Niveau : 1S Notions et contenus : Réaction chimique : réactif limitant, stœchiométrie, notion d avancement. Identifier le réactif limitant, décrire

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1 Niveau : 1S Notions et contenus : Réaction chimique : réactif limitant, stœchiométrie, notion d avancement. Identifier le réactif limitant, décrire quantitativement l état final d un système chimique. Interpréter en fonction des conditions initiales la couleur à l état final d une solution siège d une réaction chimique mettant en jeu un réactif ou un produit coloré. Type d activité : expérimentale, Apprentissage par problème (APP) Compétence travaillée ou évaluée : S informer - s approprier Réaliser - Raisonner - Valider Communiquer Résumé (en 5 lignes au plus) : Dosage du diiode sous forme de problème Mots clefs : Réactifs, produits, tableau d avancement, dosage par titrage d une espèce colorée Auteur, sources, établissement : Bernard Laurence Lycée Gabriel Fauré Académie de Grenoble Date de création : juin 2014 Durée estimée de cette activité : 2h

2 CV 07 Problème : Une solution de diiode a été préparée au laboratoire, un mois auparavant, mais l étiquette a été détériorée, on ne connaît pas sa concentration actuelle C 0. Au sein de votre équipe, vous réfléchirez à une méthode judicieuse pour déterminer cette concentration, sachant que 3 béchers contenant environ 40 ml de cette solution peuvent être utilisés. L ensemble de la réflexion et les résultats seront détaillés sous forme d affiche. On devra notamment mettre en évidence le nom de la méthode utilisée, la démonstration théorique de la formule à utiliser (cette démonstration devra utiliser un tableau d avancement en littéral), un schéma annoté de l expérience, les consignes pour manipuler le plus précisément possible, le résultat des expériences réalisées et un exemplaire d étiquette à coller sur le flacon Ressources : liste du matériel disponible, 6 documents d information Organisation : durée horaire tâche à réaliser 5 min 13h35 organisation du groupe, lecture du problème et premières pistes 15 min 13h40 travail individuel : appropriation de tous les documents 20 min 13h55 travail collectif : mise en commun au sein du groupe pour trouver la méthode, constitution du brouillon de l affiche, début de l affiche au propre si besoin, un cours de 5 min basé sur vos questions peut être effectué à la classe entière min 14h15 travail par binôme : expériences et mesures + rangements 30 min 14h40-45 travail collectif : affiche à faire au propre, en se répartissant les tâches XXXXX 14h15 RENDRE L AFFICHE DU GROUPE AU PROFESSEUR 5 min 14h15 Bilan individuel sur le travail de groupe réalisé 5 min 14h20 Comparer les réponses du bilan et tirer un bilan du travail de groupe à donner au professeur Liste du matériel: 3 postes identiques sont à votre disposition - 1 pissette d eau distillée - 1 agitateur magnétique et son turbulent - 1 pipette jaugée de 10,0 ml - 1 propipette rouge - 2 erlenmeyers de 50 ml - 1 burette graduée de 25 ml - 1 pot de yaourt - 1 grand bécher en plastique pour les déchets Solutions disponibles - 3 béchers de 80 ml de solution aqueuse de thiosulfate de sodium (2 Na + + S 2 O 3 2 ) de concentration molaire C 1 = 1,0 x 10 2 mol/l - 1 flacon d iodex Document 2 : En physique chimie, pour avoir un résultat précis, on réalise plusieurs fois la mesure dans les mêmes conditions et on fait la moyenne. Lorsqu il s agit de déterminer une loi (exemple : déterminer le coefficient k de la loi de Beer-Lambert), on prend des mesures de la grandeur physique (ex : absorbance) en faisant varier un paramètre (ex : la concentration) et on trace la grandeur physique en fonction de ce paramètre. Après modélisation par une courbe moyenne, on peut conclure et trouver la relation. Document 3 : Vocabulaire -"effectuer une réaction chimique dans les proportions stœchiométriques" signifie qu en fin de réaction, tous les réactifs ont été totalement consommés, il n y a pas de réactif limitant. - équivalence d un dosage par titrage : moment du titrage où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Document 1 : Le diiode I 2 en solution aqueuse est une solution de couleur jaune brun. Sa présence peut être mise en évidence par quelques gouttes d empois d amidon ou quelques gouttes d iodex, qui réagissent avec le diiode et colore la solution en bleu foncé (noir), teinte plus facile à repérer par l homme. Le diiode I 2 est l oxydant du couple I 2 / I, il peut réagir avec les ions thiosulfate S 2 O 3 2 du couple S 4 O 6 2 / S 2 O 3 2, on obtient alors des ions iodures I et des ions tétrathionate S 4 O 6 2. Dans cette réaction, seul le diiode est coloré. En dissolvant du diiode dans de l éthanol, on obtient une teinture d iode, qui est utilisé comme antiseptique (exemple : bétadine). Document 4 : Allure du graphe de l absorbance A d une solution de diiode de concentration molaire C = 0,010 mol/l en fonction des longueurs d onde de la radiation A (nm)

