Fiche pédagogique enseignant CHIMIE

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1 Pays Cadre Niveaux Discipline Programme Thème du programme Sujet Roumanie Lycées à section bilingue francophone Classes de XIIe Chimie Curriculum spécifique aux sections bilingues La classification des réactions chimiques Approche méthodologique Mettre en place une démarche d investigation (ou une démarche expérimentale) Pré-requis Etude de l oxydoréduction Le proton comme produit de l ionisation de l atome d hydrogène Connaissance de noms d acides courants : acide chlorydrique, sulfurique, nitrique, acétique, etc. Les réactions limitées, les équilibres chimiques Disciplinaires OBJECTIFS Définir un acide et une base selon Brönsted et un couple acide/base Identifier des acides et des bases et les couples auxquels ils appartiennent Ecrire l équation d une réaction acido-basique Montrer le passage réciproque de l'acide à la base dans le cas des indicateurs colorés. Définir une espèce amphotère Décrire un système chimique (par sa composition qualitative et quantitative) Écrire l'équation chimique d'une réaction avec les nombres stœchiométriques corrects Analyser des résultats expérimentaux

2 Linguistiques Maîtriser le lexique spécifique Exprimer la condition et l hypothèse Maîtriser le raisonnement par implication Identifier et utiliser les connecteurs logiques DOCUMENTS Document 1 Fiche professeur et fiche élève pour l activité 1 : «Etude expérimentale du passage réciproque de l acide à sa base conjuguée» Document 2 Fiche professeur pour l activité 2 : «Méthode de mesure du ph d une solution» OUTILS LINGUISTIQUES Lexique utile proton acide base réaction acido-basique acide éthanoïque ion éthanoate ammoniac ion ammonium ion oxonium ion hydroxyde solution aqueuse autoprotolyse domaines de predominance amphotère Formes syntaxiques / discursives utiles Les comparatifs Tournures impersonnelles Les connecteurs de cause, de conséquence (pour démontrer)

3 Les valeurs du présent de l indicatif La condition et l hypothèse : - Si + indicatif - Si + présent ou passé composé - Si + présent dans la principale - Quand - Lorsque - Dès que La condition nécessaire : l implication («On dit qu une force travaille si son point d application se déplace») - A implique B - B dépend de A - Si A alors B - Pour que A il faut que B On dit que si Durée de la séquence : 2h de TP-cours SÉQUENCE PEDAGOGIQUE Problèmes scientifiques : Qu est-ce qu un acide, une base, un couple acide-base et une équation de réaction acido-basique? La première séance est un TP-cours qui permet aux élèves de définir un acide, une base selon la théorie de Brönsted, un couple acide-base et une équation de réaction acido-basique à partir d expériences simples où le passage de l observation à l écriture de l équation chimique est simple. La seconde séance permet aux élèves de définir le ph et de donner ses valeurs utiles. Durée de la séquence et répartition des séances : 2h sur 2 séances. Séance 1 : TPcours Démarche Consigne Activité 1 : Etude expérimentale du passage réciproque de l acide à sa base conjuguée Cours : - Une réaction acido-basique est une réaction où il y a un transfert d un proton H + entre les 2 réactifs (par exemple CH 3 COOH(aq) donne un proton H + à l ion In (aq) - un acide selon la théorie de Brönsted est une espèce chimique qui peut céder au moins un proton H + (par exemple CH 3 COOH(aq) ou HIn(aq))

