Module 3 Sciences physiques: LES RÉACTIONS CHIMIQUES PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 69
Aperçu du module Introduction Après avoir acquis une compréhension de la structure atomique et du tableau périodique en 9 e année, l étude des réactions chimiques fournit aux élèves l occasion d appliquer leurs connaissances de la structure atomique à la manière avec laquelle les composés chimiques réagissent. En nommant et en écrivant des composés communs, ioniques ou moléculaires, et en équilibrant une variété de types d équation, les élèves commencent à faire des liens avec une variété d exemples chimiques de la vie quotidienne. Objectif et contexte Dans ce module, l accent est mis sur les contextes sociaux et environnementaux des sciences et des technologies associés à la pollution de l air et de l eau, et on devrait se concentrer principalement sur l observation et l étude. Toutefois, il existe des occasions pour la prise de décision ainsi que pour la technologie de conception dans les éléments de recherche en laboratoire du présent module. Le Canada Atlantique offre un contexte possible pour ce module étant donné qu il est particulièrement affecté par les précipitations acides et d autres formes de pollution atmosphérique dues aux vents dominants de l Amérique du Nord. Ces vents transportent de grandes quantités de polluants atmosphériques depuis les régions plus peuplées et plus industrialisées des États-Unis et du Canada. Le problème est rendu encore plus compliqué par nos propres industries et centrales énergétiques. De plus, la plus grande partie de notre région est constituée de minces couches de sol et d un substrat rocheux granitique, qui la rendent très sensible aux dommages des précipitations acides. Dans ce contexte, les élèves examineront comment les réactions chimiques sont associées aux problèmes d origine technologique, comme les pluies acides, et étudieront certaines mesures pouvant être prises pour contrer les effets des pluies acides. Liens avec les autres programmes d études de sciences L étude des réactions chimiques de niveau I est facilement reliée aux sujets étudiés dès le primaire, au cours duquel les propriétés chimiques/physiques, les solides et les liquides et la nature des modifications chimiques ont été introduits. Ces premières considérations sur les états de la matière sont étudiées plus en détail au niveau élémentaire, lors de l étude des propriétés et des changements de la matière. En 7 e année, les élèves ont étudié plus en détail le concept des mélanges et des solutions. Tel que susmentionné, il existe des liens très forts entre les sujets sur la structure atomique étudiés en 9 e année et la chimie étudiée au niveau I. Pour ceux qui poursuivront l étude de la chimie au niveau II et au niveau III, le matériel couvert en 7 e et 9 e années et au niveau I constituera une base solide sur laquelle ils pourront s appuyer pour l étude plus détaillée de sujets classiques de la chimie, comme les acides et les bases, les solutions, la stoechiométrie et l électrochimie. 70 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Résultats d apprentissage (Tiré du document pancanadien Cadre commun de résultats d apprentissage des sciences de la nature M à 12) L élève doit pouvoir: STSE Nature des sciences et de la technologie 114-8 décrire l utilité des systèmes de nomenclature scientifique Interactions entre les sciences et la technologie 116-3 identifier des exemples de technologies dont le développement repose sur la compréhension scientifique 116-5 décrire le fonctionnement de technologies domestiques et industrielles, en utilisant des principes scientifiques Contextes social et environnemental des sciences et de la technologie 117-1 comparer des exemples illustrant comment la société appuie et influence les sciences et la technologie 117-5 donner des exemples qui illustrent comment les sciences et la technologie sont une partie intégrante de sa vie et de sa communauté 117-7 identifier et décrire des carrières fondées sur les sciences et la technologie et ayant trait à la discipline scientifique à l étude 118-5 défendre une décision ou un jugement et démontrer qu il peut exister des arguments pertinents issus de différentes perspectives HABILETÉS Identification du problème et planification 212-3 concevoir une expérience en identifiant et en contrôlant les variables importantes 212-8 évaluer et sélectionner des instruments qui conviennent