LA MATIÈRE, LES MÉLANGES

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1 LA MATIÈRE, LES MÉLANGES Rappels pour le maître On obtient un mélange dès qu on mêle un ensemble de matières les unes aux autres. On se cantonne ici à des mélanges dans lesquels l un des constituants est de l eau. Dans certains cas, les matières ne se mêlent pas intimement les unes aux autres : on peut distinguer à l œil nu les différents constituants (par exemple un mélange d eau et de terre). Dans d autres cas, le mélange est suffisamment intime pour qu il soit impossible de distinguer les différentes matières. On a alors affaire à une dissolution (par exemple un mélange d eau et de sirop ou d eau et de quelques pincées de sel). Pour séparer les constituants d un mélange, on peut mettre en œuvre plusieurs méthodes. La décantation est l opération qui consiste à laisser reposer un mélange. Lorsque de l eau est mélangée à de la terre, on constate, après une durée suffisante, que les débris plus denses que l eau se déposent au fond, alors que ceux qui sont moins denses flottent à la surface. La filtration consiste à faire passer le mélange à travers un filtre. Les particules plus grosses que les trous du filtre sont arrêtées alors que les autres passent à travers. Dans la plupart des cas, une filtration n est donc pas parfaite puisque des particules peuvent toujours traverser. Lorsqu on ne souhaite pas retrouver l eau, mais seulement un solide qui y est dissous, il suffit de laisser le mélange à l air libre. Seule l eau s évapore, le solide se retrouve sous la forme d un dépôt. C est une technique qu on peut utiliser, à l école, pour montrer qu une eau n est pas pure. Enfin, la vitesse à laquelle se produit une évaporation dépend de plusieurs paramètres. Elle augmente avec : la température du liquide ; la surface en contact avec l air (appelée surface libre) ; la ventilation. Analyse des situations proposées Tableau récapitulatif Situation Classe visée / Difficulté Ressources nécessaires pour réussir Remédiations possibles ou qui sont travaillées ou situations analogues Début de cycle / ** Filtration. Évaporation pour retrouver un solide dissous. Sélection d informations dans un document. Situations 8, 0, Situations,, 4 Situations, 8, 0, Début de cycle / ** Facteurs qui influencent la vitesse d évaporation. Démarche expérimentale (ne faire varier qu un paramètre à la fois). Situation 4 Situations, 4 Fin de cycle / *** Évaporation pour retrouver un solide dissous. Sélection d informations dans un document. Situations,, 4 Situations, 8, 0, Éditions Magnard. Pour de plus amples explications, on peut se reporter au manuel Sciences Cycle, 64 enquêtes pour comprendre le monde (enquêtes 4, 6, 7 et 8 ; bilan pages 4-5 ; encyclopédie aux entrées : mélange, dissolution, solution, décantation, filtration et évaporation) et au guide pédagogique qui l accompagne (pages 4 à 50). LA MATIÈRE, LES MÉLANGES 9

2 Situation Classe visée / Difficulté Ressources nécessaires pour réussir Remédiations possibles ou qui sont travaillées ou situations analogues Démarche expérimentale (ne faire varier qu un paramètre à la fois). Situations, 4 4 Début de cycle / ** Facteurs qui influencent la vitesse d évaporation. Démarche expérimentale (ne faire varier qu un paramètre à la fois). Situation Situations, 5 Début de cycle / * Décantation. Situations 6, 6 Début de cycle / * Décantation. Dissolution. Situation 5, Situation 7 7 Début de cycle / * Dissolution. Élaboration d un protocole expérimental. Situation 6 Voir «Énergie», situation 0 8 Début de cycle / * Filtration. Sélection d informations dans un texte. Situations, 0, Situations,, 0, 9 Fin de cycle / *** Cette situation présente une grande analogie avec la. Filtration. Dissolution. Évaporation pour retrouver un solide dissous. Facteurs qui influencent la vitesse d évaporation. Représentation de la réalité par une maquette. Situations, 8, 0, Situations 6, 7 Situations,,, 4 Situations, 4 Situations 0, 0 Début de cycle / * Filtration. Sélection d informations dans un document. Représentation de la réalité par une maquette. Situations, 8, Situations,, 8, Situation Début de cycle / ** Filtration. Évaporation pour retrouver un solide dissous. Situations, 8, 0 Situations,, 4 Fin de cycle / *** Cette situation présente une grande analogie avec la 9. Filtration. Dissolution. Évaporation pour retrouver un solide dissous. Facteurs qui influencent la vitesse d évaporation. Représentation de la réalité par une maquette. Situations, 8, 0, Situations 6, 7 Situations,,, 4 Situations, 4 Situations 0, Début de cycle / *** Décantation. Sélection d informations dans un document. Représentation de la réalité par une maquette. Situations 5, 6 Situations,, 8, 0 Situation 0 4 Début de cycle / * 0 SCIENCES CYCLE 0 SITUATIONS POUR ÉVALUER ET FAIRE PROGRESSER LES ÉLÈVES Évaporation pour retrouver un solide dissous. Situations,, Éditions Magnard

