3.1) Distinction entre transformation et réaction chimique

En 2003 et 2004, une question a été posée pour tenter de cerner ce qu’est une transformation chimique pour les élèves.

IV-3.1.1) Comment les élèves décrivent-ils une transformation ?

En 2003, une équation chimique mettant en jeu deux couples acido-basiques en solution aqueuse est fournie. Un tableau récapitule la composition du système comportant toutes les espèces chimiques dans l'état initial et dans l'état final, et on demande « quelle transformation chimique a eu lieu ? ».

La transformation évoquée dans le questionnaire A a lieu dans le sens inverse de l’équation, puisque les quantités des « réactifs » dans l'état final sont supérieures à ce qu'elles étaient dans l'état initial et corrélativement les quantités des « produits » dans l'état final sont inférieures à ce qu'elles étaient dans l'état initial. La

transformation étudiée dans le questionnaire B a lieu dans le sens direct (voir annexe 2 ).

La réponse attendue est du type : la transformation a eu lieu dans le sens inverse de l’équation car les quantités de matière de A– _{et BH dans l’état final ont diminué par}

rapport à l’état initial et celles de AH et B– _{ont augmenté (pour le questionnaire A). La}

transformation a eu lieu dans le sens direct de l’équation car les quantités de matière de RO– et NH4+ dans l’état final ont diminué par rapport à l’état initial et celles de

ROH et NH3 ont augmenté (pour le questionnaire B).

Catégories de réponses

Les réponses ont été classées de la façon suivante :

• celles où figure l’idée de sens de la transformation et la mention d’une variation des quantités de matière, réponses codées sens et qtt.

• celles où figure l’idée de sens de la transformation, réponses codées sens • celles où figure la mention d’une variation des quantités de matière, réponses

codées qtt.

• celles où ne figure ni l’idée de sens de la transformation ni la mention d’une variation des quantités de matière, réponses codées ni sens ni qtt.

Les résultats

Tableau 46 : Résultats par catégories de réponses

Nature de la réponse sens et qtt sens qtt ni sens ni qtt absence

Nombre de réponses (N=102) 12 20 2 65 3

pourcentages 12% 20% 2% 64% 3%

Sur 102 questionnaires collectés, seuls 3 élèves ne répondent pas. Voyons plus en détail la façon dont les élèves répondent.

Réponses mentionnant le sens et les quantités

Toutes ces réponses (12 sur 102) font mention du sens de la transformation en s’appuyant sur les variations de quantités de matière.

Le sens de la transformation est indiqué sous différentes formes. Deux réponses sont conformes à ce qui était attendu, les variations de quantités de matière sont annoncées, le sens de la transformation en découle en référence à l’écriture de l’équation chimique, il est précisé si les espèces chimiques ont été formées ou consommées.

B16 : Les quantités de RO– et de NH4+ ont diminué tandis que celles de ROH et NH3 ont

augmenté. Il s'est donc produit la transformation correspondant au sens direct de l'équation donnée. RO– et NH4+ sont les réactifs et ROH et NH3 les produits.

Cinq élèves répondent en utilisant le terme « réaction » au lieu de transformation tout en donnant un sens correct et en faisant référence aux variations de quantités de matière.

B22 : Il s'agit d'une réaction acido-basique puisqu'il y a transfert de protons H+. Les couples mis

en présence sont ROH/RO– NH4+/NH3. Ici les quantités de RO– et NH4+ diminuent tandis que les

quantités de ROH et NH3 augmentent, la réaction se fait dans le sens direct.

B32 : [RO–_{] et [NH}

4+] ont augmenté, alors que [ROH] et [NH3] ont diminué. Donc la

transformation est une réaction acido-basique dans le sens direct de l'équation.

Enfin les cinq autres réponses mentionnent les variations de quantités de matière, et indiquent le sens d’évolution du système à l’aide de l’équation chimique. Ils confèrent donc à cette représentation symbolique une signification en terme de sens d’évolution.

B42 : [RO–_{] et [NH}

4+] diminuent donc ils réagissent. [ROH] et [NH3] augmentent donc il se crée

des produits alors RO– _{+ NH}

4+ = ROH + NH3.

A30 : Dans l'état final n(AH)=0,0646 mol alors que n(B–)=0,115 mol soit ni(AH)<nf(AH) La

transformation chimique a donc eu lieu dans le sens inverse. AH + B–



←₌ A– _+BH . Réponses mentionnant le sens

Certaines réponses (13) indiquent le sens de la transformation en écrivant l’équation chimique ou les demi-équations protoniques, écrites de manière à respecter le sens de la transformation subie par le système.

B27 : Il y a eu une réaction chimique entre les ions RO– présents dans le phénolate de sodium

et les ions NH4+ présents dans la solution de chlorure de sodium. Une transformation acido

basique a eu lieu entre RO– et NH4+. RO– + NH4+ = ROH + NH3.

A2 : C'est une réaction acido-basique, car les 2 demi réactions sont BH=B–_+H+ _{et H}+_+A–_=AH,

on observe une perte ou 1 gain de proton.

D’autres réponses font appel à la modification des entités chimiques pour décrire le sens de la transformation.

B14 : Les molécules RO– _{et NH}

4+ ont réagi entre eux pour produire du ROH et du NH3.

A14 : C'est une réaction acido-basique, AH a perdu un proton H+ _{pour devenir A}– _{et B}– _{a gagné}

un proton H+ pour devenir BH.

Réponses mentionnant les quantités

Deux réponses citent uniquement les variations de quantités de matière.

A28 : Une réaction acido-basique a eu lieu puisque les solutions ont réagi entre elles. Les

Réponses ne mentionnant ni le sens ni les quantités

Les réponses où ne figurent ni l’idée de sens de la transformation, ni les variations des quantités de matière sont majoritaires (65 sur 102). En outre la quasi totalité (58 sur 65) mentionne le caractère acido-basique du phénomène.

Vingt-six réponses identifient transformation et réaction en utilisant des expressions telles que « la transformation chimique est une réaction acido-basique », « c’est une réaction acido-basique » ou « il s’agit d’une réaction acido-basique ».

Trente-deux réponses ne comportent pas de lien entre transformation et réaction et se prononcent uniquement sur le caractère acido-basique de la transformation ou de la réaction qui s’est produite.

B35 : Une réaction acido-basique a lieu.

B46 : Transfert de proton donc réaction acido-basique.

A17 : La transformation chimique qui a eu lieu est une transformation acido-basique. A29 : II y a eu des transformations acido-basiques car il y a eu des transferts de H+. A55 : Réaction acido-basique.

Discussion des résultats

Toutes catégories confondues, il apparaît qu’une grande partie des élèves a répondu à la question posée en précisant la nature acido-basique du phénomène (79 sur 102, soit 77%) sans s’exprimer sur le sens de la transformation (64% des élèves). Il s’avère que la formulation de la question est à revoir pour qu’elle apparaisse bien comme une question sur le sens de la transformation.

D’autre part on a pu voir à travers certaines réponses que des élèves utilisent de façon équivalente ou synonyme les termes transformation et réaction. Une autre analyse des mêmes données montre que la transformation est confondue avec la réaction (44%) ou l’équation chimique (12%). 36% des réponses utilisent l’un ou l’autre des deux termes (transformation ou réaction) sans qu’on puisse conclure à une assimilation, ni à une distinction. Une seule réponse différencie clairement les deux termes.

IV-3.1.2) Comment les élèves évoquent-ils le sens d’une