3 Document 5 : - "doser une espèce chimique" signifie déterminer avec précision la quantité de matière de cette espèce chimique ou sa concentration. Il existe deux techniques pour doser une espèce chimique : le dosage par étalonnage et le dosage par titrage. - On choisit de réaliser un DOSAGE PAR ETALONNAGE à condition qu on possède une solution mère de même nature que la solution à doser. Il suffit alors de préparer des solutions de différentes concentrations (appelée solutions étalons), puis pour chaque solution, il faut mesurer une grandeur physique, par exemple l absorbance A si la solution est colorée ou la conductivité si la solution est conductrice de l électricité. Il faut ensuite tracer la courbe d étalonnage : courbe de la grandeur physique en fonction de la concentration des solutions et la modéliser (c est-à-dire faire une courbe moyenne). Il suffit ensuite de mesurer la grandeur physique pour la solution à doser et de reporter cette valeur sur le graphe pour déterminer la concentration de cette solution - On réalise un DOSAGE PAR TITRAGE à condition de connaître une réaction chimique qui a lieu entre l espèce chimique à doser et un réactif disponible au laboratoire. On introduit un volume précis de la solution à doser dans un erlenmeyer ou un bécher et on ajoute progressivement le réactif grâce à une burette graduée. On arrête l ajout lorsqu on est dans les proportions stœchiométriques, c est-à-dire lorsque les réactifs sont totalement consommés : on dit qu on a atteint l équivalence du titrage. On mesure alors le volume V E versé à l équivalence. Il faut ensuite raisonner avec des relations entre quantité de matière, en utilisant l équation de la réaction. Document 6 : Pour repérer l équivalence d un titrage et déterminer le volume V E à l équivalence, il existe plusieurs méthodes suivant la nature des substances : - si la réaction du titrage est une réaction entre un acide et une base, on ajoute un ph-mètre, on plonge sa sonde dans le bécher contenant le volume précis de solution à doser et on mesure le ph après chaque ajout du réactif placé dans la burette. On trace ensuite la courbe ph en fonction du volume introduit de réactif. Il faut ensuite exploiter cette courbe pour déterminer l équivalence, la méthode utilisée s appelle la méthode des tangentes (qui sera vue en T.S.) - si la réaction du titrage est une réaction faisant intervenir des substances plus ou moins conductrices de l électricité, on peut faire de même en utilisant un conductimètre. Il faut plonger sa sonde dans le bécher contenant le volume précis de solution à doser et ajouter un très grand volume d eau distillée (afin d éviter l influence de la dilution durant le titrage). Puis on mesure la conductivité de la solution après chaque ajout du réactif placé dans la burette. On trace ensuite la courbe conductivité en fonction du volume introduit et on exploite cette courbe pour déterminer l équivalence - si une des substances est colorée, on surveille le titrage grâce à la couleur : il faut que avant et après l équivalence, la solution dans le bécher ait une couleur différente, le changement de couleur permet de déterminer le volume V E à l équivalence. Avec cette méthode colorimétrique, placer un papier blanc sous le bécher afin que le changement de teinte soit mieux repéré. Pour plus de précision avec cette méthode, on réalise un premier dosage appelé «dosage rapide» dans lequel on repère rapidement autour de quelle valeur se trouvera V E et un deuxième dosage appelé «dosage précis» dans lequel on verse la solution jusqu à V E - 2 ml et ensuite on fait du goutte à goutte. On détermine alors le volume V E à l équivalence à la goutte près. - si aucun réactif, ni produit n est coloré, on peut ajouter en début de titrage un indicateur coloré, qui aura une teinte différente en présence ou en l absence d une substance. Il ne faut ajouter que quelques gouttes de cet indicateur pour ne pas perturber la réaction du titrage. Il existe des indicateurs colorés acido-basiques (permettant de repérer la valeur du ph d une solution) et des indicateurs colorés iodométriques (prouvant la présence du diiode) Utilisation des connaissances du chapitre CV07 : - Savoir faire des calculs de quantité de matière - Savoir reconnaître lorsqu une réaction chimique a lieu - Savoir la définition de : réactif, produit, réactif limitant, proportions stœchiométriques - Savoir utiliser un tableau d avancement pour décrire quantitativement l état final d un système chimique - Savoir interpréter la couleur d une solution à l état final, lorsqu il s est produit une réaction chimique mettant en jeu un réactif ou un produit coloré

