Ensemble documentaire : Différentes piles électrochimiques pour différents usages

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1 Ensemble documentaire : Différentes piles électrochimiques pour différents usages Schéma d une pile saline (invention du physicien français Leclanché en 1866) Borne négative : enveloppe de zinc. 2. Borne positive : dioxyde de manganèse et poudre de carbone au contact d une tige conductrice. 3. Gel conducteur de chlorure d ammonium. Schéma d une pile alcaline (1957) + _ Borne négative : poudre de zinc au contact d une tige conductrice. 2. Borne positive : dioxyde de manganèse et poudre de carbone au contact d une enveloppe en acier. 3. Gel conducteur Doc 1 : composition de deux types de piles du commerce (source des schémas : Hatier-SPC-3 ème -2008) d hydroxyde de potassium. Pour comparer la performance de différents types de piles, on mesure la tension entre leurs bornes au cours du temps. Cette tension est un bon indicateur de l énergie disponible dans les piles. Tension (en V) saline alcaline pile au lithium (formée de lithium et de dioxyde de manganèse) Temps (en h) Doc 2 : performance de trois types de piles (source : Hatier-SPC-3 ème -2008) Chaque année, plus de 875 millions de piles sont vendues en France. Dans les rayons des magasins, elles sont conditionnées en lots. Pour une même marque et un même format de piles, un lot de 4 piles salines coûte 1 euro, un lot de 4 piles alcalines vaut 3 euros et un lot de 2 piles au lithium s élève à 8 euros. Doc 3 : prix moyens de trois types de piles Page 2

2 Appareils exigeant peu d énergie Appareils exigeant davantage d énergie Appareils exigeant de l énergie sur une longue durée sonnette télécommande jouet lecteur montre appareil photo maison MP3 numérique Pile saline Pile alcaline Pile au lithium Doc 4 : A chaque appareil, une pile adaptée Lorsqu une pile électrochimique fonctionne, elle fournit de l énergie électrique à partir d une transformation chimique. Des espèces chimiques appelées réactifs sont alors consommées pour former de nouvelles espèces chimiques appelées produits. La pile à combustible est une pile électrochimique. Piles électrochimiques salines, alcalines, lithium Pile à combustible à hydrogène La transformation chimique nécessite des substances qui peuvent être toxiques telles le zinc, le dioxyde de manganèse, le lithium... La pile est déchargée lorsqu un des réactifs est complètement consommé. Destination de la pile déchargée : Bilan de la transformation chimique : dihydrogène + dioxygène eau (substance non toxique) Les réactifs sont contenus dans des réservoirs extérieurs à la pile. En alimentant sans cesse ces réservoirs en réactifs, la transformation chimique ne s arrête pas. La pile à combustible est actuellement utilisée dans certaines voitures. Elle présente des avantages qui lui permettraient d être exploitée dans les téléphones, les tablettes numériques, les ordinateurs portables... Doc 5 : la pile à combustible ; une pile propre qui ne se décharge pas Page 3

3 Test académique 3 ème de Physique-Chimie Partie Chimie Etude de documents Nom :. Prénom :.. Classe :.. Compétences évaluées Aide(s) apportée(s) Niveaux A B C D S APP ANA Rechercher et extraire l information utile Exploiter l information extraite Aide n 1 Aide n 2 VAL Interpréter les résultats Aide n 3 COM Rendre compte à l écrit Les piles usagées sont rapportées dans des points de collecte. Un bac de récupération contient ainsi une grande variété de piles. A partir de tous les documents fournis, rédiger un texte de dix lignes minimum indiquant au moins cinq différences qui justifient les divers usages des piles. La qualité de la rédaction sera également prise en compte. Test académique 3 ème de Physique-Chimie Partie Chimie Etude de documents Nom :. Prénom :.. Classe :.. Compétences évaluées Aide(s) apportée(s) Niveaux A B C D S APP ANA Rechercher et extraire l information utile Exploiter l information extraite Aide n 1 Aide n 2 VAL Interpréter les résultats Aide n 3 COM Rendre compte à l écrit Les piles usagées sont rapportées dans des points de collecte. Un bac de récupération contient ainsi une grande variété de piles. A partir de tous les documents fournis, rédiger un texte de dix lignes minimum indiquant au moins cinq différences qui justifient les divers usages des piles. La qualité de la rédaction sera également prise en compte. Page 1