4 - une base selon la théorie de Brönsted est une espèce chimique qui peut capter au moins un proton H + (par exemple NH 3 (aq) ou In (aq)) - Deux espèces chimiques conjuguées forme un couple acide/base, (par exemple CH 3 COOH(aq)/ CH 3 COO - (aq) ou NH + 4 (aq)/nh 3 (aq)) - Un acide et sa base conjuguée sont reliés par la demi-équation correspondante acide = base + H + (par exemple CH 3 COOH = CH 3 CO H 2 O O - (aq) + H + ) - une espèce qui est à la fois la base d un couple et l acide d un autre couple est amphotère. C est le cas de l eau H 2 O qui appartient à 2 couple acidebase : H 3O + (aq)/h 2 O(l) et H 2 O(l)/ HO - (aq) - d autres exemples de couple acide/base : HCl/Cl- ; H 2 SO 4 /HSO - 4 ; HNO 3 / NO - 3 ; HCOOH(aq)/ HCOO - (aq) ; Modalités de travail Durée Travail de groupe avec observation des expériences et remplissage de la fiche élève de l activité 1. Mise en commun des résultats pour aboutir aux définitions. 1h Objectifs Évaluation / Correction Définir un acide et une base selon Brönsted et un couple acide/base Identifier des acides et des bases et les couples auxquels ils appartiennent Identifier, dans une transformation acido-basique, les deux couples acide base conjugués Ecrire l équation d une réaction acido-basique Exercices d application Activité 2 expérimentale : Méthode de mesure du ph d une solution Cours : L eau, solvant des réactions acido-basiques Séance 2 : Démarche et consignes L autoprotolyse de l eau : - La faible conductivité de l eau pure indique qu elle contient des ions H 3 O + (ions oxonium) et des ions OH - (ions hydroxyde) qui proviennent de la réaction de l acide H 2 O sur la base H 2 O : c est la réaction d autoprotolyse de l eau : H 2 O + H 2 O = H 3 O + + OH - - échelle de ph une solution est dite neutre si [ H 3 O + ] = [OH - ] et alors son ph = 7 à 25 C une solution est dite acide si [ H 3 O + ] > [OH - ] et alors ph < 7 à 25 C une solution est dite basique si [ H 3 O + ] < [OH - ] et alors ph > 7 à 25 C

5 Modalités de travail Durée Activité 2 individuelle : observation et réponse aux questions. Mise en commun des résultats. 1h Objectifs Ecrire la réaction d autoprotolyse de l eau Mesurer le ph d une solution avec un phmètre Connaissant la valeur du ph d une solution aqueuse, préciser si elle est acide, basique ou neutre A partir de la concentration molaire des ions H 3 O + ou OH -, déduire la valeur du ph de la solution Évaluation / Correction Exercices de réinvestissement CONSEILS POUR LES ENSEIGNANTS Mesure de ph dans les expériences : si le lycée est équipé de phmètre correct, cette méthode sera privilégiée et l utilisation de cet appareil y compris son étalonnage sera enseignée aux élèves. Sinon un papier ph de bonne qualité pourra être utilisé dans toutes les expériences. Solvatation des ions : On écrira l ion hydrogène H + par souci de simplification, on pourra expliquer aux élèves la solvatation de cet ion dans la réalité. De même, l écriture (aq) pour les ions en solution pourra ne pas apparaître si cette simplification semble nécessaire. Par contre la notation (s) pour les solides et (l) pour les liquides purs devra apparaître.

6 Activité 1 expérimentale Passage réciproque de l acide à la base Fiche professeur Produits nécessaires : - Solution de bleu de bromothymol (BBT) sous sa forme acide, notée : HIn(aq), 5, mol.l 1 - Solution de BBT sous sa forme basique 1, notée : Na + (aq) + In (aq), 5, mol.l 1. - Solution d'acide acétique, CH 3 COOH(aq), 1, mol.l 1 - Solution d'ammoniac, NH 3 (aq), 1, mol.l 1 - Solution de chlorure de sodium, Na + (aq) + Cl (aq), 1, mol.l 1 Réalisation des transformations chimiques : Noter la couleur des solutions de bleu de bromothymol (BBT), forme acide notée HIn(aq), et forme basique notée Na + (aq) + In (aq). Expérience 1 : Prélever dans un bécher de 50 ml un peu de solution d'acide acétique, CH 3 COOH(aq). Dans un tube à essai, introduire quelques millilitres de solution de BBT forme basique, Na + (aq) + In (aq), puis une solution d'acide acétique à l'aide d'un compte-gouttes en observant l'évolution de la couleur de la solution. Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier? Compléter l'équation chimique suivante : In (aq) + CH 3 COOH(aq) Expérience 2 : prélever dans un bécher de 50 ml un peu de solution d'ammoniac NH 3 (aq). Dans un tube à essai, introduire quelques millilitres de solution de BBT, forme acide, puis à l'aide d'un compte-gouttes quelques gouttes de solution d'ammoniac en observant l'évolution de la couleur de la solution. Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier? Compléter l'équation chimique suivante : HIn(aq) + NH 3 (aq) On introduit les noms : acide éthanoïque et ion éthanoate, ammoniac et ion ammonium Emergence des notions d'acide et de base au sens de Brønsted et de couple acide/base Au cours de la transformation chimique considérée dans l'expérience 1 (compléter) :