3 Conditions de passage des évaluations SITUATIONS 5, 6, ET 4 Elles peuvent facilement faire l objet d une vérification expérimentale. Les élèves répondent dans un premier temps aux questions de l énoncé. Ils réalisent l expérience dans un second temps. On attend la fin de celle-ci pour connaître la réponse, qui est donc fournie expérimentalement. SITUATIONS 9 ET Elles peuvent se dérouler expérimentalement en aménageant les énoncés de la manière suivante. Situation 9 : Montrer le schéma de l expérience. Conseils expérimentaux Poser la question. Donner la consigne suivante : Imaginer puis réaliser les expériences qui permettraient de savoir si l eau récupérée dans le petit pot contient de l engrais. Les expériences doivent pouvoir se dérouler en une demi-journée. Situation : Montrer le schéma de l expérience. Poser les questions et. Donner la consigne suivante : Imaginer puis réaliser les expériences qui permettraient de récupérer du sel propre. Les expériences doivent pouvoir se dérouler en une demi-journée. Si les situations 9 et sont proposées expérimentalement, il convient de prendre quelques précautions pour que les résultats soient probants. Éditions Magnard SITUATION 9 Choisir un engrais en poudre à action immédiate comme les engrais «coup de fouet» qu on utilise au printemps. Disposer une demi-dose à la surface de la terre et arroser avec une petite quantité d eau (un petit pot de bébé, pour fixer les idées). Veiller à ce que l eau d arrosage soit bien en contact avec l engrais pour qu elle puisse le dissoudre. Notons que les engrais ne présentent pas de toxicité particulière. Réponses aux situations SITUATION / Filtration. et / Évaporation. SITUATION / C est l idée de Razmik. / Idée à écrire sous forme d une étape d une recette (à l infinitif). SITUATION / a) Vittel ; b) Volvic. / a) Basalte ; b) gypse, calcaire et dolomie ; c) non, car le basalte contient de la silice. / a) Il ne faut faire varier qu un paramètre à la fois ; b) Vittel. SITUATION 4 / Conclusion générale : la vitesse d évaporation augmente avec la température. / Le niveau de l eau est plus élevé que dans le saladier. Mais il a légèrement diminué par rapport au premier schéma. Conclusion générale : la vitesse d évaporation augmente avec la surface libre du liquide. / On ne peut pas conclure, car deux paramètres varient en même temps : la surface libre et la température. SITUATION 5 On attend des élèves qu ils dessinent le pot avec les graviers au fond et les brindilles en surface. SITUATION Préparer dans la bouteille une eau suffisamment salée pour que le dépôt final recueilli soit observable. Veiller cependant à ne pas aller au-delà de la saturation, faute de quoi une partie du sel ne se dissoudrait pas. À titre indicatif, on peut opérer avec un demiverre de gros sel pour litre d eau. SITUATION 6 On attend des élèves qu ils dessinent et légendent le sable au fond du pot et l eau salée (sel invisible) au-dessus. SITUATION 7 / Introduire quelques gouttes d eau de Cologne dans un pot contenant de l eau. Agiter. Laisser reposer. / Observer si l on distingue ou non les deux constituants ; conclure que l eau de Cologne est soluble dans l eau. SITUATION 8 / Ils jouent le rôle de filtre. / Non, l écumoire a des trous plus gros. SITUATION 9 / Ce que j utilise dans le modèle Le gobelet en plastique Le mélange de terre et de cailloux Le trou L engrais L eau du robinet Ce que ça représente dans la réalité Une roche imperméable Une roche perméable La source De l engrais La pluie LA MATIÈRE, LES MÉLANGES