à la collecte de données, et des démarches qui conviennent à la résolution de problèmes, la recherche et la prise de décisions Réalisation et enregistrement de données 213-2 réaliser des procédures en contrôlant les variables importantes et en adaptant ou en poussant plus loin des procédures, au besoin 213-5 compiler et organiser des données selon des formats ou des traitements appropriés qui facilitent l interprétation des données 213-9 démontrer une connaissance des normes SIMDUT et sélectionner et utiliser des techniques convenables pour la manipulation et le rangement de matériel de laboratoire Analyse et interprétation 214-5 interpréter des régularités et des tendances dans les données et inférer ou calculer des rapports linéaires et non linéaires entre des variables 214-15 proposer d autres solutions à un problème pratique donné, identifier les forces et les faiblesses possibles de chacune et en choisir une comme point de départ pour l élaboration d un plan Communication et travail d équipe 215-6 travailler en collaboration avec des membres d une équipe pour élaborer et réaliser un plan et traiter des problèmes au fur et à mesure qu ils surviennent CONNAISSANCES 319-2 (I) classifier des substances en tant qu acides, bases ou sels selon leurs caractéristiques, leur nom et leur formule 321-2 décrire comment la neutralisation implique l utilisation d un acide pour atténuer une base, ou vice versa 319-1 (I) nommer et écrire des formules pour certains composés moléculaires communs, y compris l utilisation de préfixes 319-1 (II) nommer et écrire des formules pour certains composés ioniques communs (binaires et complexes), en utilisant le tableau périodique, une liste d ions et la nomenclature appropriée pour les ions métalliques et non métalliques 319-2 (II) classifier des substances en tant qu acides, bases ou sels selon leurs caractéristiques, leur nom et leur formule 319-3 illustrer, au moyen de formules chimiques, une gamme de composés naturels et synthétiques qui contiennent du carbone 321-1 représenter des réactions chimiques et la conservation de la masse au moyen de modèles moléculaires et d équations symboliques équilibrées 321-3 illustrer comment des facteurs, tels que la chaleur, la concentration, la lumière et la surface de contact, peuvent affecter des réactions chimiques PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 71
L étude des réactions chimiques est un élément clé pour comprendre la nature. Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: donner des exemples sur la manière avec laquelle les sciences et la technologie forment une partie intégrante de leur vie et de leur communauté en étudiant des exemples courants de combustion (117-5) - définir la chimie et la matière - identifier des exemples de chimie et de technologie puisés dans leur vie de tous les jours Démontrer une connaissance des normes du SIMDUT en sélectionnant et en appliquant des techniques adéquates pour la manipulation et l élimination de matières utilisées au laboratoire (213-9) - décrire le système de renseignements SIMDUT et son utilisation - identifier les huit symboles du SIMDUT - décrire les FS et leur utilisation - identifier les neuf catégories présentes sur les FS au moyen de la résolution de problème, évaluer et sélectionner des méthodes/tests appropriés pour étudier la présence de composés chimiques (212-8) - parmi ceux-ci O 2, H 2, CO 2, H 2 O, acides, bases et sels Stratégies d enseignement et d apprentissage Les élèves devraient observer et décrire plusieurs réactions chimiques qui font partie intégrante de leur quotidien. Les enseignants devraient donner aux élèves l occasion de réaliser le fait que des réactions chimiques se déroulent tout autour d eux tous les jours. Par exemple, l oxydation du fer (rouille), la combustion de la cire, le vinaigre (CH 3 COOH) avec la poudre à pâte (NaHCO 3 ), et ainsi de suite. En demeurant dans le thème de la pluie acide, les élèves pourraient observer la conversion du dioxyde de soufre. On peut faire barbotter du dioxyde de soufre dans de l eau pour produire de l acide sulfureux (pluie acide simulée). La production de pluie acide pourrait être vérifiée au moyen de papier ph. Cette activité pourrait établir le contexte de SBE (pluie acide) pour le restant du présent module. Des pratiques sécuritaires et une utilisation adéquate de l équipement sont très importantes au laboratoire. Pour toutes les activités de laboratoire du