramme (001 g) pregraves en

le pesant directement2 Place le comprimeacute dans une fiole drsquoErlenmeyer de 250 mL et ajoute environ 15 mL drsquoeau

et 15 mL drsquoeacutethanol (alcool eacutethylique) Utilise une tige de verre pour eacutecraser le comprimeacute Agite afin de dissoudre le comprimeacute Il est possible que tu ne puisses dissoudre le comprimeacute complegravetement avant de passer au titrage de la solution avec une solution basique

3 Ajoute environ 3 gouttes de solution indicatrice agrave la pheacutenolphtaleacuteine Tu ne devrais voir aucun changement de couleur

4 Remplis soigneusement une burette de 50 mL avec une solution standard drsquohydroxyde de sodium en concentration de 01 molL Note la concentration exacte de la solution standard drsquohydroxyde de sodium

5 Note le niveau de la solution drsquohydroxyde de sodium dans la burette Place la fiole contenant lrsquoeacutechantillon drsquoAAS sous la burette

6 Ajoute de petites quantiteacutes de solution drsquohydroxyde de sodium tout en faisant tournoyer la fiole Continue drsquoajouter la solution drsquohydroxyde de sodium jusqursquoagrave ce que le point de virage de la pheacutenolphtaleacuteine soit atteint comme lrsquoindiquera la teinte leacutegegraverement roseacutee de la solution dans la fiole Cette couleur rose devrait demeurer sans pacirclir apregraves avoir fait tournoyer la fiole

7 Note le niveau de la solution dans la burette

CalculsCalcule le pourcentage drsquoAAS dans ton comprimeacute La masse molaire de lrsquoAAS est de 180 gmol chaque moleacutecule transfegravere un ion hydrogegravene agrave une base

ANNExE 11 Les courbes de ph

Lorsque les donneacutees relatives au pH drsquoune solution durant un titrage acide-base sont repreacutesenteacutees sur un graphique on obtient une laquo courbe de pH raquo Les formes geacuteneacuterales des courbes produites au cours drsquoune seacuterie de titrages peuvent ecirctre classeacutees en famille selon les solutions titreacutees et les solutions titrantes utiliseacutees Les pages qui suivent montrent des exemples typiques des formes geacuteneacuterales des courbes pour quatre classes de titrage

A Solution drsquoacide fort titreacutee avec une solution de base forte

Dans cet exemple on titre 250 mL de solution aqueuse drsquoacide chlorhydrique agrave 0100 molL (HCl un monoacide fort) avec une solution aqueuse drsquohydroxyde de sodium agrave 0100 molL (NaOH(aq) un hydroxyde ionique) Lrsquoeacutequation repreacutesentant la reacuteaction peut se lire ainsi

HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)

ou sous la forme drsquoune eacutequation ionique nette H3O+ + OH- rarr 2H2O(l)

(aq) (aq)

Agrave lrsquoeacutequivalence les moles de HCl preacutesentes agrave lrsquoorigine = les moles de NaOH ajouteacuteesLe volume de HCl initial times la concentration de la solution de HCl = le volume de NaOHajouteacute times la concentration de la solution de NaOH

Agrave lrsquoeacutequivalence [H3O+] = [OHndash] [Na+] = [Clndash] et puisque Na+ est un acide plus faible que lrsquoeau

et que Clndash est une base plus faible que lrsquoeau la solution est deacutecrite comme laquo neutre raquo Agrave 25 degC le pH est de 70 (compte tenu de la seacuterie drsquohypothegraveses habituelles) La courbe de pH qursquoon devrait obtenir est illustreacutee agrave la figure 1 ci-dessous

Figure 1 HCl(aq) 01 molL c NaOH(aq) 01 molL Figure 2 NaOH(aq) 01 molL c HCl(aq) 01 molL

B Solution de base forte titreacutee avec une solution drsquoacide fort

Ce titrage est semblable au titrage drsquoun acide fort avec une base forte sauf que lrsquoacide est la variable indeacutependante (crsquoest lrsquoacide qursquoon ajoute agrave partir de la burette ou lrsquoeacutequivalent) Lrsquoexemple choisi repreacutesente le titrage de 250 mL de solution aqueuse drsquohydroxyde de sodium agrave 0100 molL avec une solution drsquoacide chlorhydrique agrave 0100 molL La courbe de pH qursquoon devrait obtenir est illustreacutee agrave la figure 2 agrave la page preacuteceacutedente

Dans les exemples I et II on trouve le point de virage (le point drsquoeacutequivalence) dans la partie de la courbe ougrave la deacutecliviteacute est la plus grande au point drsquoinflexion ougrave la concaviteacute de la courbe change de direction

C Solution drsquoacide faible titreacutee avec une solution de base forte

Dans cet exemple on titre 250 mL de solution aqueuse drsquoacide aceacutetique agrave 0100 molL (HCH3CO2 un monoacide faible pour lequel Ka = 18 x 10ndash5 molL) avec une solution aqueuse drsquohydroxyde de sodium agrave 0100 molL (NaOH(aq) un hydroxyde ionique) Lrsquoeacutequation repreacutesentant la reacuteaction peut se lire ainsi

HCH3CO2(aq) + NaOH(aq)rarr NaCH3CO2(aq) + H2O(l)

ou sous la forme drsquoune eacutequation ionique nette HCH3CO2(aq) + OH- rarr CH3CO- + 2H2O(l)

(aq) 2(aq)

(Dans le cas des acides faibles lrsquoacide ayant la plus forte concentration en solution aqueuse est lrsquoacide non dissocieacute et non pas lrsquoion hydronium)

Agrave lrsquoeacutequivalence les moles de HCH3CO2 preacutesentes agrave lrsquoorigine = les moles de NaOH ajouteacutees

ndashAgrave lrsquoeacutequivalence [HCH3CO2] = [OHndash] [Na+] = [CH3CO2 ] et puisque Na+ est un acide plus

faible que lrsquoeau et que CH3COndash est une base plus forte que lrsquoeau la solution est deacutecrite 2

comme laquo basique raquo Agrave 25 degC le pH est supeacuterieur agrave 70 (compte tenu de la seacuterie drsquohypothegraveses habituelles)

La courbe de pH qursquoon devrait obtenir est illustreacutee agrave la figure 3 ci-dessous

Volume NaOH (mL)(aq)

NaOH en excegraves

reacutegion tamponpH

Figure 3 HOAc(aq) 01 molL c NaOH(aq) 01 molL Figure 3b

On trouve le point de virage (le point drsquoeacutequivalence) dans la partie de la courbe ougrave la deacutecliviteacute est la plus grande au point drsquoinflexion ougrave la concaviteacute de la courbe change de direction

Dans le titrage drsquoun acide faible avec une base forte (ou drsquoune base faible avec un acide fort voir lrsquoexemple D) la reacutegion correspondant agrave la partie comprise entre 10 et 90 du volume eacutequivalent ajouteacute est appeleacutee la laquo reacutegion tampon raquo (Figure 3b) Dans cette reacutegion lrsquoacide non dissocieacute et sa base conjugueacutee (lrsquoanion) sont tous deux preacutesents en concentrations appreacuteciables et le pH ne varie plus beaucoup mecircme si des ions hydroxydes sont ajouteacutes au meacutelange (On peut deacutecrire une solution tampon comme un meacutelange composeacute drsquoun acide faible et de sa base conjugueacutee ou drsquoune base faible et de son acide conjugueacute)

Au volume de mi-eacutequivalence (05 Veacutequivalence) [HCH3CO2] = [CH3O2] et Ka = [H3O+] ainsi pH = pKa

D Solution de base faible titreacutee avec une solution drsquoacide fort

Ce titrage est semblable au titrage drsquoun acide faible avec une base forte sauf que lrsquoacide est la variable indeacutependante (crsquoest lrsquoacide qursquoon ajoute agrave partir de la burette ou lrsquoeacutequivalent) Lrsquoexemple choisi repreacutesente le titrage de 250 mL de solution aqueuse drsquoammoniac agrave 0100 molL (Kb = 18 times 10ndash5 molL) avec une solution drsquoacide chlorhydrique agrave 0100 molL La courbe de pH qursquoon devrait obtenir est illustreacutee agrave la figure 4 ci-dessous

Volume HCI (mL)(aq)

pHpHeacutequivalence

eacutequivalence

pH = pK pKe b

eacutequiv05 VV

Figure 4 NH3(aq) 01 molL c HCl(aq) 01 molL

+Au volume de mi-eacutequivalence [NH4] = [NH3] et Ka = [H3O+] pour ce qui est de lrsquoacide

+conjugueacute NH4 Puisque dans le cas des paires acide-base conjugueacutees Ka = KeKb au point de mi-eacutequivalence pH = pKe pKb

Seacutelection drsquoun indicateur

Un bon indicateur devrait changer de couleur au point drsquoeacutequivalence du titrage Les indicateurs ne changent pas soudainement de couleur mais plutocirct graduellement agrave lrsquointeacuterieur drsquoune gamme de pH Le tableau suivant fournit une description drsquoindicateurs acido-basiques typiques

indicateur Changement de couleur Gamme de pH vert de bromocreacutesol jaune rarr bleu 36 agrave 52 rouge de meacutethyle rouge rarr jaune 42 agrave 63 bleu de bromothymol jaune rarr bleu 60 agrave 76 rouge de pheacutenol jaune rarr rouge 67agrave 82 pheacutenolphtaleacuteine incolore rarr rose 83 agrave 100

Pour un point de virage efficace une goutte (002 mL) de titrant devrait suffire pour faire varier la couleur de la solution indicatrice Choisir un indicateur dont la couleur change juste apregraves le point drsquoeacutequivalence sans quitter la portion la plus abrupte de la courbe de pH (Il faut eacutegalement ecirctre en mesure de voir le changement de couleur par exemple certaines personnes daltoniennes nrsquoarrivent pas agrave faire la distinction entre le rouge et le vert alors que drsquoautres ont de la difficulteacute agrave voir des changements ougrave une solution rose devient incolore)

Pour les titrages illustreacutes preacuteceacutedemment voici une liste des indicateurs pouvant ecirctre utiliseacutes HCl c NaOH bleu de bromothymol rouge de meacutethyle ou pheacutenolphtaleacuteine NaOH c HCl vert de bromocreacutesol rouge de meacutethyle ou bleu de bromothymolHOAc c NaOH pheacutenolphtaleacuteine NH3 c HCl rouge de meacutethyle ou vert de bromocreacutesol

Remarque il est preacutefeacuterable drsquoeffectuer les titrages HCl c NaOH et NaOH c HCl avec des indicateurs diffeacuterents afin de mieux eacutetablir le point de virage du neutre agrave la base et du neutre agrave lrsquoacide avec une goutte drsquoindicateur

ANNExE 12 Problegravemes ndash Courbes de ph

(aq)Volume de NaOH (mL)(aq)

Un eacutelegraveve verse agrave la pipette 250 mL de solution aqueuse drsquoun acide inconnu dans une fiole drsquoErlenmeyer Il ajoute 25 mL drsquoeau puis titre le meacutelange qui en reacutesulte avec une solution standard aqueuse drsquohydroxyde de sodium en concentration de 00985 molL Il mesure le pH du meacutelange apregraves chaque ajout Le graphique ci-dessus montre la courbe de pH obtenue

Agrave lrsquoaide de ce graphique reacuteponds aux questions suivantes

1 Quelle eacutetait la concentration de la solution acide inconnue2 Quel indicateur conviendrait bien agrave cette solution3 En supposant que lrsquoacide inconnu est un monoacide faible calcule la valeur de Ka

Volume de NaOH (mL)

Un eacutelegraveve pegravese 0225 g drsquoun acide solide inconnu et le verse dans une fiole drsquoErlenmeyer Il ajoute environ 50 mL drsquoeau puis titre le meacutelange qui en reacutesulte avec une solution standard aqueuse drsquohydroxyde de sodium en concentration de 01245 molL Il mesure le pH du meacutelange apregraves chaque ajout Le graphique ci-dessus montre la courbe de pH obtenue

1 Quel indicateur conviendrait bien agrave cette solution2 En supposant que lrsquoacide inconnu est un monoacide faible calcule la valeur de Ka3 Calcule la masse moleacuteculaire de lrsquoacide inconnu4 Les reacutesultats auraient-ils eacuteteacute diffeacuterents si lrsquoeacutelegraveve avait ajouteacute 100 mL drsquoeau Explique ta reacuteponse

Volume de HCI (mL)(aq)

Un eacutelegraveve pegravese 00165 g drsquoune base solide inconnue et la verse dans une fiole drsquoErlenmeyer Il ajoute environ 100 mL drsquoeau puis titre le meacutelange qui en reacutesulte avec une solution standard drsquoacide chlorhydrique en concentration de 0026 35 molL Il mesure le pH du meacutelange apregraves chaque ajout Le graphique ci-dessus montre la courbe de pH obtenue

1 Quel indicateur conviendrait bien agrave cette solution2 En supposant que la base inconnue est une monobase faible calcule la valeur de Kb de son acide conjugueacute 3 Calcule la masse moleacuteculaire de la base inconnue

ANNEXE 13 Exercice ndash Les courbes de titrage

Le titrage est un processus de neutralisation ougrave un titrant (une solution de concentration connue) est verseacute dans un analyte (solution inconnue) jusqursquoagrave ce que cette derniegravere soit complegravetement neutraliseacutee Ceci permet de trouver la concentration de la solution inconnue Un indicateur (souvent un acide faible) est placeacute dans la solution inconnue afin de deacuteterminer le point de virage (la valeur de pH agrave laquelle lrsquoindicateur change de couleur) Le point drsquoeacutequivalence est le point dans un titrage ougrave le nombre de moles du titrant est eacutegal au nombre de moles de la solution inconnue Le pH est la valeur utiliseacutee pour suivre un titrage On construit souvent un graphique du pH en fonction du volume de titrant ajouteacute La courbe produite se nomme courbe de titrage

Types de reacuteactions de titrage 1 Titrage drsquoacides forts et de bases fortes le pH au point drsquoeacutequivalence est eacutegal agrave 72 Titrage drsquoun acide faible par une base forte le pH au point drsquoeacutequivalence est supeacuterieur agrave 73 Titrage drsquoun acide fort par une base faible le pH au point drsquoeacutequivalence est infeacuterieur agrave 7

Les indicateursLes indicateurs sont des substances (souvent des acides faibles) qui changent de couleur selon le pH Diffeacuterents indicateurs vont changer de couleur agrave diffeacuterentes valeurs de pH donc le choix de lrsquoindicateur pour un titrage deacutepend de la force de lrsquoacide et de la base On doit choisir un indicateur dont le point de virage est pregraves du point drsquoeacutequivalence

Les indicateurs et le principe de Le ChatelierLe principe de Le Chatelier peut nous aider agrave expliquer le changement de couleur drsquoun indicateur couleur 1 couleur 2

HIn(aq) H+ + In-

(forme acide) (forme basique)

La preacutesence drsquoun acide (qui fournit des ions H+) augmente la concentration drsquoions hydrogegravene provoquant ainsi le virage de la couleur 2 agrave la couleur 1 La preacutesence drsquoune base (qui fournit des ions OH-) diminue la concentration en ions hydrogegravene et la couleur 1 fait place agrave la couleur 2

Voici des intervalles de pH de certains indicateurs

indicateur intervalle de pH

Couleur dans un acide

Couleur dans une base

Violet de meacutethyle 00-16 Jaune BleuJaune de meacutethyle 29-40 Rouge Jaune

Bleu de bromopheacutenol 30-46 Jaune BleuMeacutethylorange 31-44 Rouge Jaune

Rouge de meacutethyle 42-63 Rouge JaunePapier tournesol 55-80 Rouge Bleu

Bleu de bromothymol 60-76 Jaune BleuRouge de pheacutenol 67-82 Jaune RougePheacutenolphtaleacuteine 83-100 Incolore RoseThymolphtaleacuteine 94-106 Incolore BleuJaune drsquoalizarine 100-120 Jaune Rouge

ObjectifAnalyser les ressemblances et les diffeacuterences entre plusieurs courbes de titrage

Partie AOn ajoute 500 mL drsquoacide nitrique (de concentration inconnue) et un indicateur dans une fiole drsquoErlenmeyer de 150 mL On mesure le pH de la solution agrave lrsquoaide drsquoun pH-megravetre On ajoute ensuite graduellement une solution de NaOH (base forte) de 01 molL en agitant continuellement le contenu de la fiole On mesure le pH chaque fois que 20 mL de NaOH sont ajouteacutes

Donneacutees

Volume de NaOH ajouteacute (mL) pH00 100100 118200 137400 195450 228480 269190 300500 700510 1100550 1168600 1196800 12361000 1252

Analyse1 Les substances du titrage sont le NaOH et le HNO3 Les deux sont des eacutelectrolytes forts

Preacutedis la forme de la courbe de titrage qui serait obtenue agrave partir des donneacutees du tableau Preacutedis aussi le pH au point drsquoeacutequivalence

2 Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique3 Trace un graphique du pH en fonction du volume de NaOH ajouteacute4 Explique pourquoi agrave lrsquoeacutechelle particulaire le pH augmente agrave mesure qursquoon ajoute du

NaOH au NHO35 Utilise le graphique pour deacuteterminer le point drsquoeacutequivalence Indique clairement ce point

sur ton graphique6 Dessine une repreacutesentation particulaire de la fiole drsquoErlenmeyer au point drsquoeacutequivalence7 Quel est le volume de NaOH au point drsquoeacutequivalence8 Quelle est la valeur du pH au point drsquoeacutequivalence9 Qursquoest-ce que la valeur du pH au point drsquoeacutequivalence indique au sujet de la force de lrsquoacide10 Calcule la concentration de la solution drsquoacide nitrique11 Agrave lrsquoaide du tableau drsquoindicateurs agrave la page preacuteceacutedente nomme un indicateur qui aurait eacuteteacute

convenable pour ce titrage

Partie BOn ajoute 5000 mL drsquoacide aceacutetique (de concentration inconnue) et un indicateur dans une fiole drsquoErlenmeyer de 150 mL On mesure le pH de la solution agrave lrsquoaide drsquoun pH-megravetre On ajoute ensuite graduellement une solution de NaOH (base forte) de 01 molL en agitant continuellement le contenu de la fiole On mesure le pH chaque fois que 20 mL de NaOH sont ajouteacutes

DonneacuteesVolume de NaOH ajouteacute (mL) pH

00 287100 414250 474400 535500 872600 1196750 1230

Analyse1 Les substances du titrage sont le NaOH (un eacutelectrolyte fort) et le CH3COOH (un eacutelectrolyte

faible) Preacutedis la forme de la courbe de titrage qui serait obtenue agrave partir des donneacutees du tableau Preacutedis aussi le pH au point drsquoeacutequivalence

NaOH au CH3COOH5 Utilise le graphique pour deacuteterminer le point drsquoeacutequivalence Indique clairement ce point

sur ton graphique6 Dessine une repreacutesentation particulaire de la fiole drsquoErlenmeyer au point drsquoeacutequivalence7 Quel est le volume de NaOH au point drsquoeacutequivalence8 Quelle est la valeur du pH au point drsquoeacutequivalence9 Qursquoest-ce que la valeur du pH au point drsquoeacutequivalence indique au sujet de la force de lrsquoacide10 Calcule la concentration de la solution drsquoacide aceacutetique11 Agrave lrsquoaide du tableau drsquoindicateurs agrave la page preacuteceacutedente nomme un indicateur qui aurait eacuteteacute

convenable pour ce titrage12 Compare les deux graphiques Note les similariteacutes et les diffeacuterences en portant une attention

particuliegravere agrave lrsquoendroit ougrave commence la courbe et ougrave se situe le point drsquoeacutequivalence

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Acid-Base Titration Assignment ndash C12-5-10 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 30 deacutecembre 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

LrsquoEacuteLECTROCHIMIE

LrsquoEacuteLECTROCHIMIE Chimie12e anneacutee

Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves poursuivront leur eacutetude des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction en eacutetudiant les piles voltaiumlques et eacutelectrolytiques Ils utiliseront les potentiels standard drsquoeacutelectrodes donneacutees pour preacutedire la spontaneacuteiteacute de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction

Les eacutelegraveves devraient pouvoir deacuteterminer les nombres drsquooxydation de tous les eacuteleacutements drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et indiquer lrsquoeacuteleacutement oxydeacute et lrsquoeacuteleacutement reacuteduit ainsi que les agents oxydant et reacuteducteur Si les eacutelegraveves nrsquoont pas encore preacutesenteacute les reacutesultats de leur recherche sur les applications des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction entameacutee au regroupement 1 on doit leur laisser le temps de le faire

LrsquoEacuteLECTROCHIMIEChimie12e anneacutee

Bloc A La seacuterie drsquoactiviteacute C12-6-01 C12-6-02 C12-0-S1 C12-0-S5

Bloc B Lrsquoeacutevolution historique des piles voltaiumlques

C12-6-03 C12-0-R1 C12-0-R2 C12-0-R3 C12-0-N1 C12-0-N2 C12-0-N3

Bloc C La pile voltaiumlque C12-6-04 C12-6-05 C12-0-C1 C12-0-S4 C12-0-S5 C12-0-A1

Bloc D Le potentiel standard C12-6-06 C12-6-07 C12-6-08 C12-0-C1

Bloc E Les piles eacutelectrolytiques C12-6-09 C12-6-10 C12-6-11 C12-0-C1 C12-0-C2 C12-0-T3

Bloc F Reacutesolution de problegravemes C12-6-12 C12-0-C1 C12-0-C2 C12-0-N2 C12-0-T1 C12-0-T3

LIvRES

divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015 (DREF PD 37235 5446 CRA 98839)

SITES WEB

Agence Science-Presse httpwwwsciencepresseqcca(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [excellent reacutepertoire des actualiteacutes scientifiques issues de nombreuses sources internationales dossiers tregraves informatifs]

[R] Alessandro Volta httpfrwikipediaorgwikiAlessandro_Volta (consulteacute le

31 deacutecembre 2014)

[R] Animations application de physique chimie httpwwwphysagregfranimationsphp (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Awesome Engine Animation httpswwwyoutubecomwatchv=OXd1PlGur8Mampfeature=related

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site qui montre une animation de la combustion dans un engin de voiture (site en anglais)]

[R] Crsquoest pas sorcier ndash piles et batteries httpswwwyoutubecomwatchv=mItO3l82Ic0 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [eacutemission sur les piles qui comprend une bonne explication du fonctionnement de la pile eacutelectrolytique Il y a aussi des bonnes explications des diffeacuterents types de piles Le DVD est aussi disponible agrave la DREF]

[R] Chimie en solution aqueuse ndash lrsquooxydoreacuteduction ndash piles eacutelectrochimiques httpwwwueleducationfrconsultationpresentationpresentmaquetteexemples_uelmodule_exapprendrechimieex2titre9htm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation drsquoune pile Daniell avec explications]

[R] La chimienet httpwwwlachimienet(consulteacute le 12 juillet 2014) [site avec beaucoup drsquoinformation et drsquoexercices]

[R] Department of Chemistry Iowa State University ndash Electrochemical cell experiment httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderflashfiles

electroChemvolticCellhtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [cette simulation aide les eacutelegraveves agrave creacuteer leur propre pile eacutelectrochimique les eacutelegraveves doivent choisir les eacutelectrodes et les solutions ioniques neacutecessaires pour creacuteer une pile eacutelectrochimique fonctionnelle (site en anglais)]

[R] Department of Chemistry Iowa State University ndash Metals in Aqueous Solutions httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderflashfiles

redoxhomehtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [simulation de reacuteactions de diffeacuterents meacutetaux dans diverses solutions aqueuses (site en anglais)]

[R] The electrochemical cellhttpphysicskenyoneduEarlyApparatusElectricityElectrochemical_CellElectroche-mical_Cellhtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

[R] Encyclopeacutedie de LrsquoAgora httpagoraqccamotnsfDossiersAlessandro_Volta (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [biographie drsquoAlessandro Volta]

[R] Expeacuteriences drsquoeacutelectrochimie ndash la batterie au citron httpwwwfunscicomfun3_frelechimelechimhtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Experiments in electrochemistry httpwwwfunscicomfun3_enelectroelectrohtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

[R] Galvani Luigi httpwwwmemofrDossieraspID=1223 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Lrsquohistoire de la pile eacutelectrique httpwwwtetraconceptcomgrizzlypilehtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Histoire de lrsquoeacutelectriciteacute Galvani Volta et la deacutecouverte de la pile eacutelectrique httpseausfreefrspipphparticle844 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Luigi Galvani httpwwwcorrosion-doctorsorgBiographiesGalvaniBiohtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

[R] La pile Daniell httpphysiquecollegefreefrphysique_chimie_college_lyceelyceeterminale_TSdaniellhtm

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [excellente animation qui permet drsquoobserver le fonctionnement de la pile Daniell agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire]

[R] Pile de Volta httpwwwfondation-lamaporgsitesdefaultfilesuploadmediamini-sitesprojet_europeFLASHVOLTEXPSWF (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site permet-tant de simuler le montage drsquoune pile de Volta]

[R] Pile voltaiumlque httpfrwikipediaorgwikiPile_voltaC3AFque (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Raymond Chang Chemistry Animation Center ndash Oxidation Reduction Reactions httpwwwcrescentedusgcrezlabwebpagespptReaction3htm

(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction de deacuteplacement simple entre le zinc et le sulfate de cuivre ainsi que le cuivre et le nitrate drsquoargent (site en anglais)]

[R] Reacuteaction entre lrsquoacide nitrique concentreacute et le meacutetal cuivre

httpvideocoursgratuitsnet200p-chimie-acide-nitrique-et-metal-cuivrephp (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] La saga de la chimie moderne ndash Alessandro Voltahttpwwwensc-rennesfrdigitalAssets6060912_voltapdf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)

[R] Scheme of Electrochemical Cell httpchimgeunilchEnredox1red13htm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]

[R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 14 juillet 2014) [excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]

C12-6-01 eacutelaborer de faccedilon expeacuterimentale une seacuterie drsquoactiviteacute RAG C2

C12-6-02 preacutedire la spontaneacuteiteacute de reacuteactions agrave partir drsquoune seacuterie drsquoactiviteacute RAG D3

C12-6-03 retracer dans les grandes lignes lrsquoeacutevolution historique des piles voltaiumlques entre autres les contributions drsquoAlessandro Volta de Luigi Galvani RAG A2 A4 B1

C12-6-04 expliquer le fonctionnement drsquoune pile voltaiumlque (galvanique) agrave lrsquoeacutechelle macroscopique moleacuteculaire et symbolique

entre autres eacutecrire la demi-reacuteaction la reacuteaction globale et la notation abreacutegeacutee RAG D3 E4

C12-6-05 construire une pile voltaiumlque (galvanique) fonctionnelle et mesurer sa tension RAG C2

C12-6-06 deacutefinir le potentiel standard drsquoune eacutelectrode entre autres avec lrsquoeacutelectrode drsquohydrogegravene comme eacutelectrode de reacutefeacuterence RAG D3

C12-6-07 calculer les potentiels standard de piles agrave partir des potentiels standard drsquoeacutelectrodes donneacutes

RAG D3

C12-6-08 preacutedire la spontaneacuteiteacute de reacuteactions agrave partir de potentiels standard drsquoeacutelectrode RAG D3

C12-6-09 comparer les piles voltaiumlques et les piles eacutelectrolytiques RAG D3

C12-6-10 expliquer le fonctionnement drsquoune pile eacutelectrolytique agrave lrsquoeacutechelle macroscopique moleacuteculaire et symbolique

entre autres lrsquoeacutelectrolyse drsquoun composeacute ionique fondu lrsquoeacutelectrolyse drsquoun composeacute ionique aqueux

RAG D3 E4

C12-6-11 deacutecrire des utilisations pratiques des piles eacutelectrolytiques par exemple lrsquoeacutelectrolyse de lrsquoeau lrsquoeacutelectrolyse de saumure la galvanoplastie la

production et la purification des meacutetaux RAG B1 B2

C12-6-12 reacutesoudre des problegravemes impliquant des piles eacutelectrolytiques agrave lrsquoaide de la loi de Faraday

RAG D3

RAG B3 B5 C1 C2

RAG C2

RAG C2 C5

RAG C5 C6

Travail en groupe

RAG C2 C4 C7

RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG A1 A2

RAG A1 A3 A5 B2

RAG A5 B1 B2

RAG A5 B2

Attitudes

RAG C2 C5

RAG C2 C3 C4 C5

RAG B4

RAG B5 C4

RAG B3 B5 C1 C2

Bloc A La seacuterie drsquoactiviteacute

Dans le premier regroupement Les reacuteactions en solution aqueuse les eacutelegraveves ont eacutetudieacute les reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction Ils devraient maintenant pouvoir deacuteterminer les nombres drsquooxydation de tous les eacuteleacutements de toute reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et indiquer lrsquoeacuteleacutement oxydeacute et lrsquoeacuteleacutement reacuteduit ainsi que les agents oxydant et reacuteducteur De plus ils devraient pouvoir trouver lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et bien comprendre le concept de la conservation des eacutelectrons Srsquoils ne sont pas en mesure de le faire correctement ils auront de la difficulteacute agrave comprendre la section ci-dessous concernant lrsquoeacutelectrochimie

Mentionnons eacutegalement que le reacutesultat drsquoapprentissage suivant a eacuteteacute abordeacute dans le regroupement drsquointroduction Les reacuteactions en solution aqueuse (C12-1-12) On peut proposer aux eacutelegraveves de faire une recherche sur les applications des reacuteactions redox et leur laisser le temps de preacutesenter leurs conclusions dans le cadre du preacutesent regroupement

En tecircte

Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur les concepts drsquooxydoreacuteduction du regroupement 1 en leur proposant de reacutesoudre des problegravemes visant agrave reconnaicirctre les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et celles qui nrsquoen sont pas ou en reacutealisant lrsquoactiviteacute de lrsquoannexe 1

En quecircte

Expeacuterience de laboratoireProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une expeacuterience qui permet de trouver de faccedilon qualitative comment la seacuterie drsquoactiviteacute peut ecirctre eacutelaboreacutee (voir Chimie 12 p 470-471 Chimie 11-12 p 602 ou Chimie 12 STSE p 619) Une expeacuterience de laboratoire similaire est preacutesenteacutee agrave lrsquoannexe 2

Enseignement direct ndash preacutedire la spontaneacuteiteacute de reacuteactions agrave partir drsquoune seacuterie drsquoactiviteacuteUne fois que les eacutelegraveves auront eacutetabli un tableau drsquoactiviteacute leur indiquer qursquoils peuvent srsquoen servir pour preacutedire la spontaneacuteiteacute des reacuteactions

Lrsquoannexe 3 comprend un tableau des potentiels standard de reacuteduction ougrave lrsquoon preacutesente des notes concernant lrsquoespegravece la plus facilement reacuteduite lrsquoespegravece qui a le moins drsquoaffiniteacute pour les eacutelectrons etc Ce type de tableau est habituellement preacutesent dans les manuels de chimie Lrsquoannexe 4 fournit des renseignements sur les tableaux des potentiels standard de reacuteduction

Montrer aux eacutelegraveves que les diverses espegraveces sont organiseacutees dans le tableau en fonction de

bull leur affiniteacute pour les eacutelectrons bull la faciliteacute avec laquelle elles sont reacuteduites ou oxydeacutees bull leur force en tant qursquoagents oxydants ou reacuteducteurs

Lrsquoeacutelectrochimie est un sujet ideacuteal pour amorcer la discussion sur les modes de repreacutesentation visuel moleacuteculaire et symbolique des reacuteactions Des recherches reacutecentes montrent que pour que les eacutelegraveves approfondissent leur connaissance des meacutecanismes des reacuteactions chimiques il faut discuter des modes de repreacutesentation de ces reacuteactions et en donner des exemples Une fois que les eacutelegraveves auront observeacute les changements macroscopiques en laboratoire leur demander de dessiner et drsquoexpliquer ce qui survient agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire Des animations peuvent aussi ecirctre utiliseacutees pour montrer ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

La plupart des seacuteries drsquoactiviteacute nord-ameacutericaines sont eacutenumeacutereacutees sous forme de tableau des potentiels standard de reacuteduction agrave 25 degC et en solution agrave une concentration de 1 molL tandis que les seacuteries drsquoactiviteacute europeacuteennes sont geacuteneacuteralement preacutesenteacutees en fonction des potentiels drsquooxydation

Inviter les eacutelegraveves agrave examiner un tableau des potentiels standard drsquoeacutelectrode et agrave reacutepondre agrave des questions telles que

- Quelle espegravece repreacutesente lrsquoagent oxydant le plus fort (Reacuteponse F2(g))- Quelle espegravece est la moins facilement reacuteduite (Reacuteponse Li+ )

- Quelle espegravece repreacutesente lrsquoagent reacuteducteur le plus faible (Reacuteponse F - )

Ce ne sont que quelques exemples de questions que lrsquoenseignant peut poser et auxquelles les eacutelegraveves devront reacutepondre en utilisant le tableau des potentiels standard de reacuteduction Dlsquoautres questions drsquoeacutevaluation sont fournies plus loin

Drsquoapregraves les reacutesultats drsquoexpeacuteriences sur les reacuteactions chimiques contrairement aux expeacuteriences faites par les eacutelegraveves les chimistes ont deacutecouvert que certaines espegraveces reacuteagissent spontaneacutement alors que drsquoautres ne reacuteagissent pas Les eacutelegraveves ont deacutejagrave appris dans le cours de chimie de 10e

anneacutee que les meacutetaux alcalins reacuteagissent pour devenir des ions positifs perdant des eacutelectrons en cours de route pour devenir stables et avoir une structure eacutelectronique similaire agrave celle des gaz inertes De mecircme le fluor gazeux capte rapidement et facilement des eacutelectrons pour devenir un ion stable en solution preacutesentant la structure eacutelectronique drsquoun gaz inerte avec un octet drsquoeacutelectrons agrave son niveau drsquoeacutenergie exteacuterieur Ces reacuteactions figurent dans le haut et le bas drsquoun tableau tregraves important pour les chimistes fondeacute sur lrsquoaffiniteacute relative des diverses espegraveces pour les eacutelectrons provoquant la reacuteduction de la charge ionique de lrsquoespegravece reacuteduite (voir une version de ce tableau agrave lrsquoannexe 3)

Expliquer aux eacutelegraveves la faccedilon drsquoutiliser le tableau pour deacuteterminer la spontaneacuteiteacute drsquoune reacuteaction chimique

Exemple

Le fluor gazeux dans le coin supeacuterieur gauche du tableau a une affiniteacute pour les eacutelectrons supeacuterieure agrave celle drsquoune espegravece situeacutee plus bas agrave gauche du tableau lrsquoespegravece la plus eacuteleveacutee dans le tableau fera donc lrsquoobjet drsquoune reacuteduction en tant qursquoagent oxydant et une espegravece situeacutee en dessous subira une reacuteaction inverse pour produire une reacuteaction drsquooxydation

Ex F2 reacuteagira avec Clndash Ag0 Cu0 etc

On peut deacuteterminer la reacuteaction nette de la faccedilon suivante

F2(g) + 2 e- ⟶ 2 F _

Cu0 ⟶ 2 e- + Cu2+

F2(g) + Cu0 ⟶

+ Cu 2+

reacuteaction nette

bull F2 a une affiniteacute plus grande pour les eacutelectrons (en fait la plus grande affiniteacute parmi toutes les espegraveces)bull F2 est reacuteduit et est donc lrsquoagent oxydantbull Cu0 est oxydeacute donc il est lrsquoagent reacuteducteur

AnimationsProposer aux eacutelegraveves de visionner des animations ou drsquoessayer des simulations de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction bull Reactions of Metals and Metal Ions Experiment (site en anglais)

[httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesredoxhomehtml] Cette simulation de lrsquoUniversiteacute de lrsquoIowa permet agrave lrsquoeacutelegraveve de deacutecouvrir la seacuterie drsquoactiviteacute en placcedilant diffeacuterents meacutetaux dans diverses solutions aqueuses et drsquoobserver la simulation agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire

Proposer aux eacutelegraveves de suivre les eacutetapes suivantes pour cette simulation - Pour deacutemarrer lrsquoanimation clique sur laquo start raquo Tu verras quatre solutions ioniques

Choisis un des quatre meacutetaux et suis les directives agrave lrsquoeacutecran Note tes observations (p ex quelles reacuteactions se produisent) Reacutepegravete la marche agrave suivre pour les trois autres meacutetaux en notant bien tes observations

- Examinons quatre meacutetaux soit le magneacutesium le zinc le cuivre et lrsquoargent a) Lequel est le plus reacuteactif Explique pourquoi b) Lequel est le moins reacuteactif Explique pourquoi c) Place chaque meacutetal en ordre croissant de reacuteactiviteacute (du moins reacuteactif au plus reacuteactif) d) Cherche le magneacutesium le zinc le cuivre et lrsquoargent dans le tableau de potentiel de

reacuteduction standard agrave la fin de ce document Y a-t-il un lien entre la reacuteactiviteacute des meacutetaux et le tableau Explique ta reacuteponse

- Essaie les activiteacutes 2 et 3 et reacuteponds aux questions 2 a) b) et c) ci-haut avec la nouvelle seacuterie de meacutetaux

- Essaie lrsquoactiviteacute 4

bull Raymond Chang Chemistry Animation Center ndash Oxidation Reduction Reactionshttphigheredmheducationcomolcwebcgipluginpopcgiit=swf100100sitesdlfree007251264411735406_Oxidation_Reduxn_RxnsswfOxidation Reduction Reactions (site en anglais)Animation drsquoune reacuteaction de deacuteplacement simple entre CuSO4(aq) et Zn(s) et entre AgNO3(aq)

et Cu(s)

En fin

1Proposer aux eacutelegraveves de faire une recherche pour trouver lrsquoorigine de lrsquoexpression laquo seacuterie eacutelectrochimique raquo

2Inviter les eacutelegraveves agrave faire le lien entre la position drsquoune espegravece dans le tableau et sa reacuteactiviteacute chimique tel qursquoeacutetudieacute en sciences de 10e anneacutee ou en chimie de 11e anneacutee

3Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner les repreacutesentations des reacuteactifs et des produits de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction (redox) et agrave montrer la faccedilon dont le transfert drsquoeacutelectrons srsquoeffectue en solution

2Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre les problegravemes suivants

Partie APreacutedis si les reacuteactions suivantes seront spontaneacutees ou non agrave partir drsquoun tableau des potentiels standard de reacuteduction 1 Placer une bande de zinc meacutetallique dans une solution 10 molL de nitrate de cuivre(II) Reacuteponse Les espegraveces disponibles pour la reacuteaction sont les suivantes Zn0 Cu2+ NO-

(aq) 3(aq)

Zn 0 Cu2+ NO- ⟶

(aq) 3(aq)

Les ions NO- ne reacuteagiront pas agrave moins que la solution soit acide Voir le tableau agrave 3(aq)

lrsquoannexe 3

Cu2+ + 2 e- ⟶ Cu0

(aq) (s)

Zn2+ + 2 e- ⟶ Zn0

(aq) (s)

Drsquoapregraves le tableau Cu2+ a une plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons que Zn2+ donc Cu2+ attirera des eacutelectrons et sera reacuteduit pour devenir Cu0 au cours du processus Ces eacutelectrons seront donneacutes par Zn0 qui sera oxydeacute du mecircme coup pour devenir Zn2+

Les deux reacuteactions sont les suivantes

Cu2+ + 2 e- ⟶ Cu0

(aq) (s)

Zn0 ⟶ Zn2+ + 2 e-

Cu2+ + Zn0 ⟶ Cu0 + Zn2+ Reacuteaction nette spontaneacutee (aq) (s) (s) (aq)