4 / Filtrer l eau boueuse recueillie dans le gobelet, puis faire évaporer. / Verser une petite quantité d eau dans un récipient large comme une assiette. La placer à la chaleur (au soleil ou sur un radiateur). SITUATION 0 / Ce que j utilise dans le montage Passoire Filtre à café Mélange eau + terre + cailloux Bouteilles en plastique Eau filtrée Ce que ça représente dans la réalité Grille : diamètre des trous cm Grille : diamètre des trous cm Eaux usées Bassin Eaux débarrassées des plus gros déchets / Non, la grille dont les trous sont les plus gros doit être en premier. / Elles peuvent contenir des déchets plus petits que les trous de la plus fine des grilles, ainsi que toutes les substances dissoutes (lessive par exemple). SITUATION / Réaliser une filtration. / Évaporer l eau. / Filtrer le mélange, puis évaporer. SITUATION / Du sel et des débris de terre. / Ce que j utilise Ce que ça représente dans l expérience Le sel, la terre, les cailloux, les feuilles L eau du robinet La seringue dans la réalité Le sel et les débris contenus dans la mine L eau injectée La pompe / Filtrer le mélange, puis laisser l eau s évaporer. 4/ Verser une petite quantité d eau dans un récipient large, comme une assiette. La placer à la chaleur (au soleil ou sur un radiateur). SITUATION / Ce que j utilise dans le montage Le bac Les gouttières Le bocal Le fond de bouteille contenant le mélange d eau et de terre Ce que ça représente dans la réalité Le bassin La pente du terrain La fontaine La source et son eau boueuse et rougeâtre / Veiller à ce que l explication soit fondée sur le phénomène de décantation. SITUATION 4 Non, les eaux minérales ne sont pas pures ; la présence du dépôt après évaporation de l eau en atteste. SCIENCES CYCLE 0 SITUATIONS POUR ÉVALUER ET FAIRE PROGRESSER LES ÉLÈVES Éditions Magnard

5 ÉNONCÉS POUR LES ÉLÈVES Situation La canne à sucre est une plante tropicale dont on extrait le sucre. Son extraction se fait en plusieurs étapes. Étape : la canne est tout d abord déchiquetée. Étape : elle est ensuite broyée dans des moulins pour obtenir un jus (le vesou). Étape : le vesou contient des impuretés, il est donc tamisé. Étape 4 : on ajoute un produit (lait de chaux) et on chauffe le mélange à 05 C dans des chaudières. Étape 5 : une partie de l eau s élimine sous forme de vapeur et on obtient le sirop de sucre. Étape 6 : le sirop est alors chauffé à 55 C et se transforme en pâte (la masse cuite) qui renferme les cristaux de sucre. Étape 7 : la masse cuite passe alors dans des essoreuses. Ainsi, les cristaux de sucre sont séparés du jus pâteux. Étape 8 : les cristaux de sucre sont ensuite séchés. Étape 9 : le sucre obtenu est du sucre roux. Une partie est emballée pour être vendue. L autre partie est envoyée dans une raffinerie pour la transformation en sucre blanc. Tu as appris à utiliser plusieurs procédés pour séparer les mélanges : la filtration, la décantation, l évaporation. Quel est le procédé utilisé à l étape? Au début de l étape 5, le mélange contient essentiellement de l eau et du sucre. Quel est le procédé utilisé à cette étape? Justifie ta réponse en utilisant tes connaissances. Quel est le procédé utilisé à l étape 8? Situation Voici le début de la recette pour faire des pommes séchées : Prendre des pommes et les éplucher. Couper les pommes en rondelles. Cinq élèves ont eu des idées différentes pour obtenir rapidement des rondelles de pommes séchées. Parmi toutes ces idées, quelle est celle qui permet de sécher le plus rapidement possible les rondelles? Justifie ta réponse en t aidant de ce que tu as appris. Termine la recette en écrivant la dernière étape. Benjamin Nicolas Razmik Sarah Aurélia Les rondelles sont en tas sur une seule assiette posée sur un radiateur ou au soleil. Les rondelles sont étalées sur plusieurs assiettes recouvertes par un film plastique, le tout posé sur un radiateur ou au soleil. Les rondelles sont étalées sur plusieurs assiettes posées sur un radiateur ou au soleil. Les rondelles sont étalées sur une assiette posée sur une table. Les rondelles sont étalées sur des assiettes posées sur une table. LA MATIÈRE, LES MÉLANGES

