ÉTINCELLES PÉDAGOGIQUES EN SCIENCES AU COLLÉGIAL, VOLUME 3

Activité réalisée au Collège Gérald-Godin par GILLES SABOURIN

Cinétique chimique assistée par ordinateur

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NOTE

Dans ce texte, le générique masculin est utiliséseul, sans aucune discrimination et dans le seulbut de l’alléger.

Les annexes en format PDF et Word se retrouventsur le cédérom qui accompagne ce recueil.

De plus, une analyse pédagogique de l’activité est également disponible dans la section Trésorspédagogiques du site Internet du Saut quantiqueà l’adresse URL :http://www.apsq.org/sautquantique.

Les auteurs autorisent toute utilisation de ce texteà des fins pédagogiques, pourvu qu’il y aitmention des auteurs et de leur collège.

Le respect de cesrecommandationsencouragera lesauteurs à partagerleur expérience.

Année de la dernière mise à l’essai

2004

Nom de l’auteur

Gilles Sabourin

Collège d’origine

Collège Gérald-Godin

Adresse électronique de l’auteur

g.sabourin@cgodin.qc.ca

Discipline scientifique

Chimie

Âge moyen des élèves

17–18 ans

Titre et numéro du cours

Chimie des solutions (202-NYB-05)

Durée de l’activité

2 heures

4

Cinétique chimique assistée par ordinateur

Description de l’activité

APERÇU DE L’ACTIVITÉ

Les expériences en cinétique demandent sou-vent des montages importants ou une com-plexité au niveau de l’expérimentation. L’expé-rience proposée dans le cadre de cette activitéest de conception simple et reproductible. Ellepermet également d’approfondir les notionsprésentées lors du cours théorique.

La phénolphtaléine est un indicateur usuel dutitrage acide-base. Lors d’utilisations antérieures,les élèves ont observé que la coloration roséeobtenue lors du titrage disparaissait aprèsquelques minutes. Cette activité leur proposede suivre la vitesse de décoloration de laphénolphtaléine en milieu alcalin, à l’aide d’unspectrophotomètre relié à un ordinateur.

Les élèves utilisent diverses concentrations deNaOH pour une même concentration dephénolphtaléine. Ils interprètent leurs résultatsen regard des aspects théoriques présentés enclasse. Pendant la séance de laboratoire, leprofesseur leur remet un article scientifique enanglais qui traite de cette expérience, et il lesinvite à comparer leurs résultats avec ceux del’article.

L’expérience permet aussi d’explorer l’effet dela température.

PERTINENCE ET ORIGINALITÉ DE L’ACTIVITÉ

Il existe peu d’expériences sur la cinétiquechimique. En plus d’intégrer les notions présen-tées dans le cadre du cours théorique, cette acti-vité permet :

• de suivre en temps réel une réaction de déco-loration à l’aide d’un spectrophotomètre ;

• d’accroître le nombre de données parce quele spectrophotomètre est relié à un ordinateur ;

• de faciliter la présentation des résultats(tableaux, calculs et graphiques) parce que lesdonnées sont transférées automatiquementdans le tableur Excel.

On pourrait se contenter d’une approche tradi-tionnelle qui consiste à déterminer l’ordre dela réaction par l’établissement de graphiques (lecomportement de l’absorbance en fonction dutemps permet de déterminer cet ordre). Toute-fois, en comparant leurs résultats à ceux d’unarticle scientifique, les élèves sont incités à déve-lopper leur esprit critique et à pratiquer leuranglais puisque l’article est dans la langue deShakespeare.

Autre aspect intéressant de l’activité : les condi-tions expérimentales permettent de présenterune réaction d’un pseudo-ordre, la grandeconcentration d’un des réactifs masquant sacontribution à la vitesse de la réaction.

Par ailleurs, cette approche est transposable àplusieurs situations dans le quotidien ainsi quedans le cadre des apprentissages.

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Cinétique chimique assistée par ordinateur

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Objectifs et relations avec le programme

OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES OU COMPÉTENCES VISÉES

L’activité permet aux élèves de mieux com-prendre les énoncés théoriques présentés. Deplus, elle leur apprend à utiliser un article scien-tifique dans une autre langue à des fins decritique et d’autoévaluation des résultats.

Autres objectifs :

• Réaliser une expérience, l’analyser et inter-préter les résultats en équipe ;

• Utiliser un moyen moderne pour la collectedes données ;

• Démontrer son sens analytique et critique parune communication écrite.

RELATIONS ENTRE L’ACTIVITÉ ET LE PROGRAMME

Buts généraux du programme visé

Les buts généraux du programme Sciences dela nature visés par cette activité sont :

• Appliquer la démarche scientifique ;

• Utiliser des technologies appropriées de trai-tement de l’information ;

• Raisonner avec rigueur ;

• Communiquer de façon claire et précise.

