SNC2D/SNC2P Réactions chimiques/réactions chimiques Démonstration par l enseignante ou l enseignant Transformer de l eau en vin, en lait puis en bière Sujets preuves d un changement chimique types de réactions chimiques indicateurs acide-base (ph) Durée préparation : de 10 à 15 min démonstration : de 10 à 20 min Attentes particulières SNC2D A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. C1.3 Illustrer la loi de la conservation de la masse en représentant des réactions chimiques simples sous forme d équations nominatives et d équations chimiques équilibrées. C1.4 Reconnaître, à partir de leurs réactifs et de leurs produits, les types de réactions chimiques suivants : réactions de synthèse, de décomposition, de déplacement simple, de déplacement double et de combustion. C1.5 Décrire les preuves d un changement chimique (p. ex., changement de couleur, dégagement d un gaz, dégagement ou absorption d énergie, formation d un précipité, production de lumière). C2.6 Identifier, à partir d expériences, les composantes d une réaction de neutralisation (acide, base, sel et eau). [P, ER, AI, C] SNC2P A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. C1.3 Représenter des réactions chimiques simples sous forme d équations nominatives et d équations chimiques équilibrées. C1.6 Décrire, à partir d observations, quelques propriétés d acides, de bases et de sels couramment utilisés en laboratoire ou dans son quotidien. C1.9 Présenter des exemples courants de réactions de neutralisation entre un acide et une base et identifier les produits de la réaction dans chaque cas. Introduction Changer l eau en vin puis en bière et enfin en lait est une démonstration de chimie extrêmement polyvalente. Elle peut servir à présenter ou à récapituler plusieurs concepts importants en chimie, tels que les preuves d un changement chimique et les types de réactions chimiques simplement en versant un liquide d un verre à un autre, on fabrique instantanément quatre «boissons» différentes!
Verre à boire Verre à vin Verre à boire Verre à bière Rempli aux ¾ d eau avec 25 ml de solution saturée de bicarbonate de soude et une solution de carbonate de sodium à 20 % (ph = 9) 4 ou 5 gouttes d indicateur phénolphtaléine 10 ml de solution saturée de chlorure de magnésium 4 ou 5 gouttes de bleu de bromothymol et 10 ml d acide chlorhydrique (HCl ajouté juste avant la démonstration) Matériel lunettes anti-éclaboussures sarrau ou tablier de laboratoire gants de protection eau 25 ml de solution saturée de bicarbonate de soude (hydrogénocarbonate de sodium), NaHCO 3 (aq), et solution de carbonate de soude à 20 %, Na 2 CO 3 (aq) (ph = 9) 4 ou 5 gouttes de phénolphtaléine (indicateur) 10 ml de solution saturée de chlorure de magnésium, MgCl 2 (aq) 4 ou 5 gouttes de bleu de bromothymol (indicateur) 10 ml d acide chlorhydrique à 2,0 mol/l, HCl(aq) 4 verres : 1 verre à vin, 1 verre à bière, 2 verres à eau/jus cylindre gradué de 25 ml 2 cylindres gradués de 10 ml compte-gouttes oculaire ou pipette en plastique de 1 ml Consignes de sécurité Fournissez les fiches signalétiques de tous les produits chimiques utilisés. L acide chlorhydrique à 2 mol/l est corrosif et toxique. Évitez tout contact avec les yeux ou la peau. Portez des lunettes anti-éclaboussures, des gants de protection et un sarrau ou un tablier de laboratoire. En cas de contact, il faut immédiatement laver les mains et rincer les yeux. Les élèves ne doivent pas manipuler cette solution. La solution de phénolphtaléine est inflammable et doit être conservée dans un flacon compte-gouttes et loin des sources de chaleur et des flammes nues. Si on utilise des verres à boire ordinaires au lieu de la verrerie de laboratoire, assurez-vous de les ranger à part des autres verres utilisés pour les boissons.
