L EAU : Changements d états

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1 CE2 L EAU : Changements d états Objectifs : - Amener les élèves à comprendre que les différents états de la matière et les processus de changements d état Comp. Socle commun Comp. Program Intelligences multiples/pro fils Tps/orga Matériel - Pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner - Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l essai plusieurs pistes de solutions - Exprimer et exploiter les résultats d une mesure et d une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l écrit ou à l oral - L eau, une ressource : états et changements d état, le trajet de l eau dans la nature, le maintien de sa qualité pour ses utilisations. - L eau : une ressource- états et changements d état - Corporelle : déplacement - naturaliste : expériences, bilan, déduction - Verbale : expliquer oralement et justifier son opinion, émettre des hypothèses - Visuel : dessin des expériences + schéma Petits pots en verre, glace. 7 séances Vocabulaire Solidification, fusion, liquide, solide, vapeur, vaporisation, condensation, évaporation Séance 1 Comment la glace devient-elle de l eau? Et vice et versa 15 min collectif Préalable : En fonction de la météo, faire remarquer aux élèves que les flaques d eau de la cour gèlent, que lorsque ça se réchauffe les plaques d eau gelée ont laissé la place à des flaques d eau liquide. Puis les flaques d eau disparaissent. Question : que c est-il passé? Laisser les élèves s exprimer. Copie du titre de la leçon : L eau : Etats et changement d états. Introduction : On trouve l eau sous différents états : Liquide (eau) Solide ( glace) Gazeux ( vapeur) Mais comment passe-t-on d un état à l autre?

2 30 min Par groupe 10 min oral 10min oral 15min Individuel Ecrit Etape 1 : constatation d un changement d état Petit pot avec glaçon. Défi : vous avez un pot contenant un glaçon. Transformez-le au plus vite en eau liquide sans le sortir du pot. Les élèves cherchent dans la classe un moyen de chauffer le glaçon et notent la conclusion sur leur feuille. Faire une mise en commun de tous les moyens utilisés pour augmenter la rapidité de la fonte. Conclusion attendue : pour fondre un glaçon doit être chauffé. Trace écrite du protocole d expérience : Etape 2 : débat L eau peut-elle redevenir glace? A quelles conditions? La discussion doit mener au fait qu il faut refroidir l eau à une température inférieure à 0 C. Comment pourrions-nous vérifier? Etape 3 : utilisation du thermomètre et lecture de la température Etape intermédiaire pour montrer aux élèves comment utiliser le thermomètre lors de la prochaine expérience. Etape 4 : bilan + copie de la trace écrite Qu avons-nous appris? Comment la glace devient-elle de l eau? La glace se transforme en eau quand on la chauffe. On peut la transformer en glace à nouveau en la refroidissant. Le passage de l état liquide à l état solide s appelle la solidification en général lorsqu il s agit d eau on dit aussi : le gel. le passage de l état solide à l état liquide s appelle la fusion.

3 Tps/orga Matériel Séance 2 : mesure de la température de gel un paquet de gros sel, des sachets en plastique, des thermomètres, une bouteille d eau liquide, une bouteille d eau glacée. 15 min Préalable : Demander aux élèves comment reconnait-on de l eau liquide et de l eau glacée? Copie de la définition : L eau solide a une forme propre contrairement à l eau liquide qui prend la forme du récipient. 30min Par groupe Mixte Etape 2 : Expérience Expliquer le protocole expérimental menant à la fabrication du mélange réfrigérant : glace pilée + sel. Le faire copier. Nous avons fabriqué un mélange réfrigérant constitué de2/3 de glace pilée et d 1/3 de gros sel. Ce mélange va permettre de faire baisser la température de tout objet que l on plonge dedans. Schéma de l expérience : Nous allons relever la température à l intérieur du verre toutes les minutes. Pour le traçage du tableau prévoir une feuille seyes à projeter au tableau. Temps ( en min) T ( en C) Aspect Chaque chef de groupe vient chercher du mélange réfrigérant préparé devant les élèves. Les élèves notent la température et l aspect de l eau contenue dans le sachet dans le tableau. Ces annotations se font au top de l enseignant toutes les