présent module, les enseignants devraient s assurer que les élèves connaissent les normes du SIMDUT. Tout produit chimique acheté par l école est livré avec une fiche signalétique (FS) que les élèves peuvent étudier. Un exemple de FS est fourni en annexe. La présence de divers composés chimiques devrait être déterminée au moyen de divers tests. Parmi ceux-ci (sans toutefois s y limiter) : (i) oxygène gazeux (éclisse incandescente) (ii) hydrogène gazeux (éclisse allumée) (iii) dioxyde de carbone (eau de chaux) (iv) eau (papier au chlorure de cobalt) (v) acide (papier tournesol) (vi) base (papier tournesol) (vii) solution aqueuse de sel (conductimètre) Plusieurs de ces tests font partie du cours de sciences de 9 e année; toutefois, un bref rappel peut favoriser l introduction de l unité de chimie. Ces tests chimiques fournissent une occasion aux élèves de développer des techniques de laboratoire adéquates et de les utiliser. On s attend à ce qu ils choisissent et réalisent un test approprié pour déterminer une substance chimique inconnue. Par exemple, les élèves pourraient déterminer quel gaz est produit quand de la craie (CaCO 3 ) réagit avec du vinaigre (CH 3 COOH) et/ou quel gaz est produit quand un ruban de magnésium (Mg) réagit avec de l acide chlorhydrique (HCl(aq)). 72 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
L étude des réactions chimiques est un élément clé pour comprendre la nature. Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Pour le présent module, des expériences pratiques en laboratoire sont requises et plusieurs facteurs peuvent contribuer à l évaluation des élèves. Performance Les élèves pourraient faire une recherche sur les diverses formes de combustible utilisées pour le chauffage domestique des maisons de leur communauté, en faire une liste et les présenter. (117-5) Papier et crayon Les élèves pourraient faire une liste des produits chimiques que l on peut retrouver à la maison. En groupe, ils pourraient diviser cette liste et vérifier les FS du SIMDUT pour voir comment ces produits chimiques devraient être manipulés et stockés. Ils devraient consigner leurs résultats sous forme de tableau pour le groupe et afficher ce dernier sur le mur. (213-9) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 73
Une introduction à l écriture de formules Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: décrire l utilité des systèmes de nomenclature scientifique de l UICPA pour faire passer l information chimique (114-8) - définir molécule, formule moléculaire, formule empirique, ion polyatomique, ion simple et unité de formule - définir une solution aqueuse (aq) - définir un électrolyte et un non-électrolyte (solution électrolytique et solution non électrolytique) - faire la distinction entre propriété chimique et propriété physique - faire la distinction entre modification physique et modification chimique - faire la différence entre composé ionique et composé moléculaire (I) basée sur leur composition et leurs liaisons (II) basée sur leurs propriétés physiques (Expérience principale) nommer et écrire les formules de composés moléculaires communs, y compris l utilisation de préfixes (319-1) - déterminer les noms de composés moléculaires binaires, en utilisant les règles de l UICPA, étant donné les formules moléculaires et vice versa - nommer plusieurs composés moléculaires en utilisant des noms triviaux Stratégies d enseignement et d apprentissage UICPA est le sigle pour Union internationale de chimie pure et appliquée. Les enseignants pourraient utiliser des modèles moléculaires pour démontrer comment nommer et écrire correctement les formules moléculaires d une variété de composés moléculaires, comme le méthane, l eau, le peroxyde d hydrogène, l ozone, le sucrose, l éthanol et le méthanol. Il est important de couvrir non seulement des noms communs, comme le méthane (CH 4 ), mais aussi une approche systématique d utilisation des préfixes mono, di, tri, etc. pour les composés binaires comme le dioxyde de soufre et le trioxyde de soufre. En utilisant la nomenclature de l UICPA, les élèves devraient commencer à apprécier l utilité d un système commun de dénomination. Les enseignants devraient faire remarquer aux élèves que les composés moléculaires sont constitués de non-métaux, alors que les composés ioniques sont constitués de métaux et de non-métaux. Il faudrait aussi noter que les acides commencent habituellement avec de l hydrogène. Solution