2 Une bande drsquoaluminium meacutetallique est plongeacutee dans une solution agrave 10 molL de nitrate drsquoargent

Reacuteponse Les espegraveces disponibles pour la reacuteaction sont Al0 Ag + NO_

(s) (aq) 3(aq)

Al0 Ag + NO_ ⟶ (s) (aq) 3(aq)

Les ions NO-3(aq) ne reacuteagiront pas agrave moins que la solution soit acide Voir le tableau agrave

lrsquoannexe 3 Ag+ + 1 e- ⟶ Ag0

(aq) (s)

Al3+ + 3 e- ⟶ Al0

(aq) (s)

Drsquoapregraves le tableau Ag+ a une plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons que Al3+ donc Ag+ attirera des eacutelectrons et sera reacuteduit au cours du processus pour devenir Ag0 provoquant lrsquooxydation drsquoAl0 qui donnera des eacutelectrons et deviendra Al3+

Les deux reacuteactions sont les suivantes (la premiegravere est multiplieacutee par 3 pour eacutequilibrer le nombre drsquoeacutelectrons donneacutes et gagneacutes) 3 [Ag+ + 1 e- ⟶ Ag0 ] (aq) (s)

Al0 ⟶ 3e- + Al3+

(s) (aq)

3Ag+ + Al0 ⟶ 3Ag0 + Al3+ Reacuteaction nette et spontaneacutee

Partie B(Utilise un tableau de potentiels standard de reacuteduction pour reacutepondre aux questions)

Parmi les espegraveces suivantes Au3+ Cr 0 Sr2+ Br- dites laquelle (ou lesquelles)

Reacuteponses

a) est la plus facilement reacuteduite c-agrave-d lrsquoagent oxydant le plus fort Au3+ b) a la plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons Au3+

c) est la moins facilement oxydeacutee Cr0

d) est la plus facilement oxydeacutee Brndash

e) oxydera Sn2+ en Sn4+ Au3+

f) peut reacuteduire F2(g) en 2F- Brndash et Cr0

Partie CAu cours drsquoune expeacuterience comme celle que vous avez reacutealiseacutee en classe des feuillets drsquoor drsquoargent et drsquoeacutetain sont plongeacutes dans des beacutechers contenant leurs solutions ioniques Les reacutesultats obtenus sont les suivants

1) Sn0 + Ag+ ⟶ deacutepocirct drsquoargent (Ag) meacutetallique

(s) (aq)

2) Au3+ + Sn0 ⟶ deacutepocirct drsquoor (Au) meacutetallique

(aq) (s)

3) Au0 + Ag+ ⟶ aucune reacuteaction

(s) (aq)

Place les ions utiliseacutes dans lrsquoexpeacuterience par ordre deacutecroissant de force drsquoattraction des eacutelectrons (c-agrave-d avec en tecircte de liste les espegraveces ayant la plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons)

Reacuteponses bull On peut deacuteduire que pour que la reacuteaction 1 se produise conformeacutement agrave la notation Ag+

doit avoir une plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons que Sn2+ donc Ag+ doit ecirctre placeacute au-dessus de Sn2+ dans un tableau ougrave lrsquoespegravece ayant la plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons est placeacutee en haut

bull De mecircme la reacuteaction 2 indique que pour que la reacuteaction se produise telle qursquoindiqueacute dans la notation Au3+ doit avoir une plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons que Sn2+ donc Au3+ doit ecirctre placeacute au-dessus de Sn2+ dans un tableau ougrave lrsquoespegravece ayant la plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons est placeacutee en haut

bull Si la reacuteaction 3 avait provoqueacute la formation de produits en suivant la mecircme logique que dans les deux reacuteactions preacuteceacutedentes Ag+ aurait ducirc ecirctre placeacute au-dessus de Au3+ dans le tableau Toutefois la reacuteaction ne srsquoest pas produite donc le raisonnement inverse est vrai et Au3+ doit ecirctre placeacute au-dessus drsquoAg+

bull Voici la liste complegravete des reacuteactions ou des espegraveces ayant la plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons

Au3+ ensuite Ag+ et enfin Sn2+

OU Au3+ + 3e- ⟶ Au0

Ag+ + 1e- ⟶ Ag0

Sn2+ + 2e- ⟶ Sn0

Partie DProposer un deacutefi aux eacutelegraveves en leur demandant de reacutepondre agrave la question suivante

Les substances A B C D et E sont des meacutetaux qui forment des ions positifs Les ions du meacutetal A reacuteagissent avec le meacutetal E mais pas avec le meacutetal C Toutefois le meacutetal C ne reacuteagit pas avec des solutions contenant des ions des meacutetaux D et B Le meacutetal D ne reacuteagit pas avec les ions du meacutetal B Place les ions meacutetalliques par ordre deacutecroissant en commenccedilant par lrsquoagent oxydant le plus fort

Reacuteponse Maintenant que les eacutelegraveves saisissent mieux la logique qui sous-tend le classement des diverses espegraveces une courte explication pourrait ecirctre fournie Supposons un cas facile ougrave des ions meacutetalliques ont une valence de 1+

A+ + E0 ⟶ reacuteaction Donc A+ sera au-dessus de E+

A+ + C0 ⟶ aucune reacuteaction Donc C+ sera au-dessus de A+

D+ + C0 ⟶ reacuteaction Donc D+ sera au-dessus de C+

B+ + C0 ⟶ reacuteaction Donc B+ sera au-dessus de C+

B+ + D0 ⟶ aucune reacuteaction Donc D+ sera au-dessus de B+

La liste des espegraveces commenccedilant par lrsquoagent oxydant le plus fort (en ordre deacutecroissant) serait la suivante D+ B+ C+ A+ E+

RAG A1 A2

RAG A1 A4

RAG A1 A2

En quecircte

Recherche Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche sur le

deacuteveloppement historique de la pile voltaiumlque (galvanique) et agrave preacuteparer un rapport sur leurs constatations individuellement ou en petits groupes Ce rapport peut prendre des formes varieacutees et les eacutelegraveves devraient avoir la liberteacute de choisir la forme qursquoils preacutefegraverent pour partager leurs apprentissages Eacutelaborer des critegraveres drsquoeacutevaluation avec les eacutelegraveves

Les critegraveres devraient porter aussi bien sur le contenu que sur les eacuteleacutements de la preacutesentation et devraient ecirctre semblables peu importe le type de preacutesentation choisi par les eacutelegraveves

Les sites Web suivants peuvent ecirctre utiles

bull Galvani Luigi httpwwwmemofrDossieraspID=1223bull Alessandro Volta httpfrwikipediaorgwikiAlessandro_Volta bull Pile voltaiumlque httpfrwikipediaorgwikiPile_voltaC3AFquebull La saga de la chimie moderne ndash Alessandro Volta

httpwwwensc-rennesfrdigitalAssets6060912_voltapdf bull Histoire de lrsquoeacutelectriciteacute Galvani Volta et la deacutecouverte de la pile eacutelectrique

httpseausfreefrspipphparticle844 bull Encyclopeacutedie de LrsquoAgora httpagoraqccamotnsfDossiersAlessandro_Volta bull Lrsquohistoire de la pile eacutelectrique httpwwwtetraconceptcomgrizzlypilehtmbull Luigi Galvani httpwwwcorrosion-doctorsorgBiographiesGalvaniBiohtm

(site en anglais)bull The electrochemical cell httpphysicskenyoneduEarlyApparatusElectricitybull Electrochemical_CellElectrochemical_Cellhtml (site en anglais) bull Experiments in electrochemistry httpwwwfunscicomfun3_enelectroelectrohtm

(site en anglais)bull Scheme of Electrochemical Cell httpchimgeunilchEnredox1red13htm

(site en anglais)

Les piles voltaiumlques sont des piles eacutelectrochimiques servant agrave convertir lrsquoeacutenergie chimique en eacutenergie eacutelectrique Elles sont aussi appeleacutees piles galvaniques drsquoapregraves Luigi Galvani Pour en savoir plus sur Galvani et Volta consulter lrsquoannexe 5

Activiteacutes de laboratoireDeacutemonstrations bull Inviter les eacutelegraveves agrave construire une pile au citron (voir Chimie 11-12 p 611) bull Proposer aux eacutelegraveves de reproduire lrsquoexpeacuterience de Volta et de construire une pile voltaiumlque

Preacuteciser qursquoils doivent alterner les piegraveces de cinq sous et drsquoun sou ainsi que les pastilles de carton trempeacutees dans lrsquoeau saleacutee et brancher un fil conducteur entre le bas et le haut de la pile Leur proposer de montrer comment un courant eacutelectrique est geacuteneacutereacute en placcedilant un disque de zinc sur le dessous de la pile avec un papier filtre trempeacute dans une solution drsquoeacutelectrolyte au milieu et un disque de cuivre sur le dessus (cette disposition en laquo sandwich raquo est appeleacutee laquo eacuteleacutement raquo) Apregraves avoir empileacute les six eacuteleacutements et en eacutevitant que la solution srsquoeacutegoutte par les cocircteacutes (ce qui peut provoquer un court-circuit) utiliser deux fils avec des pinces crocodiles ndash une au bas de la pile et lrsquoautre sur le dessus ndash pour mesurer le voltage (la tension) entre le disque de zinc du bas et le disque de cuivre du haut Il est possible drsquoutiliser la pile voltaiumlque pour alimenter une petite horloge un thermomegravetre ou une calculatrice agrave affichage agrave cristaux liquides (ACL)

En fin

- En quoi serions-nous toucheacutes si les piles eacutelectrochimiques nrsquoexistaient pas Comment notre vie en serait-elle changeacutee2Inviter les eacutelegraveves agrave faire un remue-meacuteninges afin de dresser une liste des articles qui requiegraverent une pile pour fonctionner

3Inviter les eacutelegraveves agrave reacutealiser une activiteacute sur la pile de Volta agrave lrsquoadresse suivante httpwwwfondation-lamaporgsitesdefaultfilesuploadmediaminisitesprojet_europeFLASHVOLTEXPSWF

1Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer comment lrsquoeacutelectrochimie permet de produire de lrsquoeacutenergie dans les piles

2Eacutevaluer les habileteacutes en laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 du regroupement 1

3Demander aux eacutelegraveves de preacutesenter leur recherche sur lrsquohistoire des piles voltaiumlques Eacutevaluer les recherches agrave lrsquoaide des critegraveres eacutetablis

4Proposer aux eacutelegraveves de tracer un diagramme illustrant la pile de Volta (pile voltaiumlque) et drsquoexpliquer pourquoi (ou comment) elle produit un courant eacutelectrique

RAG D3

RAG C2 C5

Bloc C La pile voltaiumlque

En tecircte

Eacuteveacutenement inattenduAu deacutebut du cours apporter du jus drsquoorange En prendre une gorgeacutee et vider le reste dans un beacutecher y plonger deux eacutelectrodes meacutetalliques lrsquoune en magneacutesium lrsquoautre en cuivre Relier les deux eacutelectrodes agrave une horloge agrave grand cadran Observer les aiguilles qui commencent agrave avancer et dire ce qui suit laquo nous avons mis la pendule agrave lrsquoheure nous pouvons maintenant commencer le cours raquo

On pourrait aussi par exemple inseacuterer un sou en cuivre et une lame de zinc propre dans un citron et relier le tout agrave un voltmegravetre ou agrave une horloge Les deacutetails de lrsquoexpeacuterience de lrsquohorloge-citron sont fournis agrave lrsquoadresse suivante

bull Expeacuteriences drsquoeacutelectrochimie ndash la batterie au citron httpwwwfunscicomfun3_frelechimelechimhtm

En quecircte

Le regroupement 3 en sciences de la nature de la 9e anneacutee est consacreacute agrave la nature de lrsquoeacutelectriciteacute Dans cette eacutetude deacutetailleacutee de lrsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves ont fait le lien entre le modegravele particulaire de lrsquoeacutelectriciteacute et la structure atomique (S1-3-04) ont construit des diagrammes de circuits eacutelectriques (S1-3-13) et ont utiliseacute des instruments approprieacutes pour mesurer la diffeacuterence de potentiel (S1-3-14) Ils devraient donc posseacuteder les connaissances neacutecessaires relatives aux circuits eacutelectriques Toutefois une reacutecapitulation de cette matiegravere pourrait srsquoaveacuterer bien utile

Les eacutelegraveves devraient pouvoir expliquer le fonctionnement des piles eacutelectrochimiques en utilisant les trois modes de repreacutesentation visuel (macroscopique) particulaire (microscopique) et symbolique

Apregraves la preacutesentation de cette section les eacutelegraveves devraient comprendre qursquoune reacuteaction chimique peut servir agrave creacuteer un courant eacutelectrique Une pile voltaiumlque est un appareil pour lequel on utilise une reacuteaction redox spontaneacutee pour produire de lrsquoeacutenergie eacutelectrique Selon la loi de la conservation de lrsquoeacutenergie celle-ci ne peut ecirctre ni creacuteeacutee ni deacutetruite elle est simplement convertie drsquoune forme agrave une autre Dans une pile voltaiumlque lrsquoeacutenergie chimique drsquoune reacuteaction redox spontaneacutee est convertie en eacutenergie eacutelectrique

Une cellule eacutelectrochimique est le siegravege de nombreux processus chimiques et eacutelectriques Amener les eacutelegraveves agrave expliquer les reacuteactions prenant place dans les deux demi-cellules en parlant de flux drsquoeacutelectrons de flux drsquoanions et de flux de cations

Activiteacute ndash construction drsquoune pile voltaiumlqueInviter les eacutelegraveves agrave construire une pile voltaiumlque agrave reacuteaction spontaneacutee en utilisant ce qursquoils ont appris au sujet de la seacuterie eacutelectrochimique dans les RAS C12-6-01 et C12-6-02 Leur fournir le mateacuteriel suivant voltmegravetres fils pinces crocodiles tubes en U ouate meacutetaux communs et leurs solutions ioniques agrave 10 molL et solution agrave 10 molL de nitrate de sodium de potassium ou drsquoammonium pour le pont salin

Demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire la reacuteaction spontaneacutee en indiquant la reacuteaction de reacuteduction la reacuteaction drsquooxydation et les deux reacuteactions des demi-piles agrave lrsquoaide du tableau redox preacutesenteacute dans les sections preacuteceacutedentes Confirmer la spontaneacuteiteacute des reacuteactions puis demander aux eacutelegraveves de former des groupes pour construire leur pile et de mesurer la tension (diffeacuterence de potentiel) entre les eacutelectrodes

Soulignons que les eacutelegraveves nrsquoobtiendront probablement pas la tension nette preacutevue (Epile) Selon lrsquoeacutequation Nernst le voltage maximal deacutepend de la concentration si la tempeacuterature est constante Immeacutediatement apregraves le branchement du circuit les concentrations commencent agrave changer celle des ions du reacuteactif diminue puisque les ions sont utiliseacutes et la concentration des ions du produit augmente agrave mesure que le produit se forme Conformeacutement au principe de Le Chatelier le systegraveme est soumis agrave un stress et tente de reacutetablir lrsquoeacutequilibre en stimulant la reacuteaction inverse et en reacuteduisant le voltage net de la pile Agrave ce stade demander aux eacutelegraveves quelles conditions entraicircneraient un deacuteplacement de lrsquoeacutequilibre vers la droite (reacuteaction directe) et une augmentation de la tension Un gradient (une chute) de concentration se produirait agrave chaque eacutelectrode causant ainsi un excegraves drsquoun des ions et une peacutenurie des autres ions pour la reacuteaction nette

Les eacutelegraveves pourraient aussi reacutealiser lrsquoactiviteacute de lrsquoannexe 6 au lieu de celle-ci

Enseignement direct ndash fonctionnement de la pile DaniellLe diagramme ci-dessous illustre la pile eacutelectrochimique correspondant agrave la reacuteaction suivante

Cu2+ + Zn0 ⟶ Cu0 + Zn2+ + 110 V

(aq) (s) (s) (aq)

pont salin

flux drsquoeacutelectrons

4(aq) 4(aq) La pile eacutelectrochimique ci-dessus illustre un cas particulier La premiegravere version reacuteussie de cette pile a eacuteteacute construite par John Frederic Daniell (1790-1845) Une recherche sur Internet peut fournir tous les renseignements requis Ce type de pile eacutelectrochimique avec des eacutelectrodes de Cu et de Zn est maintenant appeleacutee la pile Daniell

Dans le diagramme les deux demi-piles sont relieacutees par un pont salin qui contient une solution ionique drsquoun sel soluble comme KCl Ce pont sert de circuit interne et permet de maintenir lrsquoeacutequilibre eacutelectrique entre les deux demi-piles Dans le cas preacutesent comme il y a production drsquoions zinc agrave lrsquoanode rendant le compartiment anodique positif avec un excegraves drsquoions positifs les ions Cl se deacuteplacent du pont salin vers lrsquoanode de faccedilon agrave maintenir la neutraliteacute eacutelectrique dans cette demi-pile Pour ce qui est de la cathode les ions cuivre sont enleveacutes de la solution ce qui la rend neacutegative sur le plan eacutelectrique Pour contrer cet effet des ions K positifs du pont salin vont se rendre agrave la cathode pour reacutetablir encore une fois la neutraliteacute eacutelectrique de la cathode Lorsque les deux demi-piles sont relieacutees par un fil eacutelectrique permettant aux ions de se deacuteplacer et un autre fil pour les deacuteplacements des ions positifs et neacutegatifs on obtient une pile eacutelectrochimique

Chaque pile galvanique devrait comprendre

bull une anode (zinc) qui sera oxydeacutee (perdra des eacutelectrons)bull une cathode (cuivre) qui sera reacuteduite (captera des eacutelectrons)

Cu2+ + 2e- ⟶ Cu0 reacuteaction de reacuteduction agrave la cathode (cations enleveacutes nombre limiteacute) Zn0 ⟶ Zn2+ + 2e- reacuteaction drsquooxydation agrave lrsquoanode (anions produits en excegraves)

Les eacutelectrons circulent de lrsquoanode agrave la cathode dans une pile eacutelectrochimique Les anions se deacuteplacent vers lrsquoanode et les cations vers la cathode

La migration des ions est essentielle au fonctionnement de la pile puisque lrsquoaccumulation de la charge ionique dans la solution autour des eacutelectrodes srsquoopposerait au deacuteplacement des eacutelectrons Le reacutesultat est un voltage de +110 V

La mecircme pile peut ecirctre construite au moyen drsquoun mateacuteriau poreux (verre de carton) agissant comme pont salin Laisser aux eacutelegraveves le choix de construire leurs piles avec un pont salin ou un mateacuteriau poreux

Une notation abreacutegeacutee est souvent utiliseacutee pour repreacutesenter le diagramme de la pile voltaiumlque

reacuteactif produit reacuteactif produit

Zn(s) | Zn2+ (1 mol fraslL) ∥ Cu2+ (1 mol fraslL) |Cus Demi-cellule drsquooxydation Demi-cellule de reacuteduction

La ligne verticale simple repreacutesente la limite de phase entre le meacutetal et la solution ionique La ligne verticale double repreacutesente le pont salin Par convention la reacuteaction anodique est indiqueacutee en premier agrave gauche de la ligne double et la reacuteaction cathodique est placeacutee en deuxiegraveme agrave la droite de la ligne double