6 Situation Avant d arriver à leur source, les eaux minérales que l on trouve en bouteille ont traversé le sous-sol de la Terre pendant de nombreuses années (0, 5, 0 ans). Elles ont alors été en contact avec des roches comme le calcaire, le granite, le gypse ou le basalte et ont légèrement dissous les sels minéraux contenus dans ces roches. Dans une eau minérale, on retrouve donc les sels minéraux (comme le magnésium, le calcium, la silice, les sulfates, etc.) qui se trouvaient dans les roches traversées. Voici la composition de deux eaux minérales, telle qu elle est indiquée sur les étiquettes : l eau de Vittel et l eau de Volvic. a) Dans quelle eau trouve-t-on le plus de calcium, de magnésium, de sulfates? b) Dans quelle eau trouve-t-on de la silice? Le tableau suivant indique les sels minéraux que contiennent différentes roches. Par exemple, si de l eau traverse du gypse, l eau contiendra beaucoup de calcium et beaucoup de sulfates. Roches Sels minéraux Gypse calcium (+), sulfates (+) Calcaire, dolomie calcium (+), magnésium ( ) Basalte silice (+), calcium ( ), magnésium ( ) (+) : sel minéral en grande quantité dans l eau. ( ) : sel minéral en faible quantité dans l eau. a) Quelles roches l eau de Volvic a-t-elle traversées? b) Quelles roches l eau de Vittel a-t-elle traversées? c) Si on te dit : «L eau de Vittel a traversé du basalte», que réponds-tu? Si on laisse évaporer une goutte d eau sur une plaque de verre, on trouve un dépôt blanc qui correspond aux sels minéraux contenus dans l eau. Plus l eau contient de sels minéraux et plus le dépôt est visible. a) Pourquoi faut-il expérimenter avec une goutte d eau de Vittel et une goutte d eau de Volvic? b) Avec ce que tu connais sur la composition des eaux de Vittel et de Volvic, indique avec laquelle des deux eaux on obtiendrait le dépôt le plus visible. Justifie et expérimente pour vérifier. 4 SCIENCES CYCLE 0 SITUATIONS POUR ÉVALUER ET FAIRE PROGRESSER LES ÉLÈVES

7 Situation 4 On étudie la vitesse à laquelle l eau s évapore en réalisant l expérience du dessin. Dans chaque récipient, il y a : la même quantité d eau à la même température initiale Le lendemain Dessin Peut-on tirer une conclusion générale? Si oui, laquelle? Sinon, pourquoi? Sur le dessin, marque le niveau de l eau dans le récipient de droite. Indique la conclusion générale que l on peut tirer de cette expérience. Dans chaque récipient, il y a : - la même quantité d eau - à la même température Trois jours plus tard Dessin Peut-on tirer une conclusion générale de l expérience suivante (dessin )? Si oui, laquelle? Sinon, pourquoi? Dans chaque récipient, il y a : la même quantité d eau à la même température initiale Le lendemain Situation 5 Dessin On mélange de l eau, des brindilles de sapin et du gravier dans un même pot. On agite et on laisse reposer plusieurs heures. Dessine le pot et ce qu il contient lorsque tout est bien reposé. N oublie pas la légende. LA MATIÈRE, LES MÉLANGES 5