4 minutes. 30min Etape 2 : bilan de l expérience Mise en commun des résultats de tous les groupes. 10min Individuel Ecrit Etape 3 : copie de la conclusion. Qu avons-nous appris? En dessous de 0 C, l eau gèle ( se solidifie) : elle devient solide. Il n est pas possible d avoir de l eau liquide en dessous de 0 C ( préciser qu avec une autre pression atmosphérique, on pourrait avoir de légères modifications, préciser que c est cette température qui sert à étalonner les thermomètres) 5 min Préalable à la séance suivante. «pour la séance suivante j ai besoin de préparer un peu de matériel, je tiens à faire la préparation matérielle avec vous. Présenter deux bouteilles d eau liquide de même niveaux, dessiner le niveau sur chaque bouteille au feutre indélébile, nous allons mettre une de ses deux bouteilles au congélateur, pour être sur que je n ai rien changé, demander à un élève de faire un dessin sur chaque bouteille et mettre un seau de cire sur les bouchons.

5 Tps/orga Séance 3 : l eau glacée est-elle plus lourde que l eau liquide? Matériel Une bouteille d Une bouteille d eau liquide, une bouteille d eau glacée, des glaçons, des récipients selon la demande des élèves, un congélateur ( celui de la cantine), une balance. 15 min Par groupe questionnement : Ecrire au tableau la question suivante : L eau glacée est-elle plus lourde que l eau liquide? Par groupe, vous allez essayer d imaginer un protocole d expérience pour répondre à cette question. Vous pouvez utiliser par exemple, les bouteilles que nous avons préparé à la séance précédente. Essayez de répondre à la question. Faire un rapide rappel sur ce qu est une balance, qu elle sert à mesurer la masse d un objet, c'est-à-dire la quantité de matière, comment elle fonctionne. 30 min collectif oral puis écrit 15min collectif oral Mise en commun des protocoles d expériences, confrontation et choix d un protocole pour toute la classe. Copie du protocole : Nous avons pris deux bouteilles contenant la même quantité d eau, nous avons laissé une bouteille dans la classe (bouteille A) et nous avons mis la deuxième bouteille ( bouteille B) au congélateur. Maintenant nous allons peser et observer les deux bouteilles. Expérience et résultats : 1-Peser la bouteille d eau liquide. La mesure de la masse de la bouteille est faite par un élève devant le reste du groupe. 2- Demander aux facteurs d aller chercher la bouteille B au congélateur. 3- observation de la bouteille B : que s est-il passé? => le niveau de l eau gelée a monté. 4- peser la bouteille B => la bouteille B, pèse la même chose que la bouteille A 15 min Individuel écrit 15 min collectif Trace écrite de l expérience et conclusion : Dessiner les deux bouteilles noter leur masse respective Conclusion : Lorsque de l eau gèle, sa masse est conservée mais son volume augmente. De manière plus général, lors de tous changement d état, la masse est conservée pas le volume. Prolongement : Présenter 2 bouteilles d eau du même niveau l une liquide, l eau gelée, demander aux élèves laquelle va peser le plus, vérifier puis expliquer.

6 Tps/orga Matériel Séance 4 : La vapeur d eau Plaque chauffante, un thermomètre, plat transparent, eau,, fiche expérience, fiche relevé de températures et fiche changements d état de l eau. 15min Individuel écrit Etape 1 : Questionnement Suite à la séance précédente, l enseignant propose de faire l inverse : on ne va plus refroidir l eau mais la chauffer. Expliquer qu on va faire chauffer de l eau dans une casserole. Que va-t-il se passer? Copie du protocole d expérience : La vapeur d eau : Nous allons maintenant chauffer l eau. Dessin d une casserole sur une plaque chauffante + thermomètre Que va-t-il se passer? 15min Etape 2 : débat Recueillir les hypothèses des élèves et mener un débat. Le débat doit aboutir sur 2 points : - L eau disparait-elle? - Les observations à faire pendant l expérience : aspect de l eau, température et temps.

7 40min mixte Etape 3 : Réalisation de l expérience. Installer le matériel et faire chauffer l eau. Pendant ce temps, demander aux élèves de dessiner le schéma de l expérience sur leur feuille d expériences. Toutes les 2 minutes, demander à un élève de chaque groupe de venir lire la température sur le thermomètre. Temps ( en min) T ( en C) Aspect 20min Individuel écrit Etape 4 : Bilan + copie de la conclusion. Que pouvons-nous affirmer à partir de cette expérience? Piste : la température de l eau augmente dans le temps lorsqu on chauffe l eau. Elle augmente jusqu à environ 100 C, température qu elle ne dépasse pas. A 100 C de grosses bulles se forment, on dit que c est la température d ébullition Au fur et à mesure, le niveau de l eau a diminué jusqu à ce qu il n y ait plus du tout d eau liquide dans la casserole. Cette eau a-t-elle disparue? Rappeler que cette température d ébullition n est pas tout à fait universelle, qu elle dépend de la pureté de l eau ainsi que de la pression atmosphérique, éventuellement faire le rapprochement avec la cocotte minute.