AnimationssimulationsLes animations suggeacutereacutees ci-dessous aideront les eacutelegraveves agrave comprendre les pheacutenomegravenes qui se produisent agrave lrsquoeacutechelle microscopique et les repreacutesentations symboliques associeacutees

bull Animations application de physique chimie httpwwwphysagregfranimationsphp (seacutelectionner lrsquoanimation sur le fonctionnement de la pile Daniell dans la section laquo Animations simulations de chimie)

bull La pile Daniell httpphysiquecollegefreefrphysique_chimie_college_lyceelyceeterminale_TSdaniellhtm (excellente animation qui permet drsquoobserver le fonctionnement de la pile Daniell agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire)

bull Chimie en solution aqueuse ndash lrsquooxydoreacuteduction ndash piles eacutelectrochimiques httpwwwueleducationfrconsultationpresentationpresentmaquetteexemples_uelmodule_exapprendrechimieex2titre9htm (animation drsquoune pile Daniell avec explications)

bull La pile Daniell httpswwwyoutubecomwatchv=TuNoWxEcfpk (explication du fonctionnement de la pile Daniell)

bull Crsquoest pas sorcier ndash piles et batteries httpswwwyoutubecomwatchv=mItO3l82Ic0 (eacutemission sur les piles qui comprend une bonne explication du fonctionnement de la pile eacutelectrolytique Il y a aussi des bonnes explications des diffeacuterents types de piles Le DVD est aussi disponible agrave la DREF)

bull Principe drsquoune pile Daniell httpwwwostralonet3_animationsswfpileswf

bull Department of Chemistry Iowa State University ndash Electrochemical cell experiment (site en anglais) httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderflashfileselectroChemvolticCellhtml (cette simulation aide les eacutelegraveves agrave creacuteer leur propre pile eacutelectrochimique les eacutelegraveves doivent choisir les eacutelectrodes et les solutions ioniques neacutecessaires pour creacuteer une pile eacutelectrochimique fonctionnelle)

En fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche sur Internet et agrave deacutecrire les travaux de certains scientifiques ayant participeacute agrave la mise au point des piles eacutelectrochimiques

2Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer comment la citation drsquoAnaxagore de Clazomegravenes laquo Rien ne se perd rien ne se creacutee tout se transforme raquo srsquoapplique agrave la pile voltaiumlque

1Demander aux eacutelegraveves de dessiner le diagramme drsquoune pile voltaiumlque et drsquoidentifier les eacutelectrodes positive et neacutegative lrsquoanode la cathode les demi-reacuteactions la direction du deacuteplacement des eacutelectrons la direction du flux des ions les solutions utiliseacutees laquelle des eacutelectrodes est eacuterodeacutee laquelle accepte des ions meacutetalliques la reacuteaction nette de la pile et le voltage produit Insister sur la nature particulaire de la matiegravere au moment drsquoexpliquer les reacuteactions qui se produisent aux eacutelectrodes le deacuteplacement des ions la circulation des eacutelectrons dans le circuit ainsi que le maintien de la neutraliteacute eacutelectrique dans toutes les parties de la pile

2Les eacutelegraveves devraient pouvoir construire et mettre agrave lrsquoessai des piles voltaiumlques simples Eacutevaluer les habileteacutes en laboratoire agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 du regroupement 1

3Inviter les eacutelegraveves agrave comparer les reacutesultats de leurs piles et agrave expliquer les diffeacuterences de voltage Faire en sorte que plusieurs groupes drsquoeacutelegraveves utilisent les mecircmes eacutelectrodes pour assurer la comparabiliteacute des reacutesultats

RAG D3

En tecircte

Au deacutebut de la section preacuteceacutedente on mentionnait que le cours de sciences de la nature de 9e anneacutee preacutesentait des notions tregraves deacutetailleacutees sur lrsquoeacutelectriciteacute et pour compleacuteter cette information les eacutelegraveves ont traiteacute du transfert des eacutelectrons pendant une bonne partie du cours de cette anneacutee Revoir les concepts au besoin avec les eacutelegraveves

En quecircte

Enseignement direct ndash le potentiel standardExpliquer aux eacutelegraveves le concept du potentiel standard (voir Chimie 12 p 516-520 Chimie 12 STSE p 642-645 ou Chimie 11-12 p 627-630) Lorsque les scientifiques ont construit les premiegraveres piles voltaiumlques (galvaniques) qui sont en fait des piles eacutelectrochimiques ils ont enregistreacute un potentiel net de la pile reacutesultant des reacuteactions mais ils ne savaient pas quelle eacutetait la contribution de chaque demi-pile au potentiel total de la pile Bien des expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees dans le but de deacuteterminer le potentiel standard absolu (E0) pour toute demi-reacuteaction ou reacuteaction de demi-pile

Bloc D Le potentiel standard

Durant ces expeacuteriences des chimistes ont deacutecouvert que non seulement la tempeacuterature avait une incidence sur le potentiel net de la pile mais aussi la concentration des ions en solution et la pression si un gaz eacutetait utiliseacute Mentionnons qursquoun autre terme est souvent utiliseacute comme synonyme de potentiel standard soit laquo force eacutelectromotrice raquo ou laquo fem raquo

Bon nombre drsquoeacutelectrodes de reacutefeacuterence ont eacuteteacute mises agrave lrsquoessai avant que lrsquoeacutelectrode normale agrave hydrogegravene soit choisie Les chimistes ont choisi lrsquoeacutelectrode agrave hydrogegravene comme eacutelectrode de reacutefeacuterence par rapport agrave laquelle le potentiel de toutes les autres eacutelectrodes serait mesureacute Les eacutelegraveves constateront rapidement que ce choix eacutetait judicieux ne serait-ce que parce que cet eacuteleacutement se trouve au milieu du tableau des potentiels standard

Dans lrsquoeacutelectrode agrave hydrogegravene montreacutee ci-dessous lrsquohydrogegravene gazeux est injecteacute par barbotage dans une solution drsquoacide chlorhydrique agrave 25 degC Lrsquoeacutelectrode de platine preacutesente une surface sur laquelle les moleacutecules drsquohydrogegravene peuvent se dissocier et sert de conducteur du courant eacutelectrique vers le circuit externe

tempeacuterature

fil de platine

hydrogegravene agrave 1 atm

acide chlorhydrique dilueacute

lames de platine recou-vertes drsquoune toile en platine

Eacutelectrode drsquohydrogegravene standard

tempeacuterature

magneacutesium

pont salin

voltmegravetre agrave reacutesistance eacuteleveacutee

fil de platine

lames de platine recou-vertes drsquoune toile en platine acide chlorhydique dilueacute solution de sulfate de magneacutesium

Dans des conditions standard de 1 atm (atmosphegravere) pour lrsquohydrogegravene gazeux et drsquoune solution de HCl agrave 1 molL le potentiel de reacuteduction de H+ agrave 25 degC est fixeacute agrave exactement zeacutero

2H+ (1molL) + 2e - ⟶ H2 (1 atm) E0 = 0 V

Lrsquoeacutelectrode normale agrave hydrogegravene est parfois mentionneacutee sous sa forme abreacutegeacutee ENH Une fois que lrsquoeacutelectrode normale a eacuteteacute choisie les scientifiques ont eacuteteacute en mesure drsquoutiliser cette demi-pile pour deacuteterminer le potentiel de reacuteduction de toutes les autres demi-reacuteactions de la seacuterie eacutelectrochimique Ces valeurs ont eacuteteacute placeacutees dans un tableau en fonction des demi-reacuteactions correspondantes de faccedilon agrave produire un tableau plus utile celui des potentiels standard de reacuteduction

Exemple

Dans une pile galvanique formeacutee drsquoune eacutelectrode de zinc et drsquoune ENH lrsquoeacutelectrode de zinc subit une perte massique au cours de la reacuteaction ce qui indique que la reacuteaction de demi-pile de lrsquoeacutelectrode de zinc doit ecirctre exprimeacutee comme suit

Zn(s) ⟶ Zn2+ + 2e-

La notation abreacutegeacutee pour cette pile serait la suivante

Zn(s)| Zn2+(1mol fraslL) ∥ H+ (1mol fraslL ) | H2 (1 atm ) |Pt(s) (on inclue lrsquoeacutelectrode inerte dans la notation abreacutegeacutee)

Voici les reacuteactions des demi-piles

anode (oxydation) Zn(s) ⟶ Zn2+ (1mol fraslL) + 2e-

cathode (reacuteduction) 2H+ (1 mol frasl L ) + 2e- ⟶ H2 (1 atm)

reacuteaction nette Zn(s) + 2H+ (1mol fraslL ) ⟶ Zn2+ (1mol fraslL ) + H2 (1 atm )

Par convention la fem standard de la pile E0pile qui est eacutegale au potentiel de la cathode moins

celui de lrsquoanode correspond agrave la formule suivante

Epile0 = Ecathode

0 - Eanode0

Epile0 = E0 H+

H2 - E0 Zn2+

Zn ( ( ))

(La diffeacuterence de potentiel mesureacutee pour la pile est de 076 V)

( )076 V = 0 ndash E0 Zn2+

( )E0 Zn2+

Zn = -076 V

De mecircme tous les potentiels drsquoeacutelectrodes ont eacuteteacute deacutetermineacutes et apparieacutes agrave la reacuteaction de demi-pile dans un tableau des potentiels standards de reacuteduction

Enseignement direct ndash calcul du potentiel standard de pilesExpliquer maintenant aux eacutelegraveves comment deacuteterminer la fem nette de la pile agrave partir des reacuteactions de demi-piles en utilisant le tableau des potentiels standard de reacuteduction (voir Chimie 12 p 517-522 Chimie 12 STSE p 644-648 ou Chimie 11-12 p 628-631)

Le tableau est structureacute en fonction de la tendance des substances agrave capter des eacutelectrons crsquoest-agrave-dire leur potentiel de reacuteduction Pour chaque reacuteaction redox la demi-reacuteaction qui est la plus positive se produira sous forme de reacuteaction de reacuteduction et la demi-reacuteaction qui est la plus neacutegative se produira sous forme de reacuteaction drsquooxydation

Le tableau des potentiels standard de reacuteduction sert agrave deacuteterminer la spontaneacuteiteacute de la reacuteaction et le potentiel eacutelectrique drsquoune pile donneacutee Toute valeur positive du potentiel de la pile obtenue en calculant la diffeacuterence entre le potentiel de demi-reacuteaction de la cathode et celui de lrsquoanode indique qursquoil y aura reacuteaction redox spontaneacutee Toute valeur neacutegative du potentiel de reacuteduction drsquoune pile indique que la reacuteaction redox ne sera pas spontaneacutee

Exemple

Calcule le potentiel drsquoune pile drsquoargent-cuivre

1 Deacuteterminer les demi-reacuteactions pour lrsquoargent et le cuivre agrave partir du tableau des potentiels standard de reacuteduction

Cu2+ + 2e- ⟶ Cu(s) E0 = +034 V (aq)

Ag+ + 1e- ⟶ Ag(s) E0 = +080 V (aq)

Eacutetant donneacute que les ions Ag+ sont plus facilement reacuteduits que les ions Cu2+ la demi- reacuteaction Ag+ + 1e- ⟶ Ag(s) sera une demi-reacuteaction de reacuteduction et la reacuteaction (aq)

Cu2+ + 2e- ⟶ Cu(s) sera inverseacutee et deviendra la demi-reacuteaction drsquooxydation

On peut aussi exprimer en consideacuterant que lrsquoion Ag+ a une plus grande affiniteacute pour les eacutelectrons que lrsquoion Cu2+ donc la reacuteaction ayant la fem+ la plus faible deviendra la reacuteaction drsquooxydation Lorsqursquoune demi-reacuteaction est inverseacutee le signe du potentiel de reacuteduction est aussi inverseacute

Ainsi les demi-reacuteactions seront les suivantes

Cu(s) ⟶ Cu2+ + 2e- E0 = -034 V oxydation

Ag+ + 1e- ⟶ Ag(s) E0 = +080 V reacuteduction

2 Inseacuterer les potentiels des demi-piles dans lrsquoeacutequation Epile = E0

oxydation + E0reacuteduction = (-034 V) + (+080 V) = +046 V

Cette pile a un potentiel de + 046 V ce qui confirme la spontaneacuteiteacute de la reacuteactionRemarque Les manuels preacutesentent souvent deux meacutethodes de calcul du potentiel standard de la pile(E0 )

E0 = E0

pile oxydation reacuteduction

E0 = E0 - E0

cathode

Les deux formules vont eacutevidemment permettre drsquoen arriver au reacutesultat correctIndiquer aux eacutelegraveves qursquoils peuvent aussi utiliser la formule E0 = E0 - E0

pile reacuteduction oxydation

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave deacutecrire les eacutetapes agrave suivre pour preacutedire si une reacuteaction redox se produira spontaneacutement

En plus

Demander aux eacutelegraveves drsquointeacutegrer le principe de Le Chatelier dans leurs discussions sur lrsquoeacutequilibre chimique des reacuteactions acide-base et la solubiliteacute Le principe de Le Chatelier srsquoapplique eacutegalement aux piles eacutelectrochimiques

Les eacutelegraveves savent deacutejagrave que lorsqursquoun stress est appliqueacute agrave un systegraveme en eacutequilibre la reacuteaction se deacuteplace afin de compenser ou drsquoatteacutenuer ce stress Gracircce aux cours de chimie de 11e et de 12e anneacutees les eacutelegraveves savent qursquoagrave mesure qursquoune reacuteaction se produit la concentration des reacuteactifs diminue et celle des produits augmente Proposer aux eacutelegraveves drsquoexaminer comment on peut modifier une pile eacutelectrochimique pour prolonger le voltage sachant que la fem initiale diminue avec le temps

Dans lrsquoexemple suivant on utilise une pile Daniell pour explorer les effets de lrsquoajout ou du retrait de substances drsquoun systegraveme

Rappeler aux eacutelegraveves qursquoune pile Daniell est un cas speacutecial de pile voltaiumlque (galvanique) dont la reacuteaction nette est noteacutee comme suit

Cu2+ + Zn0 ⟶ Cu0 + Zn2+ + 110 V

(aq) (s) (s) (aq)

pour obtenir le potentiel de la pile Ils ne seront pas obligeacutes alors de changer de signe avant de calculer les valeurs

pont salin

4(aq) 4(aq)

bull Aussitocirct le circuit brancheacute le voltage commence agrave diminuer agrave partir drsquoune fem de 110 V bull La couleur bleue associeacutee agrave lrsquoion Cu2+ du cocircteacute de lrsquoeacutelectrode cathodique (reacuteduction)

devient moins intense agrave mesure que les ions sont reacuteduits pour devenir des atomes de cuivre

solide qui se deacuteposent sur la cathode de cuivre bull La concentration drsquoions Zn2+ augmentera autour de lrsquoanode de zinc

Reacutesultat la concentration des reacuteactifs continuera de diminuer et la concentration de produits continuera drsquoaugmenter

Effets agrave prendre en consideacuteration drsquoapregraves le principe de Le Chatelier

bull Lrsquoajout drsquoions Cu2+ sous quelque forme que ce soit agrave lrsquoaide drsquoun sel soluble de Cu2+

favorise la reacuteaction directe (vers la droite) pour atteindre lrsquoeacutequilibre

bull Retrait drsquoions Zn2+ lrsquoajout drsquoun anion preacutecipitant permet drsquoenlever efficacement les

ions Zn2+ solubles par la formation drsquoun preacutecipiteacute (solide) pex avec lrsquoion sulfure (S-)

(aq) qui forme le ZnS solide ou avec lrsquoion hydroxyde (OH-) pour former le Zn(OH)2 solide

Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1 Demander aux eacutelegraveves de reacutepondre aux questions suivantes sur lrsquoENH

1 Pourquoi fallait-il que lrsquoeacutelectrode de reacutefeacuterence soit une eacutelectrode normale agrave hydrogegravene (ENH)

Reacuteponse Tout couple drsquoeacutelectrodes donne une force eacutelectromotrice (fem) preacutecise pour la pile mais pour comparer les forces relatives des eacutelectrodes et leurs effets sur la dynamique des piles les scientifiques devaient trouver une eacutelectrode agrave laquelle ils pourraient comparer toutes les autres Bon nombre drsquoeacutelectrodes ont eacuteteacute mises agrave lrsquoessai initialement mais ce qui rendait lrsquoeacutelectrode agrave hydrogegravene bien pratique crsquoest qursquoelle donnait un potentiel qui se situait au milieu du tableau des potentiels

2 En quoi le tableau des potentiels standard de reacuteduction aurait-il eacuteteacute diffeacuterent si une autre eacutelectrode standard avait eacuteteacute choisie plutocirct que lrsquoENH

Reacuteponse Si une autre eacutelectrode avait eacuteteacute utiliseacutee au lieu de lrsquoeacutelectrode agrave hydrogegravene lrsquoordre drsquoaffiniteacute pour les eacutelectrons aurait eacuteteacute le mecircme dans les reacuteactions mais on aurait attribueacute la valeur zeacutero agrave la nouvelle eacutelectrode de reacutefeacuterence et les autres eacutelectrodes auraient eacuteteacute compareacutees agrave celle-ci De chaque cocircteacute de la nouvelle eacutelectrode de reacutefeacuterence on aurait obtenu des nombres positifs et neacutegatifs allant en augmentant agrave mesure que lrsquoon se serait eacuteloigneacute de la nouvelle eacutelectrode de reacutefeacuterence

2Demander aux eacutelegraveves de trouver le potentiel net de la pile pour une reacuteaction donneacutee de deacuteterminer si la reacuteaction serait spontaneacutee et drsquoexpliquer pourquoi

1 Complegravete les reacuteactions suivantes agrave lrsquoaide du tableau des potentiels standard de reacuteduction Calcule le potentiel net de la pile et indique la raison pour laquelle la reacuteaction se produira spontaneacutement tel que le preacutevoit la notation (Les reacuteponses varieront selon les tableaux utiliseacutes)

a) Zn0 + Hg2+ ⟶ ( Zn2+ + Hg0 ) (s) (aq) (l)

Reacuteponse Epile = +154 V Cette pile fonctionnerait spontaneacutement puisque son voltage net est positif

b) Cu0 + 2Ag+ ⟶ ( Cu2+ + 2Ag0 )

(s) (aq)

c) Mn0 + 2Cs+ ⟶ aucune reacuteaction

(s) (aq)

Reacuteponse Epile = -174 V Cette pile ne fonctionnerait pas puisque son voltage net est neacutegatif

3Pour chacune des situations suivantes demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire les reacuteactions ioniques nettes eacutequilibreacutees drsquoindiquer les reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction et la fem de la pile de preacutedire si la reacuteaction sera spontaneacutee et drsquoexpliquer briegravevement pourquoi ou pourquoi pas

1 Au Moyen Acircge le fer servait agrave la confection de chaudrons et de casseroles Serait-il possible drsquoentreposer une solution drsquoaceacutetate de cuivre(II) dans ce genre de contenant en fer Explique ta reacuteponse en indiquant les reacuteactions en jeu et en tenant compte de la fem Reacuteponse

Lrsquoion aceacutetate nrsquoest pas repreacutesenteacute dans le tableau des potentiels standard drsquoeacutelectrode crsquoest donc un ion spectateur La reacuteaction preacutevue serait

Fe0 + 2Cu+ ⟶ Fe2+ + Cu0 Epile = +096 V

Comme le potentiel net est positif il y aurait une reacuteaction spontaneacutee Ce ne serait pas une bonne ideacutee drsquoentreposer cette solution dans un contenant en fer

Le fer meacutetallique est oxydeacute en Fe2+ et le Cu+ est reacuteduit pour devenir du cuivre eacuteleacutementaire

2 Une solution de nitrate de plomb(II) est verseacutee dans un contenant dans lequel un morceau de zinc meacutetallique est placeacute Reacuteponse

Lrsquoion nitrate ne reacuteagit que srsquoil est placeacute dans une solution acide Dans cet exemple il srsquoagit donc drsquoun ion spectateur La reacuteaction attendue serait la suivante

Zn0 + Pb2+ ⟶ Zn2+ + Pb0 Epile = +063 V

Comme le potentiel net de la pile est positif il se produirait une reacuteaction entre le zinc meacutetallique et la solution de plomb

Le zinc meacutetallique est oxydeacute en Zn2+ et lrsquoion Pb2+ est reacuteduit pour devenir du plomb (meacutetal)

3 Quels contenants meacutetalliques pourraient ecirctre utiliseacutes pour entreposer une solution drsquoaceacutetate de cuivre(I) agrave 020 molL Explique ta reacuteponse Reacuteponse Lrsquoion aceacutetate nrsquoapparaicirct pas dans le tableau des potentiels standard drsquoeacutelectrode donc il sera un ion spectateur Lrsquoion Cu+ apparaicirct dans la reacuteaction de reacuteduction suivante