aqueuse : solution dont le solvant est l eau Formule moléculaire : formule chimique qui donne le nombre et le type des différents atomes qui constituent la molécule Formule empirique : formule chimique la plus simple qui peut être écrite pour un composé (rapport des nombres entiers d atomes le plus petit) Exemple: eau - H 2 O formule moléculaire - H 2 O formule empirique Peroxyde d hydrogène - H 2 O 2 formule moléculaire - H O formule empirique I Composés ioniques (i) mettent en jeu le transfert d électron(s) résultant en une liaison ionique (ii) constitués de deux ions ayant des charges opposées (métal et non métal, ou combinaison mettant en jeu un ion complexe) (iii) existe sous forme de réseau cristallin ionique (pas de molécules individuelles) II Composés moléculaires binaires (i) mettent en jeu le partage d électrons résultant en une liaison covalente (diagrammes simples électron/point pour illustrer les molécules diatomiques) (ii) composés de deux non-métaux (iii) existent sous forme de molécule individuelle 74 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Une introduction à l écriture de formules Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Journal Les élèves pourraient étudier l introduction du système de dénomination de l UICPA, ainsi que du système de l ACS (American Chemical Society), et déterminer leurs rôles pour la dénomination des composés. Ils devraient débattre du besoin d avoir un système standard pour la dénomination des composés. (319-1) Expérience principale : Propriétés des composés moléculaires et ioniques, Annexe A PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 75
Une introduction à l écriture de formules (suite) Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: nommer et écrire les formules de composés moléculaires communs, y compris l utilisation de préfixes (319-1) (suite) nommer et écrire les formules de quelques composés ioniques communs (binaires et complexes), en utilisant le Tableau périodique, une liste d ions et la nomenclature appropriée pour les ions métalliques et non métalliques (319-1) - étant donné les formules de composés ioniques (y compris des ions simples et des ions polyatomiques, des ions qui peuvent avoir des charges multiples et des hydrates ioniques), déterminer les noms des composés ioniques en utilisant les règles de l UICPA, et vice versa Stratégies d enseignement et d apprentissage Veillez noter que dans le livre on ne donne les préfixes que jusqu à six, les préfixes suivants devraient aussi être inclus hepta 7 nona 9 octa 8 déca 10 Il y a de nombreux composés chimiques qui sont nommés au moyen d un nom trivial. Les élèves devraient être capables de nommer les composés suivants au moyen de leur nom trivial : H 2 O eau H 2 O 2 peroxyde d hydrogène NH 3 ammoniac H 2 S sulfure d hydrogène C 12 H 22 O 11 sucrose Les élèves devraient savoir que certains éléments existent naturellement sous forme de molécules polyatomiques : H 2, N 2, O 2, et les halogènes (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, At 2 ) sont diatomiques, le soufre sous forme de S 8 et le phosphore sous forme de P 4 Les élèves devraient avoir une certaine connaissance des ions et de leur relation avec la structure atomique et le Tableau périodique (connaissance acquise en 9 e année). Toutefois, une révision de ces points devrait être faite à ce moment. Les élèves devraient utiliser les diagrammes de niveaux d énergie au lieu des modèles à orbitales présentés dans leur livre. On donne à droite des exemples de diagrammes de niveaux d énergie. Les élèves devraient s entraîner à nommer et écrire des formules ioniques, comme CaO [oxyde de calcium], Ca(OH) 2 [hydroxyde de calcium], CaCO 3 [carbonate de calcium], CaSO 4 [sulfate de calcium], associées aux pluies acides, ainsi que d autres comme NaCl [chlorure de sodium], NaOH [hydroxyde de sodium]. L utilisation de chiffres romains devrait aussi être couverte pour les composés comme FeO [oxyde de fer (II)] et Fe 2 O 3 [oxyde de fer (III)]. Une activité au moyen de séquences d ions serait très utile à ce moment. Nomination d hydrates ioniques : Nommer la partie ionique comme d habitude et utiliser un préfixe pour indiquer le nombre de molécules d eau par unité de formule Exemple : CuSO 4 5H 2 O Pentahydrate de sulfate de cuivre (II) Ce sujet est important pour les cours de chimie qui suivront. Les enseignants devraient faire participer les élèves à la découverte d une variété de façons d accroître leurs connaissances sur la nomenclature. Nota: un tableau périodique des ions ainsi qu un tableau des ions polyatomiques seront fournis. 