8 Tps/orga Matériel 10min collectif Séance 5 : la condensation Plaque chauffante, un thermomètre, plat transparent, eau, plaque de verre, ballons de baudruche, fiche expérience. Etape 1 : La semaine dernière nous avons pu observer qu au dessus de la casserole s élevait une fumée. Demander aux élèves de quoi il s agissait? Nous avions laissé une question en suspend : A votre avis, l eau a-t-elle disparu? laisser les élèves réagir. Hypothèse attendue : l eau s est transformée en vapeur d eau. Pendant ce temps faire bouillir de l eau sur une plaque chauffante. 10min collectif Etape 2 : la plaque froide Pour vérifier notre hypothèse, j ai fait rechauffer de l eau, vous pouvez à nouveau observer la «fumée» dont on parlait tout à l heure, maintenant je vais mettre une plaque de verre froide sur la casserole, à votre avis, que va-t-il se passer? 30 min Indiduel écrit Laisser les élèves observer que de l eau à l état liquide est visible sur la plaque. Lancer un débat sur la provenance de cette eau. Etape 3 : Conclusion + copie de la trace écrite Dessin de l expérience + Nous observons sur la plaque de verre des gouttes d eau apparaître. conclusion Cette eau vient de la casserole. L eau se transforme en vapeur invisible puis s élève dans l air. C est la vaporisation. Si on refroidit l air contenant de la vapeur, l eau redevient liquide. C est la condensation. Insister sur le fait que la vapeur d eau est invisible et que ce la fumée que l on voit n est pas de la vapeur d eau, en montant la vapeur d eau rencontre de l air qui n est pas à 100 C, donc il est plus froid que la vapeur, il y a donc déjà condensation, la fumée que l on voit ce sont des fines gouttelettes d eau qui se sont condensées, ce phénomène s accentue à la rencontre de la plaque puisque la baisse de température est brutale.

9 10 min et collectif Etape 4 : préparation à l expérience suivante Nous venons de voir que l eau se transformait en vapeur d eau lorsqu on élevait la température à 100 C. pourtant, lorsqu on passe la toile ou quand il y a des flaques d eau dans la cours, quand on se sèche les cheveux avec un sèche cheveux, quand on mets le linge à sécher dehors, etc., l eau liquide disparait, mais comme nous avons vu qu elle ne disparaissait pas vraiment mais qu elle se transformait en vapeur d eau. On peut en déduire que pour que l eau se transforme en vapeur d eau, elle ne doit pas nécessairement être chauffée à la température d ébullition. Je vous propose pour la prochaine fois un défi : par groupe vous aller essayer de faire se transformer une petite quantité d eau en vapeur. Introduire la notion d évaporation 30 min Par groupe mixte Etape 5 : recherche du protocole d expérimentation + faire la liste du matériel nécessaire. Vous devez me préparer une feuille m indiquant l expérience que vous voulez faire et le matériel nécessaire. Expériences attendue : Augmenter la température, amener du vent ( avec un sèche cheveux par exemple), augmenter la surface.

10 Tps/orga Matériel 10min En groupe 10 min 30 min Individuel ecrit Séance 6 : l évaporation Le matériel demandé par les élèves lors de la séance précédente + un gobelet avec un peu d eau par groupe, un sèche-cheveux, une assiette, la plaque chauffante, etc. Etape 1 : Les élèves se mettent en groupe et réalisent les expériences qu ils avaient pensés à la séance précédente Etape 2 : Mise en commun Ensemble nous faisons le point sur les conditions nécessaire pour accélérer l évaporation de l eau. Etape 3 : création puis copie de la trace écrite. L évaporation : Il n est pas nécessaire de porter l eau à sa température d ébullition pour que l eau se transforme en vapeur d eau. Lorsque l eau se transforme en vapeur sans pour autant être à la température d ébullition, on parle d évaporation. Défi : Faire évaporer 10ml d eau le plus vite possible. Plusieurs expériences ont été menées : Par ordre d efficacité : Groupe 1 : Groupe 2 : Etc. 40 min Nous avons pu observer que pour accélérer l évaporation, il fallait soit amener de la chaleur, soit ventiler le liquide, soit augmenter la surface ( et ainsi diminuer l épaisseur de l eau à évaporer. Nous avons pu remarquer que la solution la plus efficace était d utiliser les trois à la fois par exemple en utilisant un sèche-cheveux sur une assiette. Création de la mindmap états et changement d états.