Cu2+ + 1e- ⟶ Cu1+ E0 = +015 V

Pour qursquoil y ait une reacuteaction lrsquoespegravece doit figurer dans le tableau des potentiels standard de reacuteduction et se trouver au-dessus du Cu+ et agrave la gauche pour que le potentiel net de la pile soit positif On doit donc chercher un meacutetal placeacute sous le cuivre (Cu+) dans le tableau Ainsi on pourrait entreposer une solution drsquoaceacutetate de cuivre(I) agrave 020 molL dans des contenants de Pb0 Sn0 Ni0 Co0 Fe0 Cr0 etc

RAG D3 E4

RAG D3

C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension des concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une

RAG D3

C12-0-T3 illustrer la faccedilon dont des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne RAG A5 B2

Bloc E Les piles eacutelectrolytiques

En tecircte

Lrsquoeacutetude suivante sur les piles eacutelectrolytiques vient compleacuteter la discussion preacuteceacutedente sur les piles eacutelectrochimiques Veacuterifier les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves et faire une reacutecapitulation au besoin avant drsquoajouter des eacuteleacutements

En quecircte

Deacutemonstration ndash lrsquoeacutelectrolyse de lrsquoeauUne deacutemonstration de lrsquoeacutelectrolyse de lrsquoeau constitue toujours un bon point de deacutepart pour parler des piles eacutelectrolytiques mecircme srsquoil srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoune reacuteaction lente Lrsquoeacutelectrolyse est le processus par lequel lrsquoeacutenergie eacutelectrique est utiliseacutee pour provoquer une reacuteaction non spontaneacutee

Le scheacutema simplifieacute ci-dessous montre la faccedilon dont on peut dissocier les eacuteleacutements de lrsquoeau agrave lrsquoaide drsquoun simple appareil Cet appareil est speacutecialement conccedilu pour la dissociation eacutelectrolytique de lrsquoeau Comme lrsquoeau est un mauvais conducteur drsquoeacutelectriciteacute lrsquousage drsquoune solution agrave 01 molL drsquoacide chlorhydrique ou drsquoacide sulfurique permet drsquoacceacuteleacuterer la reacuteaction

hydrogegraveneoxygegravene

fil de cuivre avec gaine de plastiquebeacutechereacuteprouvetteeacutelectrode de graphiteeau additionneacutee drsquoacide sulfurique

dilueacute

cathode anode

Appareil de Hofmann

Un indicateur universel ajouteacute agrave la solution acide change de couleur au deacutebut de la reacuteaction ce qui rend la diffeacuterence dans les volumes de gaz produits plus eacutevidente pour lrsquoobservateur

La formule empirique de lrsquoeau indique les volumes de gaz produits ainsi il y aura deux fois plus drsquohydrogegravene gazeux produit que drsquooxygegravene gazeux Une eacuteclisse allumeacutee permettra de deacuteterminer si le gaz produit est lrsquooxygegravene ou lrsquohydrogegravene Si lrsquoeacuteclisse est plus brillante crsquoest de lrsquooxygegravene et srsquoil y a un son drsquoeacuteclatement produit au contact crsquoest de lrsquohydrogegraveneLe tableau ci-dessous preacutesente une comparaison entre les piles eacutelectrolytiques aux piles eacutelectrochimiques

Pile eacutelectrochimique Pile eacutelectrolytiqueSpontaneacuteiteacute de reacuteaction Spontaneacutee Non spontaneacuteePotentiel de la pile Positif NeacutegatifEacutelectriciteacute Produite ConsommeacuteeCharge de lrsquoeacutelectrode Cathode+

Anode-Cathode-Anode+

Cathode Reacuteduction ReacuteductionAnode Oxydation OxydationConservation de lrsquoeacutenergie Convertit lrsquoeacutenergie

chimique en eacutenergieeacutelectrique

Convertit lrsquoeacutenergie eacutelectrique en eacutenergie chimique

La notion de charge des eacutelectrodes peut ecirctre difficile agrave saisir pour les eacutelegraveves Il faut plutocirct mettre lrsquoaccent sur les processus chimiques qui se produisent agrave chaque eacutelectrode La pile eacutelectrolytiqueInviter les eacutelegraveves agrave se renseigner sur les piles eacutelectrolytiques (voir Chimie 12 p 524-529 Chimie 12 STSE p 660-667 ou Chimie 11-12 p 639-650) Leur proposer de deacutecrire les processus en jeu dans ces piles selon les divers modes de repreacutesentation tout comme pour les piles eacutelectrochimiques La nature particulaire de la matiegravere a tout autant drsquoimportance et de pertinence dans le cas des piles eacutelectrolytiques Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer le fonctionnement complet drsquoune pile eacutelectrolytique opeacuterationnelle dans les trois modes de repreacutesentation

Un diagramme eacutetiqueteacute drsquoune pile eacutelectrolytique est fourni ci-dessous Noter les similitudes avec une pile eacutelectrochimique Lrsquoune des diffeacuterences dans la configuration de lrsquoappareil est que dans la pile eacutelectrolytique les deux reacuteactions se produisent dans le mecircme contenant Autre diffeacuterence une source drsquoeacutelectriciteacute est neacutecessaire pour stimuler la reacuteaction qui normalement nrsquoest pas spontaneacutee

pile eacutelectrolytique

source de couranteacutelectrode inerte

eacutelectrode inerte

NaCI en fusion

cathodeanode

Le diagramme drsquoune pile eacutelectrolytique devrait inclure les eacuteleacutements suivants un contenant une solution eacutelectrolytique (acide base ou sel) les deux eacutelectrodes une laquo pompe raquo agrave eacutelectrons externe (batteriepile) lrsquoeacutelectrode positive de la batterie brancheacutee agrave lrsquoanode et lrsquoeacutelectrode neacutegative brancheacutee agrave la cathode Toujours indiquer les reacuteactions de demi-pile et la reacuteaction nette

Il existe deux types de piles eacutelectrolytiques

bull La pile la plus simple est celle ougrave lrsquoeacutelectriciteacute est appliqueacutee agrave un composeacute ionique fondu Il sera question des applications industrielles de cette pile un peu plus loin

bull Le deuxiegraveme type de pile preacutesenteacute ici est celui ougrave lrsquoon applique de lrsquoeacutelectriciteacute agrave une solution aqueuse Cette pile est plus complexe du fait qursquoil y a beaucoup plus drsquoespegraveces qui peuvent ecirctre oxydeacutees et reacuteduites

Enseignement direct ndash eacutelectrolyse de composeacutes ioniques fondusCes solutions sont faites agrave partir de composeacutes ioniques purs agrave lrsquoeacutetat fondu Eacutevidemment le contenant de la pile doit ecirctre fait drsquoune matiegravere qui tolegravere les tempeacuteratures eacuteleveacutees neacutecessaires pour maintenir la substance agrave lrsquoeacutetat fondu Une pile industrielle est preacutesenteacutee ci-dessous

pile eacutelectrolytique industrielle

NaCI en fusion

grille de fer

Na liquide

sortie de Na

entreacutee de NaCI

sortie de CI2

anodecathode

La borne neacutegative de la pile est brancheacutee agrave la cathode Comme dans une pile eacutelectrochimique les cations se deacuteplacent vers la cathode et les anions vers lrsquoanode selon les reacuteactions suivantes

Anode (oxydation) 2Cl- ⟶ Cl0 + 2e-

(l) 2(g)

Cathode (reacuteduction) 2Na+ + 2e- ⟶ 2Na0

(l) (l)

Reacuteaction nette 2Na+ + 2Cl- ⟶ 2Na0 + Cl0

(l) (l) (l) 2(g)

Cette reacuteaction est utiliseacutee pour produire des reacuteserves de sodium et de chlore gazeux purs

Enseignement direct ndash eacutelectrolyse drsquoune solution aqueuseLrsquoenseignant devrait reacuteviser attentivement ses connaissances de base sur le sujet avant de lrsquoaborder avec les eacutelegraveves (voir Chimie 12 p 528-530 Chimie 12 STSE p 661 ou Chimie 11-12 p 641-644) La preacutesence drsquoeau ajoute de nouvelles espegraveces qui peuvent ecirctre oxydeacutees ou reacuteduites En examinant le tableau des potentiels standard de reacuteduction on constate que les reacuteactions drsquooxydation suivantes pourraient se produire agrave lrsquoanode

1 2Cl- ⟶ Cl0 + 2e- anode (oxydation) (l) 2(g)

2 2H2O(l) ⟶ O2(g) + 4H+ + 4e-

Drsquoapregraves le tableau on peut voir que les deux reacuteactions ont eacuteteacute inverseacutees la notation doit donc ecirctre la suivante 3 Cl0 + 2e- ⟶ 2Cl- E0 = +136 V

2(g) (l)

4 O2(g) + 4H+ + 4e- ⟶ 2H2O(l) E0 = +123 V

Les valeurs de la force eacutelectromotrice (fem) des demi-piles sont rapprocheacutees mais elles indiquent encore que pour la reacuteaction inverse drsquooxydation lrsquoeau (H2O(l)) devrait ecirctre la premiegravere agrave ecirctre oxydeacutee Toutefois des expeacuteriences ont montreacute qursquoil faut un potentiel beaucoup plus eacuteleveacute pour oxyder lrsquoeau et crsquoest en fait Cl2(g) qui est produit et NON PAS de lrsquooxygegravene (O2(g)) Le voltage requis pour la reacuteaction drsquooxydation en excegraves de la valeur attendue est appeleacute surtension (ou survoltage) Les causes de surtension sont tregraves complexes et deacutepassent la porteacutee des renseignements geacuteneacuteraux pertinents mecircme ceux qui sont destineacutes agrave lrsquoenseignant En termes simples une tension plus eacuteleveacutee survient lorsque des espegraveces ont de la difficulteacute agrave transfeacuterer des eacutelectrons aux atomes agrave lrsquointerface eacutelectrodesolution En raison de cette anomalie les valeurs de E0 doivent ecirctre utiliseacutees avec prudence pour la preacutediction de lrsquoordre reacuteel drsquooxydation ou de reacuteduction des espegraveces en solution aqueuse

Les reacuteactions de reacuteduction suivantes pourraient se produire agrave la cathode

5 2H+ + 2e- ⟶ H0 E0 = 000 V

(aq) 2(g)

6 2H2O(l) + 2e- ⟶ H0 +2OH- E0 = -083 V cathode (reacuteduction)

2(g) (aq)

7 Na+ + 1e- ⟶ Na0 E0 = 271 V (aq) (s) Conformeacutement agrave notre tableau de redox lrsquoespegravece qui sera reacuteduite le plus facilement est lrsquoespegravece 5 mais dans une solution aqueuse de sel agrave un pH de 7 les concentrations de H+ seraient trop

(aq)faibles pour en tenir compte agrave 1 x 10-7 molL Par conseacutequent la reacuteaction privileacutegieacutee agrave la cathode serait la reacuteaction no 6

Les reacuteactions drsquoeacutelectrolyse drsquoune solution aqueuse seraient les suivantes

(aq) 2(g)

Cathode (reacuteduction) 2H2O(l) + 2e- ⟶ H0 + 2OH-

2(g) (aq)

Reacuteaction nette 2H2O(l) + 2Cl- ⟶ H0 + 2OH- + Cl0

(aq) 2(g) (aq) 2(g)

Recherche ndash applications des piles eacutelectrolytiquesDans bon nombre de reacuteactions utiles il faut appliquer de lrsquoeacutelectriciteacute pour produire des changements chimiques Proposer aux eacutelegraveves drsquoeffectuer une recherche sur les applications des piles eacutelectrolytiques Si lrsquoon en croit les meacutedias les piles agrave combustible (des piles eacutelectrochimiques) seraient la source drsquoeacutenergie de lrsquoavenir Plusieurs manuels fournissent de lrsquoinformation theacutematique sur ce type de pile Eacutelaborer des critegraveres drsquoeacutevaluation avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient porter autant sur le contenu que sur les eacuteleacutements de la preacutesentation et devraient ecirctre semblables peu importe le type de preacutesentation choisi par les eacutelegraveves

bull Lrsquoeacutelectrolyse de solutions aqueuses (solutions satureacutees de chlorure de sodiumNaCl) est utiliseacutee pour la purification de lrsquoeau et lrsquoextraction drsquohydroxyde de sodium drsquohydrogegravene et de chlore (aussi connue sous le nom de laquo proceacutedeacute chloroalcalin raquo)

bull Lrsquoeacutelectrolyse du sodium fondu dans une pile Downs est utiliseacutee pour obtenir du sodium eacuteleacutementaire et du chlore gazeux

bull Lrsquoeacutelectrolyse de lrsquooxyde drsquoaluminium produit du raffinage du minerai de bauxite permet drsquoobtenir de lrsquoaluminium meacutetalliquebull Lrsquoextraction est le proceacutedeacute qui permet drsquoobtenir un meacutetal agrave partir drsquoun minerai Les meacutetaux reacuteactifs comme le lithium le beacuteryllium le magneacutesium le calcium et le radium sont extraits par un proceacutedeacute industriel drsquoeacutelectrolyse de leurs chlorures fondus

bull Lrsquoextraction est suivie drsquoun raffinage ou drsquoune purification qui permet drsquoenlever les impureteacutes par voie eacutelectrolytique pour produire un meacutetal pur comme le cuivre ou le nickel Le degreacute de pureteacute reacutesultant atteint 9999

bull La galvanoplastie permet de recouvrir un objet drsquoune mince couche drsquoun meacutetal comme le cuivre ou lrsquoargent pour le proteacuteger ou le deacutecorerbull La galvanisation est un proceacutedeacute ougrave le fer est recouvert drsquoune couche de zinc protectricebull La protection cathodique est une meacutethode permettant drsquoeacuteviter la rouille (lrsquooxydation) ougrave

un meacutetal reacuteactif (lrsquoanode sacrificielle) est lieacute agrave un objet Ce proceacutedeacute est utiliseacute pour proteacuteger les coques de navire les pipelines peacutetroliers et gaziers les moteurs de navire la tuyauterie souterraine en fer et les reacuteservoirs de stockage drsquoessence

Construction drsquoune pile eacutelectrolytiqueInviter les eacutelegraveves agrave construire une pile eacutelectrolytique agrave lrsquoaide drsquoune solution de sulfate de cuivre(II) drsquoune lame de cuivre meacutetallique drsquoune piegravece de cinq sous ou de vingt-cinq sous et drsquoune pile de 6 V Le cuivre de la solution se deacuteposera sur la piegravece de cinq sous (nickel) En inversant le courant le cuivre plaqueacute se deacutetache du nickel

En fin

Inviter les eacutelegraveves agrave dresser un cadre de comparaison pour les piles eacutelectrolytiques et les piles eacutelectrochimiques

1Proposer aux eacutelegraveves de calculer le potentiel de piles eacutelectrolytiques

2Demander aux eacutelegraveves de tracer le diagramme drsquoune pile eacutelectrolytique et drsquoindiquer les eacutelectrodes positive et neacutegative lrsquoanode et la cathode les demi-reacuteactions en jeu la direction du deacuteplacement des eacutelectrons la direction du flux drsquoions les solutions utiliseacutees la reacuteaction nette lrsquoeacutelectrode qui sera eacuterodeacutee et celle qui sera plaqueacutee

3Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer le fonctionnement complet drsquoune pile eacutelectrolytique opeacuterationnelle dans les trois modes de repreacutesentation visuel particulaire (moleacuteculaire) et symbolique

4Eacutevaluer les recherches des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des critegraveres eacutetablis

C12-6-12 reacutesoudre des problegravemes comprenant des piles eacutelectrolytiques agrave lrsquoaide de la loi de Faraday

RAG D3

C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension des concepts en chimie par exemple employer un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave

une autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs

RAG D3

RAG A1 A4

Bloc F Reacutesolution de problegravemes

En tecircte

Tel qursquoon lrsquoa mentionneacute dans un reacutesultat drsquoapprentissage preacuteceacutedent les eacutelegraveves ont discuteacute drsquoeacutelectriciteacute en deacutetail dans le cours de sciences de 10e anneacutee Ils ont appris notamment que la quantiteacute drsquoeacutelectriciteacute est eacutegale au produit de lrsquointensiteacute du courant par le temps Veacuterifier les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves et revoir ces concepts au besoin

En quecircte

Enseignement direct ndash la loi de FaradayExpliquer aux eacutelegraveves la loi de Faraday (voir Chimie 12 p 538-539 ou Chimie 11-12 p 653-654) Michael Faraday (1791-1867) a meneacute des expeacuteriences intensives afin de deacuteterminer la relation stœchiomeacutetrique entre la charge eacutelectrique et lrsquoeacutenergie chimique Il a eacutetabli que la quantiteacute de substance produite ou consommeacutee dans une reacuteaction drsquoeacutelectrolyse est directement proportionnelle agrave la quantiteacute drsquoeacutelectriciteacute qui circule dans le circuit Un ampegravere est deacutefini comme eacutetant 1 coulomb circulant dans un conducteur en 1 seconde Intensiteacute de courant eacutelectrique = coulombsseconde ou formuleacutee comme suit

Q = It

ougrave Q = charge (coulombs) I = intensiteacute de courant (ampegraveres) t = temps (secondes)

Faraday a deacutefini sa constante comme eacutetant la quantiteacute drsquoeacutelectriciteacute transporteacutee par une mole drsquoeacutelectrons

1 faraday = nombre drsquoAvogadro times charge eacutelectrique drsquoun eacutelectron = 602 1023mole-1 times 1602 192 10-19 coulombseacutelectron-1

= 96 484 coulombsmole drsquoeacutelectronsndash1 (habituellement arrondi en chimie) = 96 500 coulombsmole drsquoeacutelectrons La combinaison de ces deux relations fournit au chimiste une meacutethode simplifieacutee pour calculer la quantiteacute drsquoeacutelectriciteacute neacutecessaire pour produire une mole drsquoun produit agrave une eacutelectrode donneacutee Clsquoest habituellement la cathode qui nous inteacuteresse le plus car crsquoest lagrave que se deacutepose le solide

Moles drsquoeacutelectrons = amp times sec

96 500

Selon le problegraveme on utilise des uniteacutes diffeacuterentes pour 96 500

96 500 amp∙s mole drsquoeacutelectrons

OU 96 500 coulombsmole drsquoeacutelectrons

On peut utiliser lrsquoanalyse des uniteacutes pour confirmer les calculs et les uniteacutes approprieacutees

Faire remarquer aux eacutelegraveves le caractegravere proportionnel de la charge ionique par rapport au nombre de grammes libeacutereacutes (deacuteposeacutes) agrave partir drsquoune solution (sel fondu ou aqueux) durant le passage drsquoune (1) mole drsquoeacutelectrons

Le tableau ci-dessous illustre la relation entre le nombre de moles drsquoeacutelectrons et les reacuteactions des demi-piles

Sel fondu ou en solution

Ion Nombre drsquooxydation

Grammes drsquoeacuteleacutement produits (poids en eacutequivalents-grammes)

NaCl Na+ +1 23 g de Nafaraday

HCl Cl- -1 355 g de Clfaraday

MgCl2 Mg2+ +2 122 g de Mgfaraday(2432)

Al2(SO4)3 Al3+ +3 9 g drsquoAlfaraday (273)

Soulignons qursquoavec Mg2+ il faut deux fois plus de moles drsquoeacutelectrons (drsquoeacutelectriciteacute) pour libeacuterer une mole de Mg qursquoune mole de Na Comme il y a une mole drsquoeacutelectrons dans un faraday seule la moitieacute de la mole (ou 122 g) de Mg meacutetallique sera deacuteposeacutee Il faut 1 faraday (96 500 coulombs) pour libeacuterer 1 mole drsquoions Na+ 2 faradays drsquoeacutelectriciteacute pour libeacuterer 1 mole drsquoions Mg2+ et 3 faradays pour libeacuterer 1 mole drsquoions Al3+