Lien avec le cours

L’activité contribue à développer les compé-tences du cours Chimie des solutions, soit d’ana-lyser les propriétés des solutions et les réactionsen solution.

Plus particulièrement, elle permet aux élèves derésoudre un problème relatif à la cinétique desréactions en solution.

Lien avec les autres cours

Cette activité fait appel aux habiletés de compré-hension d’un texte scientifique rédigé dans uneautre langue, à la rigueur de la démarche mathé-matique utilisée ainsi qu’aux technologies del’information et de la communication.

Nombre d’élèves et encadrement pédagogique

NOMBRE APPROXIMATIF D’ÉLÈVES DANS LA CLASSE

28 élèves

NOMBRE D’ÉLÈVES PAR ÉQUIPE

2 personnes

ENCADREMENT PÉDAGOGIQUE

Le professeur a pour rôle de présenter et debien expliquer l’activité aux élèves. Il supervisele travail au laboratoire et demeure disponiblepour rencontrer les équipes afin de discuter deleur progression et de fournir les éclaircissementsnécessaires.

Déroulement de l’activité

DÉROULEMENT DE L’ACTIVITÉ ET TEMPSDE RÉALISATION DE CHAQUE ÉTAPE

Avant

Le professeur décrit l’activité lors de la présen-tation du plan de cours (annexe E.1).

Les élèves se procurent le recueil des expé-riences de laboratoire proposées pour le cours,qui inclut le protocole de cette expérience.

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À la cinquième semaine, le professeur présenteles aspects théoriques de la cinétique chimique.Il prévoit un atelier de problèmes comme travailpratique avant l’expérimentation de cette activité.

Les élèves lisent le protocole (annexe E.2) etpréparent leur expérience avant de se présenterau laboratoire.

Pendant

Le professeur présente les particularités de lamanipulation et fait un rappel sur l’utilisationadéquate de l’instrumentation.

Le professeur et le technicien s’assurent durespect des consignes et fournissent l’assistancenécessaire au besoin.

Au début du laboratoire, le professeur remet l’ar-ticle Kinetics of the Fading of Phenolphthaleinin Alkaline Solution (voir la médiagraphie) auxélèves ainsi qu’une feuille de route pour la rédac-tion du rapport (annexe E.3).

Après

Le professeur remet aux élèves les rapportscorrigés accompagnés de commentaires. Il faitun retour sur l’activité lors de la remise.

Évaluation et matérielnécessaire

SUGGESTIONS D’ÉVALUATION

Cette activité représente 10 % des points allouéspour le cours.

Le professeur demeure disponible pour uneévaluation formative du rapport avant la remise.

MATÉRIEL NÉCESSAIRE

Le matériel nécessaire est présenté dans leprotocole de laboratoire (annexe E.2)

ANNEXES

Élèves

Annexe E.1 : Présentation de l’activité (extraitdu plan de cours)

Annexe E.2 : Protocole de laboratoire (extraitdu recueil d’expériences de labo-ratoire en cinétique chimique)

Annexe E.3 : Feuille de route pour la rédactiondu rapport sur la cinétique chimique

Remarque :

Les annexes sont incluses en format PDF etWord sur le cédérom qui accompagne ce recueil.

Autres suggestions et médiagraphie

AUTRES IDÉES À EXPLORER

On pourrait utiliser cette approche pour déve-lopper des expériences dans d’autres disciplinesafin de mieux préparer les élèves à l’épreuve-synthèse de programme.

On pourrait également faire un lien avec labiologie. Par exemple, on peut étudier l’emploide la phénolphtaléine comme laxatif et lesraisons qui ont motivé son retrait du marché, etle problème de la sécurité des médicaments.

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Médiagraphie

NICHOLSON, Lois (September 1989). « Kinetics of the Fadingof Phenolphthalein in Alkaline Solution », Journal of ChemicalEducation, volume 66, n° 9, p. 725-726.

Cet article est disponible sur Internet à l’adresse URL :http://www.jce.divched.org/cgi-bin/JCE/jce-idx.pl?type=goto&volume=66&issue=9&page=725

FLAMAND, E. (2001). Chimie des solutions, Mont-Royal,Modulo Éditeur.

REGER, Daniel L., Scott R. GOODE et Edward E. MERCER(2001). Chimie des solutions, Laval, Éditions Études Vivantes,328 p.

HILL, J. W., et al (2003). Chimie des solutions, Montréal, ERPI.

ZUMDHAL, S. (1998). Chimie des solutions, 2e édition, Anjou,C.E.C.