Système d identification des matières dangereuses (0-minime 1-léger 2-modéré 3-sérieux 4-sévère) acide chlorhydrique bleu de bromothymol à 2 mol/l (solution indicatrice) Santé 2 Réactivité 1 phénolphtaléine (solution indicatrice de ph) Santé 1 Risque de feu 3 Santé 0 solution de chlorure de magnésium hexahydrate Santé 1 carbonate de sodium Santé 1 Marche à suivre Portez l EPP approprié : lunettes anti-éclaboussure, sarrau ou tablier de laboratoire et gants de protection. Faites les préparatifs suivants avant le cours : 1. Verre n o 1 (eau) : remplissez-le aux ¾ avec de l eau. Ajoutez environ 25 ml de solution saturée de bicarbonate/solution de carbonate de sodium (ph = 9). 2. Verre n o 2 (vin) : mettez 4 ou 5 gouttes de phénolphtaléine dans le verre. 3. Verre n o 3 (lait) : versez environ 10 ml de solution saturée de chlorure de magnésium dans le verre. 4. Verre n o 4 (bière) : mettez 4 ou 5 gouttes de bleu de bromothymol dans le verre. Juste avant de faire la démonstration, ajoutez de 5 à 7 ml d acide chlorhydrique à 2 mol/l. Durant le cours : Assurez-vous que tous les participants portent l EPP approprié : lunettes anti-éclaboussures, sarrau ou tablier de laboratoire et gants de protection. 5. Placez les quatre verres en ordre. 6. Observer Demandez aux élèves de consigner leurs observations dans le tableau qui leur a été remis lorsque «l eau» du premier verre sera transvidée dans chacun des verres suivants. 7. Versez la solution du premier verre (eau) dans le deuxième verre (vin). Versez ensuite la solution obtenue dans le troisième verre (lait). Enfin, versez la nouvelle solution dans le quatrième verre (bière). Laissez le temps aux élèves de noter leurs observations. 8. Expliquer Demandez aux élèves d expliquer comment chaque «boisson» a été fabriquée. Nettoyage Le bicarbonate ou carbonate de sodium peut être utilisé pour neutraliser tout surplus d acide dans la solution finale avant de jeter celle-ci. Utilisez les méthodes d élimination conformes au protocole du conseil scolaire et aux règles de votre municipalité.
Qu est- ce qui se produit? La solution claire dans le premier verre (eau) devient rose/rouge après avoir été transvidée dans le deuxième verre (vin). Cette solution devient laiteuse dans le troisième verre (lait) puis, dans le dernier verre (bière), elle se transforme en une solution mousseuse jaune pâle. Comment ça fonctionne? Eau L «eau» n est pas vraiment de l eau, mais plutôt une solution de carbonate de sodium, Na 2 CO 3 (aq) et de bicarbonate de soude, NaHCO 3 (aq). Comme cette solution est faiblement basique, elle provoque la réaction (transformation en lait) dans le troisième verre. Vin Lorsque la solution de carbonate de sodium/bicarbonate de soude est versée dans le deuxième verre (verre à vin), l indicateur phénolphtaléine qui s y trouve déjà réagit avec la solution basique et devient rose. Un indicateur est une substance qui prend une certaine couleur à un ph donné et une couleur autre à un ph différent. La phénolphtaléine est incolore lorsque le ph est inférieur à 8,2 et devient rose dans des solutions basiques, lorsque le ph est supérieur à 8,2. Les formules HIn(aq) et In (aq) représentent la phénolphtaléine dans ses formes moléculaire et ionique. HIn(aq) + OH (aq) In (aq) + H 2 O(l) incolore rose Lait Lorsque la nouvelle solution de «vin» est versée dans le verre de lait, la solution de carbonate de sodium/bicarbonate de soude réagit avec la solution de chlorure de magnésium qui s y trouve déjà et produit du carbonate de magnésium, une matière solide blanche peu soluble. Cette réaction à double déplacement donne donc un précipité. Na 2 CO 3 (aq) + MgCl 2 (aq) 2 NaCl(aq) + MgCO 3 (s) précipité blanc Bière En dernier lieu, lorsque la solution de «lait» est versée dans le verre à bière, le carbonate de magnésium réagit avec l acide chlorhydrique qui s y trouve déjà. Cette réaction de neutralisation produit du dioxyde de carbone, qui rend la solution pétillante et provoque la formation d un «collet» ou mousse. Le bleu de bromothymol est un indicateur qui devient jaune dans une solution acide dont le ph est inférieur à 6. Donc, tant qu il y aura un surplus d acide chlorhydrique, la solution aura une teinte jaune pâle. MgCO 3 (s) + 2 HCl(aq) MgCl 2 (aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) Les formules HIn(aq) et In (aq) représentent le bleu de bromothymol dans ses formes moléculaire et ionique. In (aq) + H + (aq) HIn(aq) bleu jaune
Suggestions/conseils pour l enseignante ou l enseignant 1. Vous pouvez préparer les solutions à l avance, mais attendez juste avant le cours pour les verser dans les verres. 2. Une autre démonstration pourrait être «Transformer de l eau en jus de fruit, en lait puis en soda au gingembre». 3. Pour réduire les risques, utilisez une solution moins concentrée d acide chlorhydrique. Vous devrez cependant en utiliser un plus grand volume afin de provoquer une réaction assez forte pour obtenir une apparence de «bière». 4. Les élèves, répartis en équipes de 2 à 4, pourraient remplir un tableau d observations et d explications dirigées durant la démonstration. (Voir la fiche reproductible «Transformer de l eau en jus de fruit, en lait puis en bière».) Les données peuvent également être inscrites sur du papier graphique plutôt que sur la fiche reproductible. 5. Voici quelques questions qui alimenteront les discussions de suivi : a. Qu est-ce qui a fait que la solution incolore est devenue rouge dans le «vin»? b. Quels produits chimiques ont produit le précipité blanc dans le «lait»? c. Quels produits chimiques ont produit un gaz dans la «bière»? d. Pourrait-on rechanger la «bière» en «lait»? Est-ce une réaction à sens unique ou réversible? e. Pouvez-vous nommer d autres réactions réversibles? Prochaines étapes Cette démonstration peut servir d introduction aux preuves d un changement chimique, à la classification des types de réactions et aux acides et bases, ou de récapitulation de ces sujets. Elle pourrait également être présentée aux élèves qui étudient différents types de réactions chimiques. Vous pourriez, en guise d approfondissement, demander aux élèves d écrire les formules en mots et/ou les équations chimiques équilibrées de chaque réaction qui se produit, avec les symboles d état. Ressources supplémentaires 1. Pour préparer la solution saturée de bicarbonate de soude et de 20 % de carbonate de sodium, ajoutez d abord 6,25 g de carbonate de sodium dans 25 ml d eau distillée, puis ajoutez graduellement le bicarbonate de soude jusqu au point où il ne se dissoudra plus. 2. Pour préparer la solution saturée de chlorure de magnésium, ajoutez d abord 4 g de chlorure de magnésium dans 10 ml d eau distillée, puis ajoutez graduellement du chlorure de magnésium jusqu au point où il ne se dissoudra plus. 3. Pour préparer l acide chlorhydrique à 2 mol/l, diluez lentement 2 ml d acide chlorhydrique concentré dans 10 ml d eau. Assurez-vous de verser l acide dans l eau, et non l inverse. Placez-vous sous la hotte d aspiration.
Fiche reproductible Transformer de l eau en jus de fruit, en lait puis en bière Inscrivez vos observations sur chacune des réactions. Réaction n o 1 Eau en vin Réaction n o 2 Vin en lait Réaction n o 3 Lait en bière Observations AVANT Observations APRÈS Preuve de la réaction chimique Réactifs Produits Formule en mots Équation chimique Type de réaction