Reacutesolution de problegravemesInviter les eacutelegraveves agrave reacutesoudre des problegravemes comprenant le produit de solubiliteacute Leur montrer quelques exemples

1 Combien de coulombs de courant eacutelectrique seraient produits srsquoil y avait un courant de 120 A circulant pendant 150 minutes

Solution Q = I∆t Q = ampegraveres times secondes Q = 120 A times 150 min times 60 sec fraslmin Q = 10 800 C

2 Si un courant de 785 A circule agrave travers une solution de chlorure de cuivre(I) fondu pendant 450 minutes combien de moles drsquoeacutelectrons auront circuleacute dans la pile

Solution Demi-reacuteaction Cu+ + 1e- ⟶ Cu0 moles drsquoeacutelectrons = A times s

96 500

moles drsquoeacutelectrons = 785 A times 45 min times 60 s

96 500 A ∙ s ∙ mole drsquoeacutelectrons-1 ∙ min

mole drsquoeacutelectrons = 0220

3 Calcule le nombre de grammes de zinc deacuteposeacutes si 500 moles drsquoeacutelectrons circulent agrave travers une solution de sulfate de zinc Solution 1 Eacutecrire la demi-reacuteaction de reacuteduction

Zn2+ + 2e- ⟶ Zn

2 Utiliser le rapport des moles de la reacuteaction

2 moles drsquoeacutelectrons ⟶ 1 mole de zinc meacutetallique 5 moles ⟶ x moles x = 250 mol 6538 g molndash1 ou 16345 g (164 g avec 3 chiffres significatifs)

4 Si 900 A circulent pendant 100 min dans une solution de fluorure drsquoargent fondu quelle sera la masse drsquoargent meacutetallique deacuteposeacutee agrave la cathode

Solution La reacuteaction agrave la cathode est la suivante Ag+ + 1e- ⟶ Ag0

(aq) (s)

Donc selon la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction 1 mole drsquoeacutelectrons produit 1 mole drsquoAg meacutetallique moles drsquoeacutelectrons = A times s

96 500

mole drsquoeacutelectrons = 00560 = moles drsquoAg

masse drsquoAg = 00560 mol drsquoAg times 1079 g

masse drsquoAg = 604 g (3 chiffres significatifs)

Ne pas oublier de demander aux eacutelegraveves de preacutesenter les projets relatifs aux reacuteactions drsquooxydoreacuteduction qursquoils ont commenceacutes au regroupement 1 laquo Les reacuteactions en solution aqueuse raquo

Activiteacute de laboratoireProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une expeacuterience de laboratoire dans laquelle une solution drsquoiodure de potassium est eacutelectrolyseacutee agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes de carbone

En fin

1Inviter les eacutelegraveves agrave reacutediger un compte rendu des divers usages industriels des piles eacutelectrolytiques

2Demander aux eacutelegraveves de discuter des effets environnementaux de lrsquoutilisation drsquoune pile eacutelectrochimique servant agrave la production drsquoeacuteleacutements purs

1Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes semblables agrave ceux qui sont preacutesenteacutes dans la section laquo En quecircte raquo

Exemples

- trouver la masse agrave partir des donneacutees fournies pour la reacuteaction agrave la cathode lrsquointensiteacute ducourant eacutelectrique et le temps

- trouver le temps requis pour deacuteposer une masse donneacutee de meacutetal agrave la cathode comptetenu de lrsquointensiteacute du courant et du cation en jeu

- trouver lrsquointensiteacute du courant eacutelectrique requis pour deacuteposer une masse donneacutee de meacutetal agravela cathode pour un laps de temps donneacute

- trouver le volume de gaz produit agrave lrsquoanode compte tenu de lrsquointensiteacute du courant de la peacuteriode de reacuteaction et de la quantiteacute de gaz produit agrave une tempeacuterature et agrave une pressiondonneacutees

Liste des annexes

ANNEXE 1 Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction659 ANNEXE 2 Expeacuterience ndash Seacuterie drsquoactiviteacute666

ANNEXE 3 Potentiels standard de reacuteduction668

ANNEXE 4 Tableaux des potentiels standard de reacuteduction ndash Renseignements pour lrsquoenseignant669

ANNEXE 5 Luigi Galvani et Alessandro Volta670

ANNEXE 6 Expeacuterience ndash La pile voltaiumlque 671

ANNEXE 7 Lrsquoeacutelectrolyse ndash Renseignements pour lrsquoenseignant682

ANNEXE 1 Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction

Introduction

bull Lorsque le sulfure drsquoargent de couleur noire se forme sur des bijoux en argent une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction srsquoest produite

bull Lorsque la rouille se forme sur une voiture une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction srsquoest produite bull La pile qui alimente ton iPod fonctionne gracircce agrave une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

bull Lorsque lrsquoessence subit une reacuteaction de combustion avec lrsquooxygegravene et fait fonctionner ta voiture une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction srsquoest produite

bull Lorsque le gaz naturel qui sert agrave chauffer des maisons au Manitoba reacuteagit avec de lrsquooxygegravene une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction srsquoest produite

bull La photosynthegravese qui srsquoopegravere dans les plantes pour produire lrsquooxygegravene que nous respirons est une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction sont souvent la cause de plusieurs reacuteactions chimiques qui peuvent ecirctre observeacutees quotidiennement

Il existe plusieurs types de reacuteactions chimiques la synthegravese la deacutecomposition le deacuteplacement simple le deacuteplacement double la combustion la reacuteaction entre un acide et une base La plupart de ces reacuteactions (sauf les reacuteactions de deacuteplacement double et les reacuteactions entre les acides et les bases) sont des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction Lorsqursquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction survient il y a une reacuteaction drsquooxydation (une perte drsquoeacutelectrons) et une reacuteaction de reacuteduction (un gain drsquoeacutelectrons) Le degreacute drsquooxydation est utile pour deacuteterminer si une reacuteaction est une oxydoreacuteduction ou non Lorsqursquoun changement du degreacute drsquooxydation se manifeste pendant une reacuteaction il srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Srsquoil nrsquoy a aucun changement au degreacute drsquooxydation il ne srsquoagit pas drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Voici un reacutesumeacute des diffeacuterents types de reacuteactions chimiques

1 Synthegravese Exemple lrsquoargent qui se ternit et forme du sulfure drsquoargent 2Ag + S rarr Ag2S

2 Deacutecomposition Exemple eacutelectrolyse de lrsquoeau 2H2O rarr 2H2+ O2

3 Deacuteplacement simple Exemple formation du carbonate de zinc (utiliseacute dans les eacutecrans solaires)

Zn + H2CO3 rarr H2+ ZnCO3

4 Deacuteplacement double Exemple formation du sulfate de baryum (utiliseacute pour les rayons X)

BaCO3 + Na2SO4 rarr BaSO4 + Na2CO3

5 Combustion des hydrocarbures Exemple combustion du meacutethane

CH4 + O2 rarr CO2 + H2O Les produits sont TOUJOURS le CO2 et le H2O

6 La reacuteaction acido-basique Cette reacuteaction est une forme de deacuteplacement double ougrave un acide reacuteagit avec une base (on

nomme aussi cette reacuteaction la neutralisation)

Exemple reacuteaction entre le lait de magneacutesie et lrsquoacide chlorhydrique (neutralisation de lrsquoacide gastrique)

Mg(OH)2 + 2HCl rarr MgCl2 + 2H2O Les produits sont TOUJOURS un sel (composeacute ionique) et de lrsquoeau Reacuteaction drsquooxydoreacuteduction ou non Utilise le degreacute drsquooxydation pour deacuteterminer si la reacuteaction est une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction ou non Les regravegles sur les nombres drsquooxydation sont fournies agrave la fin de lrsquoannexe

Reacuteaction drsquooxydoreacuteduction reacuteaction chimique (oxydation et reacuteduction) durant laquelle il y a un changement de lrsquoeacutetat drsquooxydation

Reacuteaction drsquooxydation reacuteaction chimique durant laquelle lrsquoeacutetat drsquooxydation drsquoun eacuteleacutement augmente (lrsquoatome ou lrsquoion perd des eacutelectrons) oxydation 0 +1Exemple 2Na + Cl2 rarr 2NaCl (le Na se fait oxyder)

Reacuteaction de reacuteduction reacuteaction chimique ougrave lrsquoeacutetat drsquooxydation drsquoun eacuteleacutement diminue (lrsquoatome ou lrsquoion gagne des eacutelectrons)

reacuteduction 0 -1Exemple 2Na + Cl2 rarr 2NaCl (le Cl est reacuteduit)

REMARQUE lrsquooxydation ne peut se produire sans reacuteduction

Perte drsquoeacutelectrons = oxydation gain drsquoeacutelectrons = reacuteductionTruc mneacutemonique OXPER REacuteGAIN

Agent oxydant substance qui cause lrsquooxydation drsquoune autre espegravece (contient la substance qui est reacuteduite)

Agent reacuteducteur substance qui cause la reacuteduction drsquoune autre espegravece (contient la substance qui est oxydeacutee)

Si oxydeacute rarr agent reacuteducteur Si reacuteduit rarr agent oxydant

0 0 +1 -1Exemple 2Al + 3Cl2 rarr 2AlCl3

Al est oxydeacute Al est lrsquoagent reacuteducteurCl est reacuteduit Cl est lrsquoagent oxydant 0 +2 -1 +2 -1 0Exemple Zn + CuCl2 rarr ZnCl2 + Cu

Zn est oxydeacute Zn est le reacuteducteurCu est reacuteduit CuCl2 est lrsquooxydant

REMARQUE srsquoil nrsquoy a aucun changement du degreacute drsquooxydation il ne srsquoagit pas drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Objectifs bull reconnaicirctre les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction bull reconnaicirctre les substances reacuteduites et oxydeacutees ainsi que les oxydants et les reacuteducteurs dans une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction

Pour cette activiteacute de laboratoire tu vas observer une seacuterie de deacutemonstrations et faire quelques activiteacutes pratiques Deacutecris briegravevement tes observations pour chaque reacuteaction et eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee Pour chaque eacutequation effectue une analyse en faisant ce qui suit

1 Assigne un nombre drsquooxydation agrave tous les atomes de lrsquoeacutequation 2 Identifie lrsquoeacuteleacutement oxydeacute et lrsquoeacuteleacutement reacuteduit (srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction) 3 Identifie lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur (srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction)

Mateacuteriel (par activiteacute ou expeacuterience)1 Aucun2 Morceau de zinc eacuteprouvette 3 mL de HCl 60 molL eacuteclisse de bois allumettes3 Na2S 10 molL Pb(NO3)2 10 molL petite eacuteprouvette4 Hotte morceau de cuivre beacutecher de 100 mL 5 mL de HNO3 160 molL eau distilleacutee5 18 de cuilleacutereacutee de zinc 18 de cuilleacutereacutee drsquoiode petite eacuteprouvette beacutecher de 250 mL trois gouttes drsquoeau distilleacutee6 KI 10 molL Pb(NO3)2 10 molL petite eacuteprouvette

1 La combustion du gaz naturel (CH4 en preacutesence drsquooxygegravene)

Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la combustion du meacutethane et deacutetermine srsquoil srsquoagit drsquoune oxydoreacuteduction agrave lrsquoaide des nombres drsquooxydation Il ne sera pas neacutecessaire de noter des observations pour cette reacuteaction puisque tu ne feras pas drsquoactiviteacute de laboratoire pour cette reacuteaction

Eacutecris aussi lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la combustion du propane (C3H8) et lrsquoessence (C8H18) Il nrsquoest pas neacutecessaire de faire une analyse des nombres drsquooxydation pour ces eacutequations

Voici un site qui montre une animation de la combustion dans un engin de voiture httpwwwyoutubecomwatchv=OXd1PlGur8Mampfeature=related (site en anglais)

2 Reacuteaction entre lrsquoacide chlorhydrique et le zinc Place un morceau de zinc dans une eacuteprouvette qui contient 3 mL drsquoune solution de HCl 60 molL Note tes observations Veacuterifie la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit drsquohydrogegravene tu devrais entendre un leacuteger eacuteclatement Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour les deux reacuteactions chimiques ci-dessous et assigne un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Srsquoagit-il drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Si oui identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

a) Reacuteaction entre le zinc et lrsquoacide chlorhydrique

b) Reacuteaction entre lrsquohydrogegravene gazeux produit et lrsquooxygegravene

Animation de meacutetaux reacuteagissant avec lrsquoacide chlorhydrique (voir lrsquoactiviteacute 4) httpwwwchemiastateedugroupGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesredoxhomehtml (site en anglais)

3 Reacuteaction entre le sulfure de sodium et le nitrate de plomb(II) Remplis une petite eacuteprouvette agrave frac14 avec la solution de sulfure de sodium 10 molLAjoute deux gouttes de nitrate de plomb(II) 10 molL Note tes observationsEacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique Attribue un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement et deacutetermine srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteductionSi oui identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Information sur le sulfure de plomb(II) (PbS) Le sulfure de plomb (ou la galegravene) ressemble beaucoup au plomb mais il srsquoagit drsquoun composeacute avec une structure cristalline identique agrave celle du sel de table

4 Reacuteaction entre lrsquoacide nitrique et le cuivreSous la hotte place un morceau de cuivre dans un beacutecher de 100 mL contenant 5 mL drsquoune solution de HNO3 160 molL Note tes observations Lorsque la reacuteaction est termineacutee remplis le beacutecher avec de lrsquoeau distilleacutee et laisse-le sous la hotte NE SORS PAS LE BEacuteCHER DE LA HOTTE Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique Attribue un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement et deacutetermine srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Si oui identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Reacuteaction entre lrsquoacide nitrique et le cuivre httpvideocoursgratuitsnet200p-chimie-acide-nitrique-et-metal-cuivrephp

Ton enseignant preacutesentera peut-ecirctre cette reacuteaction comme deacutemonstration

5 Reacuteaction entre le zinc et lrsquoiodeSous la hotte meacutelange 18 de cuilleacutereacutee de zinc avec 18 de cuilleacutereacutee drsquoiode dans une petite eacuteprouvette bien segraveche Agite leacutegegraverement pour meacutelanger les substances Place lrsquoeacuteprouvette dans un beacutecher de 250 mL Ajoute trois gouttes drsquoeau distilleacutee Note tes observations Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique Attribue un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement et deacutetermine srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Si oui identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

6 Reacuteaction entre le nitrate de plomb(II) et lrsquoiodure de potassiumRemplis une petite eacuteprouvette au quart avec une solution drsquoiodure de potassium 10 molLAjoute deux gouttes drsquoune solution de nitrate de plomb(II) 10 molLNote tes observations Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique Assigne un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement et deacutetermine srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Si oui identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur

Regravegles sur les nombres drsquooxydation

Regravegle 1 Le nombre drsquooxydation de tout atome libre (ou de ses multiples) est 0

Exemple C = 0 H2 = 0 O2 = 0 Regravegle 2 Le nombre drsquooxydation drsquoun ion (simple ou complexe) correspond agrave la charge ionique

Exemple Na+ = +1 P3+ = +3 S2- = -2

Regravegle 3 Dans un composeacute la somme de tous les nombres drsquooxydation de chaque partie doit ecirctre eacutegale agrave la charge totale de ce composeacute ou cet ion complexe

Exemple NaCl CaCl2 SO2-

+1 -1 +2 -2 +6 ndash2 ndash2 ndash2 ndash2 = -2

Regravegle 4 Le nombre drsquooxydation de lrsquohydrogegravene est +1 sauf dans les hydrures meacutetalliques ougrave H repreacutesente lrsquoanion (p ex CaH2 ou LiH) dans ces cas le nombre drsquooxydation de H est de -1

Regravegle 5 Le nombre drsquooxydation de lrsquooxygegravene est -2 sauf dans les peroxydes (H2O2 Na2O2) ougrave il vaut -1 et lorsque lrsquooxygegravene est combineacute au fluor (O = +2)

Regravegle 8 Dans la plupart des cas le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements de la 17e colonne du tableau peacuteriodique (groupe VIIA) est -1

Le composeacute Ni2(SO4)3 contient les ions Ni3+ et SO42-

Puisque le nombre drsquooxydation de lrsquooxygegravene est -2 selon la regravegle 5 (pour une charge totale de -8) S doit ecirctre +6 afin que la charge soit de -2 pour lrsquoion sulfate

+6-2devient

+3 +6-2Ni2 (SO4)3 Ni2 (SO4)3

+18-24 +6 +18-24

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Redox Reaction ndash REDOX or NOT raquo Chemistry Teaching Resources httpwwwumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 16 juillet 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

ANNEXE 2 Expeacuterience ndash Seacuterie drsquoactiviteacute

ObjectifPour cette activiteacute de laboratoire qualitative tu vas placer des gouttes de diffeacuterentes solutions sur des lames de meacutetaux varieacutes et tu vas observer srsquoil y a une reacuteaction ou non Chaque solution aura un ion aqueux qui correspond agrave une des lames de meacutetal

Mateacuteriel bull lames de meacutetal de 19 mm x 125 mm des meacutetaux suivants - Aluminium (Al) - Cuivre (Cu) - Zinc (Zn) - Fer (Fe) - Autres bull solutions 020 molL de Al(NO3 )3 Cu(NO3 )2 Fe(NO3 )3 Zn(NO3 )2 ou autres nitrates avec cations qui correspondent aux autres meacutetaux utiliseacutes comme Pb(s) et Pb(NO3 )2 bull compte-gouttes flacon compte-gouttes ou pipette bull laine drsquoacier ou papier sableacutebull crayonsbull bouteille drsquoeaubull serviettes de papier

Deacutemarche 1 Procure-toi des eacutechantillons de solutions 02 molL de Al(NO3)3 Cu(NO3)2 Fe(NO3)3 et Zn(NO3)22 Agrave lrsquoaide de la laine drsquoacier ou du papier sableacute frotte doucement les deux tiers drsquoun cocircteacute de la lame meacutetallique afin drsquoy enlever tout produit drsquooxydoreacuteduction ou de saleteacute Place le

reacutesidu dans une poubelle 3 Agrave lrsquoaide drsquoun crayon trace des cercles drsquoenviron 7 mm sur les surfaces nettoyeacutees des lames

de meacutetal 4 Place les lames sur une serviette de papier les cercles traceacutes vers le haut 5 Place deux gouttes drsquoune des solutions sur un des cercles Attends quelques secondes puis note toute observation 6 Rince et segraveche les lames de meacutetal 7 Reacutepegravete le processus avec chaque solution en utilisant un cercle distinct chaque fois et note tes observations

Attention bull Les produits chimiques utiliseacutes pour cette

activiteacute sont des oxydants et doivent ecirctre manipuleacutes avec prudence

bull Porte des lunettes de seacutecuriteacute des gants et un tablier ou un sarrau

bull Consulte les fiches signaleacutetiques pour des renseignements suppleacutementaires sur les produits utiliseacutes

ObservationsDans un tableau de donneacutees semblable agrave celui-ci note tes observations et indique srsquoil y a eu une reacuteaction ou non

Agent reacuteducteur Agent oxydant

Al(aq)3+ Cu(aq)

2+ Fe(aq)3+ Zn(aq)

2+ Al(s) Cu(s) Fe(s) Zn(s)

1 Agrave partir des observations

- Eacutecris les eacutequations ioniques nettes pour chaque reacuteaction qui srsquoest produite Identifie lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur la substance oxydeacutee et la substance reacuteduite

- Creacutee une liste de demi-reacuteactions de reacuteduction pour chaque agent oxydant en les placcedilant de lrsquooxydant le plus puissant au plus faible Explique pourquoi tu as placeacute les demi-reacuteactions dans lrsquoordre choisi

2 Quel meacutetal serait le plus vulneacuterable agrave la corrosion Explique ta reacuteponse

3 On utilise le zinc pour recouvrir des objets tels que des clous en fer agrave lrsquoaide drsquoun processus nommeacute galvanisation Qursquoest-ce que cela accomplit