8 Situation 6 On mélange de l eau, quelques pincées de sel et du sable dans un même pot. On agite et on laisse reposer quelques heures. Dessine le pot et ce qu il contient lorsque tout est bien reposé. N oublie pas la légende. Situation 7 On désire savoir si l eau de Cologne est soluble dans l eau. Décris l expérience à réaliser en utilisant du texte et des dessins. Que faut-il observer pour conclure? Situation 8 Voici une recette de sirop de framboises. Recopie les étapes dans l ordre. Mettez en bouteille et bouchez hermétiquement. Lavez les framboises. Ajoutez du sucre en poudre dans le jus obtenu. Écrasez les framboises au pilon dans une terrine. Amenez le mélange à ébullition pendant quelques minutes. Laissez reposer au frais puis passez au tamis ou à travers un torchon. Quel est le rôle du tamis ou du torchon? Pourrait-on utiliser une écumoire à la place du tamis ou du torchon? Justifie. Situation 9 On désire savoir si de l engrais, déposé sur le sol, peut se retrouver dans les eaux souterraines. Pour cela, on a réalisé cette expérience. De l eau boueuse coule par le trou. On la récupère dans un petit pot. Remplis le tableau en utilisant ces mots : la source la pluie une roche imperméable de l engrais une roche perméable. Eau du robinet Une dose d engrais Gobelet en plastique Mélange de terre et de cailloux Trou Petit pot Eau boueuse Ce que j utilise dans l expérience Ce que ça représente dans la réalité Le gobelet en plastique... Le mélange de terre et de cailloux... Le trou... L engrais... L eau du robinet... Sachant que l engrais est soluble dans l eau, décris tout ce qu il faut faire pour montrer que l eau qui coule par le trou contient de l engrais. Décris comment faire pour réaliser l expérience en une demi-journée. 6 SCIENCES CYCLE 0 SITUATIONS POUR ÉVALUER ET FAIRE PROGRESSER LES ÉLÈVES

9 Situation 0 Les eaux usées, c est-à-dire les eaux rejetées après utilisation (eaux de vaisselle, eaux des toilettes, eaux de salle de bains ), rejoignent les stations d épuration pour y être traitées, c està-dire «nettoyées». Le traitement de ces eaux comporte plusieurs étapes. La première de ces étapes s appelle le dégrillage (dessin ). Grille Grille Arrivée des eaux usées Bassin Dessin Sortie des eaux débarrassées des plus gros déchets Les eaux usées passent à travers des grilles disposées les unes derrière les autres. Ces grilles ont des trous de plus en plus petits afin d arrêter les déchets de tailles différentes. Mélange eau + terre + cailloux Passoire Bouteille en plastique découpée Filtre à café Un élève a voulu représenter l étape du dégrillage. Le dessin te montre son montage. Complète le tableau en choisissant les mots qui constituent la légende du dessin. Dessin Eau filtrée Ce que j utilise dans le montage Ce que ça représente dans la réalité... Grille : diamètre des trous de cm... Grille : diamètre des trous de cm... Eaux usées... Bassin... Eaux débarrassées des plus gros déchets Est-ce qu on pourrait changer l ordre des grilles? Explique ta réponse. Les eaux qui sortent du bassin peuvent-elles encore contenir quelque chose? Si oui, quoi? LA MATIÈRE, LES MÉLANGES 7