4 Auto-évaluation du travail de groupe : évaluation individuelle NOM. Indiquez sur chacun des 6 axes figurant sur l'étoile ci-dessus votre niveau d'appréciation générale entre 0 et 4 : 4 signifie «très satisfaisant» 0 signifie «très insatisfaisant». Ensuite, reliez les points. - Production du groupe : le groupe a produit quelque chose de satisfaisant et c est un effort collectif - Implication et Expression de chacun des membres : chacun des participants a contribué de manière significative à l'efficacité du groupe, chacun a pu exprimer son point de vue, les participants en retrait ont été sollicités - Qualité des échanges : il y eut suffisamment d'interactions entre les membres du groupe, ces échanges ont permis de faire émerger des points de vue différents pour traiter le problème, les temps de mise en commun ont permis à chacun de confronter sa compréhension du problème et des notions travaillées... - Réalisation du travail individuel convenu : les membres du groupe ont fait leur part du travail individuel, chacun a joué le jeu dans le travail en groupe, tous les membres ont mené à bien leurs responsabilités... - Organisation du travail : le groupe est parvenu à coordonner ses activités, il est resté centré sur la tâche à accomplir, le groupe s'est réparti les rôles : un secrétaire a gardé des traces des échanges, un animateur a joué son rôle, l horaire a été respecté... - Ambiance dans le groupe, climat de travail : l'entente entre les membres du groupe a été bonne, les participants s'aident et s'encouragent mutuellement, le groupe est arrivé à surmonter ses divergences de vues, personne n'est arrivé à imposer son point de vue... Production du groupe Implication et Expression de chacun des membres Ambiance dans le groupe, climat de travail Qualité des échanges Organisation du travail Realisation du travail individuel convenu - Donner deux points positifs de votre travail de groupe - Donner deux points négatifs de votre travail de groupe : - Si c'était à refaire, quel engagement prendriez-vous pour que cela fonctionne mieux?

5 Auto-évaluation du travail de groupe : NOMS Prénom - Donner deux points positifs de votre travail de groupe - Donner deux points négatifs de votre travail de groupe : - Si c'était à refaire, quel engagement prendriez-vous pour que cela fonctionne mieux?