4 Trouve les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute pour les meacutetaux utiliseacutes dans lrsquoactiviteacute de laboratoire Quel est le lien entre ces valeurs et tes observations

5 Trouve une faccedilon qui te permettrait de deacuteterminer de faccedilon expeacuterimentale le degreacute drsquooxydation des substances utiliseacutees dans cette activiteacute de laboratoire

ANNEXE 3 Potentiels standard de reacuteduction

Espegravece ayant le plus drsquoaffiniteacute

pour les eacutelectrons

Espegravece la plus facilement reacuteduite

Agent oxydant le

plus fort

Espegravece ayant le moins drsquoaffiniteacute

Espegravece la moins facilement reacuteduite

Agent oxydant le

plus faible

Demi-reacuteaction E (volts)

Agent reacuteducteur le plus faible

Espegravece la moins

facilement oxydeacutee

Espegravece la plus facilement oxydeacutee

Agent reacuteducteur

le plus fort

F2 (g) + 2e- rarr 2F(aq)- +287

H2O2 (aq)- + 2H(aq)

+ + 2e- rarr 2H2O(l) +177 MnO4 (aq) + 8H(aq)

+ + 5e- rarr Mn(aq)2+ + 4H2O(l) +152

Au(aq)3+ + 3e- rarr Au(s) +150

Cl2 (g) + 2e- rarr 2Cl(aq)- +136

Cr2O7 (aq)2- + 14 H(aq)

+ + 6e- rarr 2Cr(aq)3+ + 7H2O(l) +133

MnO2 (aq) + 4H(aq)+ + 2e- rarr Mn(aq)

2+ + 2H2O(l) +128 1

2 O2 (g) + 2H(aq)+ + 2e-rarrH2O(l) +123

Br2 + 2e- rarr 2Br(aq)- +106

AuCl4 (aq)- + 3e-rarr Au(s) + 4Cl(aq)

- +100 NO3 (aq)

- + 4H(aq)+ + 3e- rarr NO(g)+2H2O(l) +096

Ag(aq)+ + e- rarr Ag(s) +080

12 Hg2 (aq)

2+ +e- rarrHg(l) +079

Hg2 (aq)2+ +2e- rarrHg(l) +078

NO3 (aq)- + 2H(aq)

+ + e- rarr NO2 (g)+H2O(l) +078 Fe(aq)

3+ + e- rarr Fe(aq)2+ +077

O2 (g) + 2H(aq)+ + 2e-rarrH2O2 (aq) +068

I2 (s) + 2e- rarr 2I(aq)- +053

Cu(aq)+ + e- rarr Cu(s) +052

Cu(aq)2+ + 2e- rarr Cu(s) +034

SO4 (aq)2- + 4H(aq)

+ + 2e- rarr SO2 (g)+2H2O(l) +017 Cu(aq)

2+ + e- rarr Cu(aq)+ +015

Sn(aq)4+ + 2e- rarr Sn(aq)

2+ +015 S(s) + 2H(aq)

+ + 2e- rarr H2S(g) +014 2H(aq)

+ + 2e- rarr H2 (g) 000 Pb(aq)

2+ +2e- rarrPb(s) -013 Sn(aq)

2+ +2e- rarrSn(s) -014 Ni(aq)

2+ +2e- rarrNi(s) -025 Co(aq)

2+ +2e- rarrCo(s) -028 Se(s) + 2H(aq)

+ + 2e-rarrH2Se(g) -040 Cr(aq)

3+ + e- rarr Cr(aq)2+ -041

Fe(aq)2+ +2e- rarrFe(s) -044

Ag2S(s) + 2e- rarr 2Ag(s) + S(aq)2- -069

Te(s) + 2H(aq)+ + 2e-rarrH2Te(g) -072

Cr(aq)3+ +3e- rarrCr(s) -074

Zn(aq)2+ +2e- rarrZn(s) -076

2H2O(l) + 2e-rarr2OH(aq)- + H2 (g) -083

Mn(aq)2+ +2e- rarrMn(s) -118

Al(aq)3+ + 3e- rarrAl(s) -166

Mg(aq)2+ +2e- rarrMg(s) -237

Na(aq)+ + e- rarrNa(s) -271

Ca(aq)2+ +2e- rarrCa(s) -287

Sr(aq)2+ +2e- rarrSr(s) -289

Ba(aq)2+ +2e- rarrBa(s) -290

Cs(aq)+ +e- rarrCs(s) -292

K(aq)+ +e- rarrK(s) -292

Rb(aq)+ +e- rarrRb(s) -292

Li(aq)+ +e- rarrLi(s) -300

ANNEXE 4 Tableaux des potentiels standard de reacuteduction ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

Certains manuels preacutesentent un tableau des potentiels standard de reacuteduction dans lequel la demi-reacuteaction au haut du tableau est lrsquoion lithium qui est reacuteduit agrave lrsquoatome lithium La reacuteaction du fluor est placeacutee dans le bas du tableau

La tendance drsquoune substance agrave gagner des eacutelectrons se nomme le potentiel de reacuteduction (Eo) Puisque chaque reacuteduction doit ecirctre accompagneacutee drsquoune oxydation les scientifiques ont convenu de preacutesenter ces demi-reacuteactions sous forme de reacuteduction Ils ont aussi choisi une substance standard avec laquelle on pouvait comparer le potentiel de reacuteduction Lrsquohydrogegravene a eacuteteacute choisi pour la reacuteaction standard Son potentiel a donc une valeur de zeacutero Les valeurs pour le reste du tableau ont eacuteteacute deacutetermineacutees de faccedilon expeacuterimentale en faisant reacuteagir des substances avec lrsquohydrogegravene agrave des concentrations de 1 molL et agrave TAPN

Voici ce qursquoil faut savoir lorsqursquoon utilise un tableau des potentiels standard de reacuteduction 1 Les potentiels de reacuteduction deacutependent de la concentration des reacuteactifs et des produits

et non de la quantiteacute Cela signifie que les coefficients stœchiomeacutetriques ne changent pas la diffeacuterence de potentiel de la demi-reacuteaction

Exemple Ag+ + e- rarr Ag(s) Eo = 080 V 2Ag+ + 2e- rarr 2Ag(s) Eo = 080 V

2 Les demi-reacuteactions sont eacutecrites sous forme de reacuteduction

3 Les demi-reacuteactions peuvent se produire dans une direction ou dans lrsquoautre En inversant la direction on transforme la reacuteaction en oxydation et on inverse le signe positif ou neacutegatif de Eo

4 Une valeur positive de Eo signifie que la substance est facilement reacuteduite Plus la valeur positive augmente plus la substance est facilement reacuteduite Si la valeur de Eo est neacutegative la substance est facilement oxydeacutee Plus la valeur neacutegative augmente plus la substance est facilement oxydeacutee 5 Une valeur neacutegative de Eo signifie que la substance nrsquoest pas facilement reacuteduite Plus la valeur est neacutegative plus la substance est facilement oxydeacutee

6 Une substance avec une valeur plus positive de Eo va oxyder une substance ayant une valeur moins positive de Eo

ANNEXE 5 Luigi Galvani et Alessandro Volta

Luigi Galvani (1737-1798) a deacutecouvert qursquoun muscle peut se contracter sous lrsquoeffet drsquoune stimulation eacutelectrique Galvani pensait que lrsquoeacutelectriciteacute eacutetait une laquo entiteacute raquo naturelle qui se manifestait uniquement chez les animaux On savait deacutejagrave qursquoune charge eacutelectrique appliqueacutee agrave la moelle eacutepiniegravere drsquoune grenouille pouvait provoquer des spasmes musculaires dans tout le corps Des charges eacutelectriques pouvaient faire sauter une patte de grenouille mecircme apregraves que le membre eut eacuteteacute amputeacute Un jour alors que Galvani sectionnait la patte de la grenouille son scalpel drsquoacier est entreacute en contact avec un crochet de laiton qui retenait la patte en place produisant des secousses musculaires rapides Drsquoautres expeacuteriences ont permis de confirmer cet effet convainquant Galvani que crsquoeacutetait le reacutesultat de ce qursquoil appelait lrsquoeacutelectriciteacute animale la force vitale dans les muscles de la grenouille

Alessandro Volta (1745-1827) un physicien italien avait eacutetudieacute les travaux de Galvani mais il ne pensait pas que lrsquoeacutelectriciteacute eacutetait un pheacutenomegravene exclusif aux animaux et il entreprit de reacutefuter lrsquohypothegravese de Galvani En 1800 apregraves des recherches intensives il mit au point la pile voltaiumlque la premiegravere pile eacutelectrique Cette pile voltaiumlque originale eacutetait composeacutee de disques de zinc et drsquoargent avec entre les disques alterneacutes une pastille de carton ayant trempeacute dans la saumure La pile pouvait produire des eacutetincelles agrave reacutepeacutetition gracircce agrave un fil reliant le disque de zinc du bas au disque drsquoargent du haut Aucune grenouille nrsquoa subi de traumatismes pendant la production de la pile voltaiumlque Ce dispositif a permis de deacutemontrer la fausseteacute de lrsquohypothegravese du fluide eacutelectrique animal avanceacutee par Galvani Le deacutebat entre Galvani et Volta est consideacutereacute comme lrsquoun des eacutepisodes les plus inteacuteressants de lrsquohistoire de la science

ANNEXE 6 Expeacuterience ndash La pile voltaiumlqueIntroductionImagine que tu as un camion de transport avec un reacuteservoir fait de nickel Pourrais-tu transporter une solution de Fe(SO4)3 dans ce reacuteservoir Un chimiste nrsquoy songerait pas puisque les ions de fer (Fe3+) reacuteagissent spontaneacutement avec le nickel et donc causeraient la deacutesinteacutegration du reacuteservoir

Les reacuteactions spontaneacutees ne posent pas toutes des problegravemes Elles ont meneacute agrave la fabrication de divers types de piles qui font fonctionner les montres les teacuteleacutephones cellulaires les lecteurs MP3 les prothegraveses auditives les calculatrices les ouvre-porte de garage etc Nous devrions peut-ecirctre remercier la contraction musculaire drsquoune cuisse de grenouille qui a meneacute agrave la deacutecouverte de la pile eacutelectrochimique

Histoire de la pileVers la fin du 18e siegravecle Luigi Galvani a observeacute que lrsquoaction de deux meacutetaux diffeacuterents produisait un courant eacutelectrique causant la contraction de muscles dans une cuisse de grenouille Il croyait que ce pheacutenomegravene eacutetait causeacute par une laquo eacutelectriciteacute animale raquo

Les piles existaient peut-ecirctre bien avant cette deacutecouverte En effet un bocal en argile (dateacute entre 250 AEC et 640 EC) contenant une tige drsquoacier entoureacutee drsquoun cylindre de cuivre fut deacutecouvert en 1936 pregraves de Bagdad En remplissant le bocal avec une solution eacutelectrolytique (p ex du vinaigre du vin ou du jus de citron) lrsquoappareil peut produire un potentiel drsquoenviron 1 V Cependant plusieurs scientifiques nrsquoacceptent pas cette theacuteorie car on ne sait toujours pas agrave quoi elle aurait pu servir Elle aurait pu ecirctre utiliseacutee pour plaquer des objets avec des meacutetaux preacutecieux et certains pensent que les Eacutegyptiens auraient plaqueacute de lrsquoantimoine sur des objets de cuivre il y a plus de 4300 ans

Crsquoest Alessandro Volta qui a inventeacute la premiegravere pile eacutelectrique moderne en 1800 Il a prouveacute qursquoun courant eacutelectrique est geacuteneacutereacute lorsque certains meacutetaux et produits chimiques entrent en contact

Agrave cette eacutepoque les piles nrsquoeacutetaient pas rechargeables En 1859 le physicien franccedilais Gaston Planteacute inventa la premiegravere pile rechargeable Cette pile eacutetait composeacutee drsquoeacutelectrodes de plomb baignant dans une solution acide une combinaison encore utiliseacutee de nos jours

Il existe deux types de piles bull Pile eacutelectrochimique (voltaiumlque) appareil qui utilise une reacuteaction chimique spontaneacutee pour

produire un courant eacutelectriquebull Pile eacutelectrolytique (que tu vas eacutetudier dans les prochaines leccedilons) appareil qui utilise un

courant eacutelectrique pour produire une reacuteaction chimique qui ne se produirait pas de faccedilon spontaneacutee (p ex eacutelectrolyse de lrsquoeau)

Les piles eacutelectrochimiques produisent un courant eacutelectrique agrave partir drsquoune reacuteaction chimique spontaneacutee Elles sont formeacutees de deux demi-piles relieacutees qui permettent aux eacutelectrons de se deacuteplacer drsquoune eacutelectrode meacutetallique agrave une autre par lrsquoentremise drsquoun circuit externe et aux ions de se deacuteplacer drsquoune eacutelectrode agrave lrsquoautre par lrsquoentremise drsquoun passage interne (ou pont salin) La demi-pile dans laquelle se produit une reacuteaction drsquooxydation (perte drsquoeacutelectrons) se nomme lrsquoanode La demi-pile dans laquelle se produit une reacuteaction de reacuteduction (gain drsquoeacutelectrons) se nomme la cathode

Il y a reacuteaction drsquooxydoreacuteduction lorsque des eacutelectrons sont perdus par la substance oxydeacutee (lrsquoagent reacuteducteur) et gagneacutes simultaneacutement par la substance reacuteduite (lrsquoagent oxydant) Eacutetudions la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction suivante pour expliquer le transfert des eacutelectrons

Cu2+ + Zn ⟶ Zn2++ Cu

Dans le diagramme suivant chaque beacutecher repreacutesente une demi-pile pour la reacuteaction Cependant puisque les eacutelectrons ne peuvent pas se deacuteplacer drsquoun beacutecher agrave lrsquoautre la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction ne peut avoir lieu

Zinc (Zn)

Zn(NO3)2 Cu(NO3)2

Cuivre (Cu)

Si les eacutelectrodes de zinc et de cuivre eacutetaient relieacutees comme dans le diagramme suivant une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction pourrait avoir lieu puisque les eacutelectrons pourraient voyager par le fil externe

Pile voltaiumlque (avec eacutelectrodes de zinc et de cuivre) avant la reacuteaction

Dans ce diagramme les deux demi-piles sont relieacutees par un pont salin ce qui empecircche les deux solutions drsquoeacutelectrolytes de se meacutelanger mais qui permet le mouvement drsquoions afin de maintenir une neutraliteacute eacutelectrique Cette pile est repreacutesenteacutee comme suit Zn|Zn (NO3)2 ∥Cu|Cu(NO3)2 La ligne simple (|) repreacutesente la frontiegravere entre la solution et lrsquoeacutelectrode La ligne double (∥) repreacutesente le pont salin qui seacutepare les deux demi-piles

Lorsque le zinc est oxydeacute des anions doivent se rendre agrave (ou des cations doivent quitter) la demi-pile de Zn pour compenser lrsquoajout de charges positives reacutesultant de la formation drsquoions Zn2+ Des cations doivent aussi peacuteneacutetrer (ou des anions doivent quitter) la demi-pile de Cu agrave cause de la reacuteduction du Cu2+

Si on seacutepare la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction en deux demi-reacuteactions il est possible drsquoattribuer agrave chacune un potentiel (le potentiel de reacuteduction) de faccedilon arbitraire Ce potentiel indiquerait la tendance relative de chaque demi-reacuteaction agrave se produire Le potentiel total de la pile (le seul potentiel qui peut ecirctre mesureacute) est eacutegal agrave la diffeacuterence entre les deux potentiels de reacuteduction et est une mesure de la capaciteacute de la reacuteaction agrave faire circuler les eacutelectrons dans un circuit On mesure le potentiel agrave lrsquoaide drsquoun appareil qursquoon nomme le voltmegravetre

En examinant le diagramme preacuteceacutedent tu devrais remarquer que lrsquoanode contient le meilleur agent reacuteducteur (substance ayant la plus grande tendance agrave se faire oxyder) et qursquoelle a donc un potentiel de reacuteduction moins eacuteleveacute Lrsquoanode repreacutesente aussi lrsquoeacutelectrode neacutegative dans une pile voltaiumlque Elle est relieacutee agrave lrsquoaide du fil neacutegatif (noir) au voltmegravetre et les eacutelectrons voyagent toujours de lrsquoanode agrave la cathode Lorsque les fils sont bien connecteacutes le mouvement des ions et des eacutelectrons se fait comme suit

Calcul du potentiel net drsquoune pile

Eacutetape 1 Eacutecris les deux demi-reacuteactions Reacuteaction agrave lrsquoanode Zn⟶ Zn2++ 2e- (oxydation) Reacuteaction agrave la cathode Cu2+ + 2e- ⟶ Cu (reacuteduction)

Eacutetape 2 Eacutecris la valeur du potentiel de reacuteduction (E0) pour chaque reacuteaction Reacuteaction agrave lrsquoanode Zn⟶ Zn2+ + 2e- - 076 V Reacuteaction agrave la cathode Cu2++ 2e- ⟶ Cu +034 V

Eacutetape 3 Calcule le potentiel net ∆E = Ecathode - Eanode = 034 - (-076) = +110 V

Une valeur positive de E0 signifie que la reacuteaction est spontaneacutee (neacutecessaire pour faire une pile qui fonctionne) Une valeur neacutegative de E0 signifie que la reacuteaction nrsquoest pas spontaneacutee (la pile ne fonctionne pas)

Le potentiel drsquoune pile deacutepend des produits chimiques utiliseacutes Agrave titre drsquoexemple les produits chimiques dans une pile segraveche (p ex piles qursquoon utilise pour faire fonctionner des teacuteleacutecommandes) ont habituellement un potentiel drsquoenviron 15 V Ce potentiel est devenu une valeur standard et est maintenant un facteur limitant lorsqursquoon deacutecide quels produits chimiques seront utiliseacutes pour creacuteer une pile segraveche

ObjectifsAgrave la partie 1 de cette activiteacute de laboratoire tu construiras une pile eacutelectrochimique avec des eacutelectrodes de fer et de plomb et tu mesureras le potentiel net de la pile agrave lrsquoaide drsquoun voltmegravetre Tu repreacutesenteras aussi la reacuteaction agrave lrsquoaide des morceaux de papier agrave deacutecouper fournis agrave la fin de la preacutesente annexe

Agrave la partie 2 tu construiras des piles eacutelectrochimiques diffeacuterentes avec des meacutetaux et des solutions varieacutes afin de deacuteterminer quelle combinaison produit le potentiel le plus eacuteleveacute

Questions agrave reacutepondre avant de faire le laboratoire1 Deacutefinis les termes suivants eacutelectrode eacutelectrolyte anode cathode oxydation reacuteduction2 Tu construis une pile voltaiumlque formeacutee drsquoune eacutelectrode de zinc dans une solution de

Zn(NO3)2 et drsquoune eacutelectrode de cuivre dans une solution de Cu(NO3)2a) Identifie tous les ions preacutesents dans chaque demi-pileb) Les atomes de zinc et de cuivre ont tendance agrave se faire oxyder Pour lequel des

meacutetaux la tendance est-elle la plus eacuteleveacutee Pourquoi Cette eacutelectrode sera donc lrsquoanode Elle disparaicirctra agrave mesure que des ions positifs se formeront

c) Eacutecris la demi-reacuteaction qui se produit agrave lrsquoanode (oxydation)d) De quelle eacutelectrode les eacutelectrons proviennent-ils Dans quelle direction se

deacuteplacent-ilse) Eacutecris la demi-reacuteaction qui se produit agrave la cathode (reacuteduction)f) Si on place un pont salin (KNO3) pour relier les deux demi-piles la reacuteaction

continue un certain temps Dessine cette pile voltaiumlque en incluant le pont salin le voltmegravetre les eacutelectrodes les fils de connexion les ions meacutetalliques et les ions du pont salin Indique le mouvement des eacutelectrons et des ions dans le systegraveme