76 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Une introduction à l écriture de formules (suite) Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Papier et crayon Les élèves pourraient concevoir un diagramme à utiliser pour la dénomination des composés. (319-1) Afin de s assurer d une bonne compréhension de la nomenclature, il est suggéré que l enseignant soumette plusieurs jeux-questionnaires aux élèves, suivi d un test principal. Papier et crayon On peut établir des postes dans le laboratoire pour tester les élèves sur l écriture des formules. Ces postes pourraient comprendre des formules à nommer, des noms à mettre sous forme de formules, des modèles en 3D pour déterminer les noms, etc. (319-1) Présentation et performance Les élèves pourraient travailler en groupes afin de concevoir un jeu pour nommer des composés ioniques ou covalents. Les élèves pourraient tester leur jeu sur d autres groupes de la classe. (319 1) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 77
Une introduction à l écriture de formules (suite) Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: classer des acides, des bases et des sels simples sur la base de leurs noms et de leurs formules : [319-2 (II)] - nommer et écrire les formules de quelques acides et bases communs, en utilisant le Tableau périodique, une liste d ions et les règles pour nommer les acides - définir les acides comme des molécules qui s ionisent dans l eau pour produire des ions hydrogène (H + ) - identifier les propriétés physiques des acides - définir les bases comme des composés ioniques qui contiennent l ion hydroxyde - définir les sels comme des composés ioniques Stratégies d enseignement et d apprentissage On devrait aussi introduire les règles pour l écriture et la dénomination des acides communs. Veuillez noter que ces règles ne feront pas partie d examen soumis aux élèves. Il faudrait faire remarquer qu avec ces règles les acides sont nommés comme s ils étaient ioniques, puis convertis avec le nom correct de l acide 1. ure d hydrogène devient acide hydrique Ex. : chlorure d hydrogène devient acide chlorhydrique HCl HCl(aq) 2. ate d hydrogène devient acide ique Ex. : sulfate d hydrogène devient acide sulfurique H 2 SO 4 H 2 SO 4 (aq) 3. ite d hydrogène devient acide eux Ex. : nitrite d hydrogène devient acide nitreux HNO 2 HNO 2 (aq) NOTA : quand «sulf» est la racine on ajoute «ure», et quand «phosph» est la racine on ajoute «ore» pour que cela sonne mieux. La définition de l acide donnée ici a ses limites, mais convient à l objet du présent cours. Les propriétés physiques des acides devraient être déterminées de manière similaire à celle utilisée pour les propriétés des composés ioniques et moléculaires. Des déterminations plus approfondies seront faites ultérieurement. Veuillez noter que les propriétés physiques des acides ne correspondent ni à celles des composés ioniques ni à celles des composés moléculaires. Les acides représentent un cas spécial. (Voir la note aux enseignants dans l annexe A, Expérience principale n o 1) 78 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Une introduction à l écriture de formules (suite) Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Journal Les élèves pourraient écrire leurs propres définitions des acides, des bases et des sels à partir de leurs expériences de laboratoire. (319-2) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 79
Une introduction à l écriture de formules (suite) Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: classer les substances en tant qu acide, base ou sel, sur la base de leurs propriétés caractéristiques (319-2) - définir une échelle de ph en termes de mesure de l acidité, de l alcalinité ou de neutralité. - définir expérimentalement les acides et les bases en termes de leurs effets sur le papier tournesol, ph, goût sur et amer, réaction avec des métaux actifs et réaction l un avec l autre - définir expérimentalement les sels en termes de conductivité de leurs solutions aqueuses Stratégies d enseignement et d apprentissage Les élèves devraient déterminer la présence d un acide, d une base, d un sel, de dioxyde de carbone et d eau en faisant des tests avec du papier ph, de l eau additionnée de chaux, du papier au chlorure de cobalt et un conductimètre. Si de l