10 Situation A B C Dans le verre A, il y a un mélange d eau et de sable. Comment faire pour récupérer le sable? Dans le verre B, il y a un mélange d eau et de sucre. Comment faire pour récupérer le sucre? Dans le verre C, il y a un mélange d eau, de sable et de sucre. Comment faire pour récupérer le sucre? Situation Le sel se trouve parfois dans des gisements souterrains, où il peut être mélangé à de la terre ou à d autres sortes de débris. Pour l extraire, on injecte de l eau dans le gisement, puis on pompe cette eau. Que contient l eau qui remonte? Pourquoi? Pour représenter ce qui se passe, on réalise l expérience suivante. Du sel, de la terre, des débris de feuilles On remplit la bouteille avec de l'eau On aspire avec une seringue Remplis le tableau en utilisant ces mots : la pompe le sel et les débris contenus dans la mine l eau injectée. Ce que j utilise dans l expérience Décris ce qu il faut faire pour récupérer du sel propre. Comment procéder pour réaliser l expérience en une demi-journée? 8 SCIENCES CYCLE 0 SITUATIONS POUR ÉVALUER ET FAIRE PROGRESSER LES ÉLÈVES Ce que ça représente dans la réalité Le sel, la terre, les cailloux, les feuilles... L eau du robinet... La seringue... 4

11 Situation Voici un extrait du roman de Marcel Pagnol : Manon des sources. L histoire se passe dans un village de Provence. Ce village est alimenté par une source dont l eau coule jusqu à la fontaine du village. Avant d arriver à la fontaine, l eau de la source se déverse dans un bassin situé en amont de la fontaine. Régulièrement, quelques personnes du village nettoient ce bassin. «Ce bassin, c était celui qui recevait l eau de la source, et en accumulait la nuit une réserve d une centaine de mètres cubes. Il fallait le nettoyer tous les six mois, à cause du sable rougeâtre qui s y déposait avec des aiguilles de pin et des feuilles mortes apportées par le vent. [ ] Dans le bassin vide, trois hommes, le torse nu, la pelle en main, en grattaient le fond, et lançaient par dessus le bord une boue rougeâtre. [ ] Je me demande d où cette poudre [la boue rougeâtre] peut venir C est la source qui l amène après les gros orages Sept ou huit heures après Mais ça ne va pas jusqu à la fontaine, ça se dépose tout ici. [ ] Et où se trouve-t-elle, votre source [ ] par rapport à ce bassin? À mon idée, [ ], le vallon des Romarins, c est un peu plus haut. Il est donc tout à fait probable que l eau du village vient de ce vallon. [ ] Une cloche lointaine sonna. C était celle des Bastides. Ô coquin de sort! J ai promis de remettre l eau pour midi au plus tard! Et bien, quoi? À midi, nous aurons fini! Justement, c est ça qui m inquiète. Parce qu il faut une heure pour que le bassin se remplisse à la bonne hauteur, et couvre le tuyau. Et puis, pour qu elle arrive au village, il faut encore une petite demi-heure! Allez zou! Mettons-en un coup!» Bernard de Fallois/marcel.pagnol.com. Ce dessin représente le lieu décrit dans ce passage. Vallon des Romarins Complète le dessin : indique l emplacement de la source par une croix bleue ; indique l emplacement de la fontaine par une croix noire ; indique l emplacement du bassin par une croix rouge ; au crayon bleu, trace le trajet de l eau, entre la source et la fontaine. LA MATIÈRE, LES MÉLANGES 9

12 Un élève a voulu représenter le trajet de l eau. Voici son montage : Fond de bouteille Gouttières Bac Bocal Complète le tableau en utilisant ces mots : la fontaine le bassin la source et son eau boueuse et rougeâtre la pente du terrain. Ce que j utilise dans le montage Ce que ça représente dans la réalité Le bac... Les gouttières... Le bocal... Le fond de bouteille contenant le mélange d eau et de terre... Rédige un texte qui explique ce qui se passe au niveau du bassin en employant le vocabulaire scientifique que tu connais. Situation 4 Les eaux minérales sont-elles pures? Pour le savoir, des élèves ont placé quelques gouttes d eau minérale sur une feuille en plastique et ont attendu que l eau s évapore. Voici les résultats qu ils ont obtenus avec trois sortes d eaux minérales. Explique ce qui s est passé au cours de ces expériences et réponds à la question posée : les eaux minérales sont-elles pures? 40 SCIENCES CYCLE 0 SITUATIONS POUR ÉVALUER ET FAIRE PROGRESSER LES ÉLÈVES