Partie 1 construction drsquoune pile eacutelectrochimique

Mateacuteriel bull 2 beacutechers de 250 mLbull eacutelectrode de fer (environ 25 cm x 12 cm) bull eacutelectrode de plomb (environ 25 cm x 12 cm) bull laine drsquoacier bull voltmegravetre bull 2 fils eacutelectriques avec pinces crocodiles bull solution de nitrate de plomb(II) 10 molL bull solution de nitrate de fer(II) 10 molL bull tube en U ou eacuteponge coupeacutee en forme de U bull 2 boules de coton (si on utilise le tube en U) bull lamelle de papier filtre bull solution de KNO3 10 molL (pour saturer lrsquoeacuteponge ou le papier filtre ou pour remplir le tube en U)

Deacutemarche 1 Dessine deux beacutechers de 250 mL relieacutes par un pont salin et contenant chacun une

eacutelectrode relieacutee agrave un voltmegravetre2 Dans un beacutecher de 250 mL verse environ 125 mL de la solution de nitrate de plomb(II)

Sur ton diagramme identifie les ions preacutesents dans le beacutecher3 Avec la laine drsquoacier nettoie lrsquoeacutelectrode de plomb (Pourquoi est-ce neacutecessaire)

Place lrsquoeacutelectrode dans le beacutecher contenant la solution de nitrate de plomb(II) Identifie cette eacutelectrode sur ton diagramme

4 Verse environ 125 mL de la solution de nitrate de fer(II) dans un deuxiegraveme beacutecher Sur ton diagramme identifie les ions preacutesents dans ce beacutecher

5 Avec la laine drsquoacier nettoie lrsquoeacutelectrode de fer (Pourquoi est-ce neacutecessaire) Place lrsquoeacutelectrode dans le beacutecher contenant la solution de nitrate de fer(II) Identifie cette eacutelectrode sur ton diagramme

6 Preacutepare le pont salin en trempant la lamelle de papier filtre ou lrsquoeacuteponge dans une solution de KNO3 ou encore en remplissant un tube en U avec la solution de nitrate de potassium et en bouchant les extreacutemiteacutes avec les boules de coton Place chaque bout de la lamelle de papier filtre de lrsquoeacuteponge ou du tube en U dans un des beacutechers Identifie les ions preacutesents dans le pont salin sur ton diagramme

7 Que se produit-il lorsque tu retires le pont salin drsquoune des solutions Peux-tu expliquer pourquoi cela a un effet Explique le rocircle du pont salin

8 Relie lrsquoeacutelectrode de plomb agrave la borne positive (rouge) du voltmegravetre9 Relie lrsquoeacutelectrode de fer agrave la borne neacutegative (noire) du voltmegravetre10 Note le potentiel sur le voltmegravetre Preacutedis ce qui se produirait si tu inversais les fils

eacutelectriques Essaie-le11 Montre le mouvement des ions et des eacutelectrons sur ton diagramme Nrsquooublie pas le

mouvement des ions du pont salin Les eacutelectrons se deacuteplacent-ils dans le circuit externe ou dans la solution Les ions du pont salin se deacuteplacent-ils dans le circuit externe ou dans la solution

12 Preacutedis ce qui finirait par arriver agrave la masse des eacutelectrodes de fer et de plomb Explique pourquoi il y aurait une variation de masse agrave chaque eacutelectrode

13 Eacutecris la reacuteaction qui se produit agrave la cathode et celle qui se produit agrave lrsquoanode ainsi que la reacuteaction nette Calcule le potentiel net de la pile agrave lrsquoaide drsquoun tableau des potentiels standard de reacuteduction Explique pourquoi il pourrait y avoir des diffeacuterences entre les valeurs expeacuterimentales et les valeurs theacuteoriques (calculeacutees)

14 Explique ce qui se produirait si tu reliais deux demi-piles identiques par exemple Fe|Fe (NO3 )2 ∥Fe|Fe (NO3 )2

15 Agrave lrsquoaide du grand diagramme de la pile voltaiumlque et des morceaux de papier repreacutesentant des eacutelectrons des ions et des atomes de meacutetal fais une simulation de la mecircme expeacuterience Identifie lrsquoanode et la cathode et indique la direction du flux drsquoeacutelectrons et le mouvement des ions en solution en collant les morceaux de papier aux endroits approprieacutes et en ajoutant des flegraveches pour montrer la direction du mouvement Utilise ce modegravele pour reacutepondre aux questions suivantes

a) Eacutecris en mots ce qui se produit agrave lrsquoeacutelectrode ougrave les eacutelectrons sont perdus b) Eacutecris-le sous forme drsquoeacutequation chimique c) Eacutecris en mots ce qui se produit agrave lrsquoeacutelectrode ougrave les eacutelectrons sont ajouteacutes d) Eacutecris-le sous forme drsquoeacutequation chimique e) Combine ces deux eacutequations chimiques pour eacutecrire une reacuteaction chimique nette

f) Deacutecris en tes propres mots ce qui se produit dans le pont salin pour assurer que le systegraveme demeure eacutelectriquement neutre

Partie 2 construction de piles varieacuteesDans une pile eacutelectrochimique les eacutelectrons sont transfeacutereacutes drsquoun meacutetal agrave lrsquoautre agrave lrsquoaide de fil plutocirct qursquoavec un contact direct entre le meacutetal et lrsquoion meacutetallique comme on le fait pour eacutetablir une seacuterie drsquoactiviteacute (voir le Bloc A)

Les meacutetaux ont peu drsquoeacutelectrons de valence et ont donc tendance agrave les perdre En geacuteneacuteral ils sont facilement oxydeacutes Cependant la faciliteacute avec laquelle les eacutelectrons sont perdus varie drsquoun meacutetal agrave un autre Une liste de meacutetaux placeacutes selon la faciliteacute avec laquelle ils perdent des eacutelectrons est ce que lrsquoon appelle une seacuterie drsquoactiviteacute Une telle liste est utile pour deacuteterminer si certaines reacuteactions vont se produire ou non Le tableau des potentiels standard de reacuteduction permet de deacuteterminer le potentiel net drsquoune pile eacutelectrochimique Puisque les demi-reacuteactions ne peuvent se deacuteclencher seules on doit comparer deux demi-reacuteactions pour calculer le potentiel net

Mateacuteriel bull petits morceaux (15 cm x 05 cm) des meacutetaux suivants Al Cu Fe Mg Pb Sn Zn Ni bull solutions 10 molL de Al(NO3 )3 Cu(NO3)2 Fe(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Sn(NO3 )2 Zn(NO3 )2 Ni(NO3 )2 bull laine drsquoacier bull solution de KNO3 10 molL bull petites lamelles de papier filtre qui serviront de pont salin bull plaque agrave puits (12 puits) bull fils eacutelectriques avec pinces crocodiles bull voltmegravetre

Deacutemarche 1 Avec les meacutetaux et les solutions fournis et agrave lrsquoaide drsquoun tableau des potentiels standard de

reacuteduction preacutedis quelle combinaison de meacutetaux et de leurs solutions vont donner lieu au potentiel le plus eacuteleveacute Note aux moins trois combinaisons

2 Calcule agrave lrsquoaide du tableau des potentiels standard de reacuteduction le potentiel theacuteorique des trois combinaisons de meacutetaux

3 Place environ 2 mL de chacune des solutions dans les puits de la plaque agrave puits4 Nettoie les morceaux de meacutetal agrave lrsquoaide de la laine drsquoacier et place chaque eacutelectrode dans sa

solution correspondante5 Deacutecoupe des petites lamelles de papier filtre qui serviront de pont salin Trempe chaque

lamelle dans la solution de nitrate de potassium (assure-toi que toute la lamelle est trempeacutee)

6 Commence lrsquoactiviteacute de laboratoire avec les eacutelectrodes drsquoaluminium et de cuivre Insegravere une extreacutemiteacute du pont salin dans le compartiment drsquoaluminium et lrsquoautre dans le compartiment de cuivre

7 Fixe un fil eacutelectrique de faccedilon agrave relier la borne neacutegative du voltmegravetre agrave lrsquoune des eacutelectrodes et lrsquoautre de faccedilon agrave relier la borne positive agrave lrsquoautre eacutelectrode Si le voltmegravetre indique un potentiel neacutegatif inverse les connexions

8 Note le potentiel de la pile9 Reacutepegravete pour les autres combinaisons10 Deacutetermine la combinaison qui a produit le potentiel le plus eacuteleveacute Compare ce reacutesultat agrave

ta preacutediction11 Compare les potentiels obtenus pour chaque combinaison de meacutetaux avec les valeurs

theacuteoriques calculeacutees au numeacutero 2 Tableau de donneacutees

Al(NO3 )3 Cu(NO3 )2 Fe(NO3 )2 Mg(NO3 )2 Pb(NO3 )2 Sn(NO3 )2 Zn(NO3 )2 Ni(NO3 )2

Al(NO3 )3

Cu(NO3 )2

Fe(NO3 )2

Mg(NO3 )2

Pb(NO3 )2

Sn(NO3 )2

Zn(NO3 )2

Ni(NO3 )2

Analyse1 Quelle combinaison de meacutetaux a donneacute lieu au potentiel le plus eacuteleveacute2 Est-ce que tu avais preacutedit la mecircme chose3 Eacutecris les demi-reacuteactions et la reacuteaction nette pour chaque combinaison4 Explique pourquoi il y aurait une diffeacuterence entre les valeurs theacuteoriques et les valeurs

expeacuterimentales du potentiel net de chaque pile5 Quel meacutetal est le meilleur agent oxydant Que signifie ce terme6 Quel meacutetal est le meilleur agent reacuteducteur Que signifie ce terme7 Agrave quoi sert le pont salin8 Donne des exemples drsquoapplications pratiques drsquoune pile eacutelectrochimique

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Voltaic (Galvanic) Cells raquo Chemistry Teaching Resources httpwwwumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 16 juillet 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

e- e- e- e- e-

Fe2+ Fe2+ Fe2+ Fe2+ Fe2+

NO3- NO3

- NO3- NO3

- NO3-

Pb2+ Pb2+ Pb2+ Pb2+ Pb2+

NO3- NO3

- NO3- NO3

- NO3-

Pb Pb Pb Pb Pb

Fe Fe Fe Fe Fe

K+ K+ K+ K+ K+

NO3- NO3

- NO3- NO3

- NO3-

ANNEXE 7 Lrsquoeacutelectrolyse ndash Renseignements pour lrsquoenseignant

IntroductionAvez-vous deacutejagrave examineacute les dates de deacutecouverte de certains eacuteleacutements du tableau peacuteriodique Si oui vous avez peut-ecirctre remarqueacute que certains eacuteleacutements tels que le cuivre et lrsquoor sont connus depuis longtemps Par contre drsquoautres eacuteleacutements tels que le chlore lrsquoiode le sodium et le brome ont eacuteteacute deacutecouverts seulement au 19e siegravecle Pourquoi ces eacuteleacutements ont-ils eacuteteacute si laquo difficiles raquo agrave deacutecouvrir Certains comme lrsquoor sont tregraves stables Ils ne reacuteagissent pas facilement Drsquoautres comme le chlore et le brome sont tregraves instables et se preacutesentent seulement sous forme de composeacutes dans la nature Ils ont gagneacute ou perdu des eacutelectrons pour devenir des ions tregraves stables Pour les transformer drsquoion stable en eacuteleacutement instable ont doit fournir de lrsquoeacutenergie en appliquant un processus nommeacute lrsquoeacutelectrolyse

Le diagramme suivant illustre un appareil utiliseacute pour lrsquoeacutelectrolyse drsquoune solution drsquoiodure de potassium Faire la deacutemonstration de ce processus ou aider les eacutelegraveves agrave monter le dispositif Des cristaux drsquoiodure de potassium sont dissous dans lrsquoeau dans un beacutecher puis on y ajoute un indicateur universel ou un autre indicateur tel que le bleu de bromothymol ou la pheacutenolphtaleacuteine La solution est ensuite verseacutee dans un tube en U fixeacute sur place Les fils ne devraient pas ecirctre relieacutes aux eacutelectrodes agrave ce moment

Inviter les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir au contenu du tube en U crsquoest-agrave-dire agrave la solution drsquoiodure de potassium Leur proposer de dessiner une repreacutesentation moleacuteculaire de cette solution en indiquant les ions et les moleacutecules qui y sont preacutesents Il nrsquoest pas neacutecessaire drsquoinclure lrsquoindicateur

QuestionsPoser la question suivante aux eacutelegraveves

Drsquoapregraves ce que tu connais de lrsquoeacutelectriciteacute des indicateurs du carbone (graphite) et du cuivre quelle serait lrsquoutiliteacute a) de la source drsquoeacutenergieb) des eacutelectrodes de graphitec) des fils de cuivred) de lrsquoindicateur ajouteacute agrave la solution

Deacutemonstration1 Relier les fils et inviter les eacutelegraveves agrave faire des observations agrave lrsquoeacutechelle macroscopique

Leur demander de deacutecrire toute observation qui pourrait laisser croire agrave une reacuteaction chimique et drsquoessayer de deacuteterminer quels produits sont formeacutes agrave chaque eacutelectrode agrave lrsquoaide de leurs observations (changement de couleur production de gaz)

a) Eacutelectrode 1 i observations suggeacuterant la preacutesence drsquoune reacuteaction chimique ii infeacuterences au sujet des produits formeacutes b) Eacutelectrode 2 i observations suggeacuterant la preacutesence drsquoune reacuteaction chimique ii infeacuterences au sujet des produits formeacutes2 Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer leurs observations agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire Leur demander

drsquoutiliser un modegravele repreacutesentant la pile eacutelectrolytique et drsquoaccomplir les eacutetapes suivantes a) Place les morceaux de papier repreacutesentant les atomes et moleacutecules preacutesents dans la

solution sur le modegravele papier du tube en U Tu devrais inclure les moleacutecules drsquoeau et de lrsquoeau dissocieacutee ainsi que les ions potassium et iodure

b) Indique le mouvement des eacutelectrons vers lrsquoune des eacutelectrodes lorsque les fils sont relieacutes agrave la source drsquoeacutenergie Cette eacutelectrode deviendra neacutegative Place un symbole ndash sur elle c) Indique le mouvement des eacutelectrons agrave lrsquoaide de flegraveches d) Agrave mesure que lrsquoeacutelectrode devient neacutegative des ions H+ se deacuteplacent vers lrsquoeacutelectrode Lrsquoeau commence agrave se dissocier en ions H+ et OH- Dissocie deux moleacutecules drsquoeau et

deacuteplace 2H+ vers lrsquoeacutelectrode neacutegative e) Agrave la surface de lrsquoeacutelectrode les deux ions H+ gagnent un eacutelectron pour former deux

atomes de H Deacutemontre ce processus en annulant (en deacutechirant) la charge positive avec la charge neacutegative

f) Puisque les deux atomes drsquohydrogegravene sont instables ils se lient de faccedilon covalente pour former de lrsquohydrogegravene gazeux Relie les deux atomes pour montrer qursquoils ont formeacute de lrsquohydrogegravene gazeux

g) Lors de la deacutemonstration tu as peut-ecirctre remarqueacute qursquoagrave la mecircme eacutelectrode ougrave ce gaz srsquoest formeacute lrsquoindicateur a changeacute de couleur Qursquoest-ce qui a causeacute ce changement de couleur Drsquoougrave est venue la substance qui a causeacute ce changement

h) En tes propres mots deacutecris tous les processus qui se sont produits agrave cette eacutelectrode (Reacuteponse les eacutelectrons se deacuteplacent dans lrsquoeacutelectrode qui devient alors neacutegative La moleacutecule drsquoeau se dissocie et les ions hydrogegravene gagnent un eacutelectron pour former des atomes drsquohydrogegravene Puisque les atomes drsquohydrogegravene sont instables deux atomes forment une liaison covalente pour devenir une moleacutecule drsquohydrogegravene gazeux Crsquoest ce gaz qui forme les bulles autour de lrsquoeacutelectrode Les ions OH- entraicircnent un changement de couleur de lrsquoindicateur ce qui indique que la solution est basique)

i) Quelle demi-reacuteaction (oxydation ou reacuteduction) srsquoest produite agrave lrsquoeacutelectrode neacutegative (la cathode) Eacutecris cette demi-reacuteaction sous forme symboliquej) Examine maintenant lrsquoautre eacutelectrode Lorsque les fils sont relieacutes agrave la source drsquoeacutenergie les eacutelectrons quittent cette eacutelectrode pour se rendre agrave la source drsquoeacutenergie Cette eacutelectrode perd des eacutelectrons elle acquiert donc une charge positive Place un symbole + sur cette eacutelectrodek) Illustre ce mouvement drsquoeacutelectrons agrave lrsquoaide de flegraveches sur le diagrammel) Agrave mesure que lrsquoeacutelectrode devient positive lrsquoeau et les ions iodure (I-) migrent vers elle Deacuteplace deux ions I- vers lrsquoeacutelectrode positivem) Les ions I- perdent chacun un eacutelectron agrave lrsquoeacutelectrode positive et forment des atomes de I

Deacutemontre ce processus en annulant (en deacutechirant) la charge neacutegative et en la deacuteplaccedilant sur lrsquoeacutelectrode Ces eacutelectrons peuvent maintenant se deacuteplacer dans le circuit pour remplacer ceux qui ont eacuteteacute envoyeacutes vers lrsquoeacutelectrode neacutegative

n) Puisque les deux atomes drsquoiode sont instables ils se lient de faccedilon covalente pour former de lrsquoiode (solide brun qui se dissout partiellement pour former une solution brune) Relie les deux iodes pour illustrer la formation drsquoI2

o) En tes propres mots deacutecris tous les processus qui se sont produits agrave cette eacutelectrodep) Quelle demi-reacuteaction (oxydation ou reacuteduction) srsquoest deacuterouleacutee agrave lrsquoeacutelectrode positive

(lrsquoanode) Eacutecris cette demi-reacuteaction sous forme symbolique

QuestionsInviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre aux questions suivantes

1 Deacutecris le mouvement des eacutelectrons Se sont-ils deacuteplaceacutes dans la solution entre les eacutelectrodes ou seulement dans les fils de cuivre2 Deacutecris le mouvement des ions positifs et neacutegatifs Se sont-ils deacuteplaceacutes dans la solution entre les eacutelectrodes ou seulement dans les fils de cuivre3 Donne une formule chimique eacutequilibreacutee sous forme symbolique pour repreacutesenter a) la reacuteaction agrave la cathode (gain drsquoeacutelectrons) b) la reacuteaction agrave lrsquoanode (perte drsquoeacutelectrons) c) la reacuteaction nette de la pile4 Explique pourquoi agrave lrsquoeacutechelle particulaire cette reacuteaction a) nrsquoa pas entraicircneacute la formation de potassium agrave la cathode b) nrsquoest pas spontaneacutee (de lrsquoeacutenergie eacutetant neacutecessaire pour qursquoelle se produise)

K+ K+ K+ K+ K+

I- I- I- I- I-

H2O H2O H2O H2O H2O

OH- OH- OH- OH- OH-

H+ H+ H+ H+ H+

e- e- e- e- e-

________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Electrolysis raquo Chemistry Teaching Resources httpwwwumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 16 juillet 2014) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba

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CENTRES FOR RESEARCH IN YOUTH SCIENCE TEACHING AND LEARNING laquo Redox Reactions ndash C12-1-10 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 12 aoucirct 2014)

CENTRES FOR RESEARCH IN YOUTH SCIENCE TEACHING AND LEARNING laquo Redox Reactions ndash REDOX or NOT ndash C12-6 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (Consulteacute le 12 aoucirct 2014)

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Printed in CanadaImprimeacute au Canada

Retour agrave la page de preacutesentation13

Pages liminaires13

Page titre13

Donneacutees de catalogage

Remerciements13

Table des matiegraveres13

Introduction geacuteneacuterale13

Les reacuteactions en solution aqueuse13

La structure atomique13

La cineacutetique13

Lrsquoeacutequilibre chimique13

Les acides et les bases13

Lrsquoeacutelectrochimie13

Bibliographie13