11 L eau Introduction : On trouve l eau sous différents états : Liquide (eau) Solide ( glace) Gazeux ( vapeur) Mais comment passe-t-on d un état à l autre? Etats et changement d états. Comment la glace devient-elle de l eau? et vice versa. Défi : vous avez un pot contenant un glaçon. Transformez-le au plus vite en eau liquide sans le sortir du pot. Pour transformer la glace en eau, les différents groupes ont : Conclusion : La glace se transforme en eau quand on la chauffe. On peut la transformer en glace à nouveau en la refroidissant. Le passage de l état liquide à l état solide s appelle la solidification en général lorsqu il s agit d eau on dit aussi : le gel. le passage de l état solide à l état liquide s appelle la fusion. Mesure de la température de gel de l eau. Préalable : comment reconnait-on de l eau liquide et de l eau glacée? L eau solide a une forme propre contrairement à l eau liquide qui prend la forme du récipient. Expérience :

12 Nous avons fabriqué un mélange réfrigérant constitué de2/3 de glace pilée et d 1/3 de gros sel. Ce mélange va permettre de faire baisser la température de tout objet que l on plonge dedans. Schéma de l expérience : Nous allons relever la température à l intérieur du verre toutes les minutes. Temps ( en min) T ( en C) Aspect Conclusion : En dessous de 0 C, l eau gèle ( se solidifie) : elle devient solide. Il n est pas possible d avoir de l eau liquide en dessous de 0 C L eau glacée est-elle plus lourde que l eau liquide? Nous avons pris deux bouteilles contenant la même quantité d eau, nous avons laissé une bouteille dans la classe (bouteille A) et nous avons mis la deuxième bouteille ( bouteille B) au congélateur. Maintenant nous allons peser et observer les deux bouteilles. Dessiner les deux bouteilles noter leur masse respective Conclusion : Lorsque de l eau gèle, sa masse est conservée mais son volume augmente. De manière plus général, lors de tout changement d état, la masse est conservée pas le volume. La vapeur d eau : Que se passe-t-il lorsque l on chauffe de l eau? Nous allons maintenant chauffer l eau. Dessin d une casserole sur une plaque chauffante + thermomètre

13 Que va-t-il se passer? Temps ( en min) T ( en C) Aspect Conclusion : la température de l eau augmente dans le temps lorsqu on chauffe l eau. Elle augmente jusqu à environ 100 C, température qu elle ne dépasse pas. A 100 C de grosses bulles se forment, on dit que c est la température d ébullition Au fur et à mesure, le niveau de l eau a diminué jusqu à ce qu il n y ait plus du tout d eau liquide dans la casserole. Cette eau a-t-elle disparue? Dessin de l expérience Nous observons sur la plaque de verre des gouttes d eau apparaître. conclusion Cette eau vient de la casserole. L eau se transforme en vapeur invisible puis s élève dans l air. C est la vaporisation. Si on refroidit l air contenant de la vapeur, l eau redevient liquide. C est la condensation. L évaporation : Il n est pas nécessaire de porter l eau à sa température d ébullition pour que l eau se transforme en vapeur d eau. Lorsque l eau se transforme en vapeur sans pour autant être à la température d ébullition, on parle d évaporation.

14 Défi : Faire évaporer 10ml d eau le plus vite possible. Plusieurs expériences ont été menées : Par ordre d efficacité : Groupe 1 : Groupe 2 : Etc. Nous avons pu observer que pour accélérer l évaporation, il fallait soit amener de la chaleur, soit ventiler le liquide, soit augmenter la surface ( et ainsi diminuer l épaisseur de l eau à évaporer). Nous avons pu remarquer que la solution la plus efficace était d utiliser les trois à la fois par exemple en utilisant un sèche-cheveux sur une assiette.