7 L ion In - : La molécule CH 3 COOH : a gagné 1 atome d hydrogène H a gagné 1 atome d hydrogène H a perdu 2 cation H + a perdu 2 cation H + 3 anion H - 3 anion H - On conclut en définissant les termes acide au sens de Brønsted, base au sens de Brønsted et en interprétant la réaction étudiée comme une réaction acido-basique. Au cours de la transformation chimique considérée dans l'expérience 2 (compléter) : La molécule HIn : La molécule NH 3 : a gagné 1 atome d hydrogène H a gagné 1 atome d hydrogène H a perdu 2 cation H + a perdu 2 cation H + 3 anion H - 3 anion H - On conclut en définissant le couple acide/base et son écriture formelle acide = base + H +.

8 Activité 1 expérimentale Passage réciproque de l acide à la base Fiche élève (à compléter à partir des observations des expériences) 1) Notez la couleur des solutions de bleu de bromothymol (BBT) : - forme acide notée HIn(aq), - forme basique notée Na + (aq) + In (aq). 2) Dans chacune des expériences, quelle est l'équation chimique associée à la transformation chimique observée? Expérience 1 : Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier? Compléter l'équation chimique suivante : In (aq) + CH 3 COOH(aq) Expérience 2 : Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier? Compléter l'équation chimique suivante : HIn(aq) + NH 3 (aq) 2) Que se passe-t-il du point de vue microscopique dans les réactions observées? Expérience 1 : Au cours de la transformation chimique considérée dans l'expérience 1 (compléter) :

9 L ion In - : La molécule CH 3 COOH : a gagné 1 atome d hydrogène H a gagné 1 atome d hydrogène H a perdu 2 cation H + a perdu 2 cation H + 3 anion H - 3 anion H - Conclusion : Définir les termes d acide et de base Interpréter la réaction acido-basique étudiée. Expérience 2 : Au cours de la transformation chimique considérée dans l'expérience 2 (compléter) : La molécule HIn : La molécule NH 3 : a gagné 1 atome d hydrogène H a gagné 1 atome d hydrogène H a perdu 2 cation H + a perdu 2 cation H + 3 anion H - 3 anion H - Conclusion : Définir un couple acide/base Ecrire l équation de passage d un acide à la base correspondante et inversement. Activité 2 expérimentale Utiliser le ph mètre Fiche élève (à compléter à partir des observations des expériences) Matériel : - Solutions S1 à S6 d acide chlorhydrique de concentrations C 1 = 1, mol.l 1 C 2 = 5, mol.l 1 C 3 = 1, mol.l 1

10 C 4 = 5, mol.l 1 C 5 = 1, mol.l 1 C 6 = 5, mol.l 1 - ph mètre étalonné - bécher de 100 ml Expérience : On mesure successivement les ph des solutions C 1 à C 6 en prenant soin de bien rincer l électrode entre chaque mesure. Exploitation : a) Ecrire l équation de réaction de l acide HCl sur l eau (dissolution acido-basique) que l on considère comme totale. En déduire la valeur de [H 3O + (aq)] pour chaque solution. b) Compléter les 3 premières lignes du tableau : solution S1 S2 S3 S4 S5 S6 Concentration C (mol.l -1 ) ph [H 3O + (aq)] (mol.l -1 ) - log 10 [H 3O + (aq)] c) Compléter les phrases suivantes : - lorsque [H 3O + (aq)] augmente le ph - lorsque le ph augmente, [H 3O + (aq)] d) Avec la calculatrice scientifique, utiliser la fonction logarithme décimal (touche log ou log10) pour calculer - log 10 [H 3O + (aq)] pour chacune des 6 concentrations et compléter la 4 ième ligne du tableau. e) On constate qu aux incertitudes près ph = - log 10 [H 3O + (aq)] ou encore que [H 3O + (aq)] = 10 - ph

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