équipement électronique, calculatrices à affichage graphique, capteurs à ph, capteurs à CO 2, est disponible, il faudrait encourager son utilisation à ce moment-ci. Les élèves peuvent tester des substances communes à la maison pour déterminer si elles sont acides, basiques ou neutres. On peut aussi utiliser un microscope et une culture de paramécies et diluer de l acide sulfurique pour étudier les effets de la pluie acide sur les micro-organismes. Une étude détaillée des acides, des bases, du ph, etc. n est pas envisagée à ce moment-ci, mais les élèves devraient avoir une compréhension de base des tests de diagnostic simples associés aux acides, aux bases, aux sels et aux produits principaux de combustion. La présente activité devrait comprendre des renseignements qui indiquent que les acides ont un goût sur (s ils sont comestibles), font virer le papier tournesol bleu au rouge, réagissent avec des métaux actifs, conduisent l électricité et neutralisent les bases. De manière contrastée, les bases sont amères, sont glissantes au toucher, font virer le papier tournesol rouge au bleu et neutralisent les acides. Les sels conduisent l électricité, mais ne font pas changer de couleur le papier tournesol. décrire comment la neutralisation consiste à tempérer les effets d un acide avec une base et vice versa (321-2) Les élèves devraient illustrer les propriétés de neutralisation de l oxyde de calcium (chaux) en le faisant réagir d abord avec de l eau (produisant ainsi de l hydroxyde de calcium basique), puis avec de l acide sulfurique dilué. Ceci simulerait la neutralisation d un lac qui aurait été affecté par des précipitations acides. Autrement, d autres combinaisons d acides et de bases peuvent être utilisées. Les élèves devraient vérifier le ph, soit avec du papier ph soit avec un phmètre au fur et à mesure de l avancée de l expérience. De l équipement électronique, CBL (dispositifs basés sur des calculateurs) ou unités de captage et de contrôle, peut aussi être utilisé, si disponible. Ceci peut être souligné de nouveau, mais cela aurait dû être fait lors de l étude des réactions à double remplacement. 80 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Une introduction à l écriture de formules (suite) Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Performance Les élèves pourraient apporter des produits chimiques domestiques de chez-eux et, avec l autorisation de leur enseignant, les tester afin de les classer comme acide, base ou sel. Ils devraient consigner leurs résultats dans un tableau et indiquer les appareils et les techniques qu ils ont utilisés pour les obtenir. (319-2, 212-8) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 81
Une introduction à l écriture des équations Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: représenter des réactions chimiques et la conservation de la masse en utilisant des modèles moléculaires et des équations équilibrées (321-1) - écrire et équilibrer des réactions qui illustrent une variété de types de réactions, y compris de combustion, de formation, de décomposition, de remplacement simple et de remplacement double - définir la loi de la conservation de la masse - citer les quatre éléments de preuve pour une réaction chimique - prédire les produits de réactions chimiques, en indiquant la phase de tous les réactifs et de tous les produits (y compris l utilisation d une table de solubilité pour les réactions en solution) - définir les réactions exothermiques et les réactions endothermiques et dessiner des diagrammes d énergie représentant chacune d elles Stratégies d enseignement et d apprentissage Les élèves devraient équilibrer différents types de réactions chimiques et confirmer la conservation des atomes, en utilisant des modèles moléculaires. On devrait leur apprendre à identifier les réactifs et à prédire les produits d une réaction. Voici quelques suggestions. L utilisation de modèles 3D permet aux élèves de mieux visualiser comment des systèmes naturels fonctionnent et comment des concepts scientifiques sont appliqués. Une pleine connaissance de la structure moléculaire précise n est pas requise au niveau I, mais des modèles moléculaires devraient être utilisés de manière à ce que les élèves aient une idée sur quels atomes sont liés à quels atomes. Les élèves devraient être en mesure de prédire les produits de réactions simples à la fin de cette section. 