4 Évaluation de l exercice par les compétences mobilisées La grille permet d apprécier, selon quatre niveaux, les compétences développées par le candidat pour traiter l exercice. Pour cela, elle s appuie sur des indicateurs adaptés à l exercice et traduisant les critères fixés. Niveau A Niveau B Niveau C Niveau D Les indicateurs choisis apparaissent dans leur (quasi) totalité. Les indicateurs choisis apparaissent partiellement. Les indicateurs choisis apparaissent de manière insuffisante. Les indicateurs choisis ne sont pas présents. Compétences évaluées Indicateurs de correction correspondant au niveau A APP ANA VAL COM Rechercher et extraire l information utile Exploiter l information extraite Interpréter les résultats Rendre compte à l écrit Composition différente des piles salines, alcalines : - L assemblage des composants zinc et dioxyde de manganèse est différent. - La composition chimique du gel conducteur est différente. - Présence d une substance chimique différente : le lithium dans les piles au lithium (doc2). Performance différente des piles salines, alcalines, lithium : - La pile saline se décharge + vite. - La pile au lithium est la + performante. Prix différents des piles salines, alcalines, lithium : - La pile saline est la moins chère. - La pile au lithium est la plus coûteuse. Usages différents des piles salines, alcalines, lithium : - La pile saline convient aux objets peu gourmands en énergie et dont le fonctionnement est court et intermittent. - La pile alcaline convient aux objets plus gourmands en énergie et dont le fonctionnement dure + longtemps. - La pile au lithium convient aux objets demandant de l énergie sur une très longue durée. Différences entre les 3 types de piles précédentes et la pile à combustible : - Les réactifs et le produit de la pile à combustible ne polluent pas l environnement. - La pile à combustible ne s use pas puisqu alimentée sans cesse par les réactifs. Usages de la pile à combustible : - Utilisée actuellement dans certaines voitures. - Elle se destinerait dans l avenir à des objets high-tech demandant une grande autonomie de fonctionnement. Les arguments sont organisés de façon cohérente : - lien entre 2 informations. - Utilisation correcte de la relation de cause à effet. - Le texte produit : - répond à la problématique. - est formulé à l aide de connecteurs appropriés (donc, car, si, or...) - Une conclusion fait la synthèse des différents arguments. - La production est soignée. - Le niveau de langue est adapté. - Un vocabulaire scientifique adapté est utilisé. - La rédaction des phrases est correcte (syntaxe, orthographe). Attention : ne pas tenir compte de l orthographe pour les élèves dyslexiques. Page 4

5 Consignes pour la reproduction - L énoncé de l activité (page 1) peut être collé sur la copie du candidat. - Les pages 2 et 3 (ensemble documentaire) doivent être imprimées côte à côte, sur une même feuille (pas en recto-verso) et, si possible, en couleur. Mises sous pochette plastique, elles peuvent resservir d une classe à l autre. - La grille d évaluation des compétences et les consignes de reproduction et de déroulement (pages 4 et 5) s adressent uniquement au correcteur. - Les aides (page 6) peuvent être photocopiées autant de fois que nécessaire, en fonction des besoins estimés par le professeur. - L aide non pénalisante est à coller sur la copie du candidat. - Les autres aides distribuées doivent être soigneusement ramassées après l épreuve et peuvent resservir d une classe à l autre. Consignes pour le déroulement - Avant l épreuve, il peut être utile d expliquer aux candidats ce que recouvre chacune des aides. Il est aussi possible d écrire au tableau les intitulés de chaque aide. - Au début de l épreuve, inviter les candidats à lire la problématique et la consigne avant de distribuer l ensemble documentaire. - Juste après que les candidats aient pris connaissance de l ensemble documentaire, distribuer l aide non pénalisante. Le candidat sera libre de l utiliser ou pas. - Pendant l épreuve, des aides sont proposées au candidat en cas de difficultés, de façon à pouvoir évaluer le maximum de compétences. - L aide n 1 distribuée entraîne un niveau B, C ou D à l évaluation «extraire l information utile», en fonction des informations extraites par le candidat. Page 5

6 Aide non pénalisante pour l évaluation : Rechercher et extraire l information utile Quelles sont les différences entre les piles? Dans chaque document évoquant des différences (s aider du tableau ci-contre), comparer les informations données pour dégager des différences entre les piles. S aider aussi des titres des documents. Quels sont les usages des piles? Dans chaque document évoquant des usages (s aider du tableau ci-contre), trouver les informations correspondant à des usages des piles. S aider également des titres des documents. Différences Usages Aide n 1 : Rechercher et extraire l information utile Les documents permettaient d extraire, parmi d autres, les informations suivantes : - La composition chimique d une pile saline et alcaline est différente : le gel conducteur n est pas le même. - La pile saline se décharge + vite que la pile alcaline ou au lithium. - La pile au lithium est + performante que la pile saline ou alcaline. - La pile alcaline coûte plus chère que la pile saline. - La pile à combustible ne s use pas contrairement aux piles salines, alcalines, au lithium. Des différences - La pile saline convient aux objets peu gourmands en énergie. - La pile alcaline convient aux objets plus gourmands en énergie - La pile au lithium convient aux objets demandant de l énergie sur une très longue durée. - La pile à combustible se destine dans l avenir à des objets demandant une grande autonomie. Des usages Aide n 2 : Exploiter les informations extraites Organiser les informations extraites en établissant des liens entre-elles : - soit un lien entre deux différences, pour justifier un usage. - soit directement un lien entre une différence et un usage. Aide n 3 : Interpréter les résultats Rédiger un texte à partir des informations organisées, en utilisant des connecteurs appropriés (donc, car, si, or...). Une conclusion est attendue. Page 6