1. Combustion (i) produits de réactions de combustion d hydrocarbures (composés organiques comportant des C et des H), ainsi que ceux contenant des C, des H et des O dans l oxygène pour produire CO 2 et H 2 O. (ii) les produits des réactions susmentionnées quand la combustion est incomplète (en raison d un manque d oxygène) comprennent CO et C. 2. Formation (combinaison) (i) Métal + non métal produit un composé ionique Ex : 4Al(s) + 3O 2 (g) 2Al 2 O 3 (s) Les enseignants choisissant un contexte de pluie acide devront discuter des réactions de formation produisant des acides comme : 1. C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) 2. CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(l) (ou tout autre hydrocarbure) 3. CO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) acide carbonique OU 1. S 8 (s) + 8O 2 (g) 8SO 2 (g) 2. SO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 SO 3 (aq) acide sulfureux Ces réactions sont aussi des types de réactions de formation. Il n est pas nécessaire pour les élèves de savoir comment prédire ces réactions de formation. Néanmoins, à titre de référence, on les donne ci-après : (ii) oxyde métallique + eau produit un hydroxyde métallique (base) Ex : CaO(s) + H 2 O(l) 2Ca(OH) 2 (s) (iii)oxyde non métallique + eau produit un acide Ex : SO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 SO 3 (aq) (iv)oxyde métallique + dioxyde de carbone produit un carbonate métallique Ex : CaO(s) + CO 2 (g) CaCO 3 (s) 82 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Une introduction à l écriture des équations Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Performance Les élèves devraient être encouragés à produire et utiliser des modèles tridimensionnels pour représenter et équilibrer des équations chimiques. Les modèles tridimensionnels réalisés par les étudiants peuvent être évalués par l enseignant en ce qui a trait à leur exactitude par rapport à la liaison des atomes à d autres atomes et à la conservation des atomes dans les réactions chimiques. (321-1) Papier et crayon Les élèves pourraient écrire une équation équilibrée et indiquer le type de réaction (combustion, formation, décomposition, remplacement simple ou double) pour chacune des réactions suivantes : 1. H 2 O(l) H 2 (g) + O 2 (g) 2. Cl 2 (g) + LiI(aq) LiCl(aq) + I 2 (s) 3. KOH(aq) + H 3 PO 4 (aq) K 3 PO 4 (aq) + H 2 O(l) 4. butane (gaz) + oxygène (gaz) dioxyde de carbone (gaz) + eau (vapeur) 5. sodium solide + chlore (gaz) chlorure de sodium solide (321 1) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 83
Une introduction à l écriture des équations (suite) Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: représenter des réactions chimiques et la conservation de la masse en utilisant des modèles moléculaires et des équations équilibrées (321-1) (suite) Stratégies d enseignement et d apprentissage 3. Décomposition (i) Composé binaire qui produit les éléments qui le composent Ex : H 2 O(l) H 2 (g) + O 2 (g) Il pourrait être bon de noter que l inverse de toute réaction de formation est une réaction de décomposition. En pratique toutefois, il peut être très difficile de renverser une réaction de formation. Généralement, les réactions de remplacement simple ou double ont lieu en solution. 4. Remplacement simple (Déplacement simple) (i) métal + composé ionique Ex : Zn(s) + CuSO 4 (aq) Cu(s) + ZnSO 4 (ii) non métal + composé ionique Ex : Cl 2 (aq) + 2NaBr(aq) 2NaCl 2 (aq) + Br 2 (l) (iii) métal + acide Ex : Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) 5. Remplacement double (Déplacement double) (i) deux composés ioniques Ex : AgNO 3 (aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO 3 (aq) (ii) acide + base (neutralisation) Ex : 3NaOH(aq) + H 3 PO 4 (aq) Na 3 PO 4 (aq) + 3H 2 O(l) 84 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Une introduction à l écriture des équations (suite) Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes Performance Comme exercice final, une évaluation concluante de la présente section peut comprendre un simple examen pratique. Ceci devrait être conçu en se basant sur des habiletés simples et des connaissances acquises dans les activités suggérées. (212-3, 212-8, 213-2, 213-5, 213-9, 214-15) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 85
Quels sont certains des effets de l industrialisation et de la pollution associée? Résultats d apprentissage spécifiques L élève doit pouvoir: Les résultats d apprentissage suivants pourraient être couverts dans le cadre d un projet d élève indépendant qui peut dépasser les limites temporelles de la section chimie des sciences de la 10 e année. travailler en coopération avec une équipe pour étudier et décrire la relation entre les technologies domestiques et industrielles et la formation des pluies acides (116-5, 215-6, 116 3) compiler et organiser des données sur les précipitations acides (ph) afin d interpréter les tendances de ces données et déduire ou calculer des relations linéaires ou non linéaires parmi des variables comme le ph en fonction du temps et de l emplacement (213-5,214-5) proposer des solutions de remplacement au problème des précipitations acides, évaluer chacune d elles et en choisir une sur la base d un plan d action, défendre ce choix (214-15, 118 5) identifier et décrire des carrières basées sur les sciences et la technologie, reliées à la pollution atmosphérique (117-7) comparer des exemples pour lesquels la société a utilisé la présence de la pollution atmosphérique pour influer sur des décisions concernant les sciences et la technologie (117-1) Stratégies d enseignement et d apprentissage Les enseignants pourraient demander aux élèves de faire des recherches sur les sources (par exemple les émissions par les automobiles et les émissions dues à la combustion du charbon) et le degré de précipitations acides dans leur région en collectant divers échantillons d eau et en mesurant leur ph pendant une longue période. Les données ainsi obtenues devraient être rassemblées dans un format approprié afin de mettre en évidence des tendances et les variations du ph dans divers endroits. Les élèves devraient travailler en coopération avec les membres de l équipe afin de développer et de mettre en œuvre un plan qui comprendra la compilation et l organisation de leurs données afin d en déduire des tendances. Les élèves pourraient utiliser des sites Internet et le courriel pour contacter d autres régions associées aux précipitations acides. Ils pourraient utiliser cette information et cette recherche bibliographique pour écrire un rapport équilibré (présentant tous les points de vue) sur le sujet, basé sur l information recueillie qui comprendra des références sur les causes, les mesures correctives possibles et le potentiel de carrière pour les personnes travaillant dans ce domaine. Les élèves devraient défendre leur position avec des arguments pertinents provenant de différentes perspectives et donner des exemples sur la manière avec laquelle la société soutient et influence les sciences et la technologie. Ils devraient aussi donner des exemples de technologies ayant été développées sur la base d une compréhension scientifique. 86 PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011)
Quels sont certains des effets de l industrialisation et de la pollution associée? Exemples d activités d apprentissage et d évaluation Ressources et notes De nombreuses activités peuvent être organisées avec des groupes coopératifs. Elles peuvent être évaluées non seulement pour le produit (contenu ou habileté scientifique), mais aussi pour le procédé (participation des élèves dans des rôles donnés). Observation informelle/formelle et présentation Les élèves pourraient présenter leur recherche sur les précipitations acides à toute la classe. (118-5) Journal et portfolio Des rubriques d activité de groupe peuvent être conçues (ou utilisées) pour évaluer les projets de recherche; on peut demander aux élèves d écrire un journal sur leurs projets de recherche ou d écrire un résumé de leur travail pour inclure dans leurs portfolios. (213-5, 214-5, 215-6) Papier et crayon et présentation Les projets à plus long terme sur les précipitations acides devraient être évalués en termes de qualité de la recherche, de préparation et de présentation finale. Cette présentation peut prendre diverses formes, comme une page Web, un dépliant ou une brochure d information, une publicité dans un journal ou une annonce pour la radio. Les élèves devraient consulter des exemples ou suivre une rubrique établie. Les évaluations devraient porter sur plus que le contenu scientifique et inclure la langue, la manière avec laquelle les idées sont exprimées et les façons avec lesquelles différents médias sont utilisés pour la recherche et la présentation. (117-1, 117-7, 118 5, 213-5, 214-5, 214-15) PROGRAMME D ÉTUDES - SCIENCES INTÉGRÉES 1236 (VERSION PROVISOIRE 2011) 87
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