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ARTheque - STEF - ENS Cachan | Chimie – Fiches enquêtes

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Academic year: 2021

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(1)

CHIMIE

Fiches enquête

.A

(2)
(3)

1-1

FICHE ENQUETE 1er thème

PRESENTATION DE LA CHIMIE

-1 - Comment définiriez-vous la chimie?

2 - Etes-vous intéressés par la chimie?

3 - La chimie est une science expérimentale. Avez-vous déjà fait des expériences de chimie?

- a) dans d'autres classes

- b) en jouant

- c) dans la vie courante

4 - Comment imaginez-vous le travail du chimiste?

5 - Quand on dit dans le vie courante "ce sont des produi t s chi miques", qu'est -ce qu'on veut dire?

(4)
(5)

1-2

FICHE ELEVE 1er thème

PRESENTATION DE LA CHIMIE

-Vous allez décrire les diverses experlences que vous avez vues ou que vous avez réalisées. Vous préciserez les produits .de départ en les décrivant ou les nommant, vous décrirez la façon

dont l'expérience est faite c'est-à-dire la technique utilisée, vous préciserez tout ce que vos sens détecteront, enfin vous citerez, ca

-ractérisez les produits obtenus. Vous essaierez le plus souvent pos-sible de faire un dessin simplifié de llexpérience.

1- Action de la poudre d'aluminium sur l'oxyde ferrique .

(6)

1-3

III - Chauffage du sulfate de cuivre bleu

IV - Neutralisation d'un acide par une base

V - Fil d'aluminium exposé à l'air

VI - Au cours de cette leçon de présentation, il a été utilisé plusieurs termes importants. Pouvez-vous définir en quelques lignes chacune des expressions suivantes :

a} Qu'est-ce qu'une technique expérimentale?

(7)

I - 4

b) Qul~st-ce qu'un indicateur?

c) Comment a-t-on caractérisé les produits obtenus?

VII - Notez en les définissant tous les mots nouveaux que vous avez relevés

VIII - Remarques personnelles (Ecrivez ce que vous nlavez pas compris, citez les parties que vous aimeriez voir développées ou suppri-mées, etc .... )

(8)

1 5

FICHE PROFESSEUR : 1er thème PRESENTATION DE LA CHIMIE

-1 - Faire d'abord remplir le questionnaire préliminaire

Eh génér al les élèves ont une idée très vague de ce que peut être la chimie.

En observant avec attention les expériences suivantes, les él èves comprendront1'activit~ essentielle du chimiste.

-II - Aluminothermie (faite en démonstration par le professeur)

1- Pourquoi ce choix : dlune part c'est une expérience spectaculaire (il faut cOl1lTlencer en beauté), d'autre part on pourra à l'aide d'un aimant montrer qu'un corps nouveau est apparu.

·2- Matériel:

- un creuset perforé (ou un morceau de tube de fer,) qulon obture à la base avec une feuill e de cart on de faible

.épaisseur.

'

l''~'''':

1

oxyde ferrique Fe203 poudre d'aluminium Al - un ruban de magnésilJl1

un aimant

- une plaque amiante - un bec bunsen

- éventuellement (par temps humide surtout) on peut placer au pie d du ruban de magnésium un ~u de bio xyde de bari umBa02.

3 - Faire le remplissage devant les élèves, en ayant mont ré qu'au départ l'aimant n'attire aucune partie du mélange.

urton coll'

à labn 8

En faisant la prêparation ci ter sans insister le nom des constituants, et prêciser bien que vous ut i l i sez là une certaine

,t !thni que expérimental. et qu'il y en a bi en d'autres •

.Prèciser les points importants : cho i x du creuset, du mélange, de l'amorce qui n'est pas du tout fait au hasard. .

·4·- Avant d'allumer le ruban de magnésium, prévenir les élèves de ne.pas regarder la f1al1lTle au tout début de l'expérience.

5 - Faire décrire l'expérience par un élève : un chimiste doit être un bon observateur

(9)

3 ...

2 ...

1 6

loc lhc:andescent

• b." ""-.,

6 ... Un aimant attire le bloe n,'~1 d i : attention nous ne sommes pas sûrs que clest du fer (effeet'vement

;c;

il y a aussi de l'oxyde magnéti que) . .

En tout

cas: un

corps nouveau est apparu, faire admettre

que clest 1 basé de fer.

7 ... Cette expérience

n'a

pas d'intérêt pour fabriquer du fer, mais 1. fer obtenu est tn fusion (tout du moins si on perfectionne la iechn1qùe), on

a

pu utiliser cette r~action pour souder des rails).

8 ... Pour conclure faire préciser par un élève les activités du

chi-miste dans cette exptrtence :

... mise ~u point d'une technique expér i ment al e

- mise eh point d'une technique d'investigation (pour savoir ce qu. se forme) : ici utilisation de l'aimant

- fabrication d'un corps nouveau.

III - Action du soufre sur le fer (par les élèves)

-1- Pourquoi ce choix: .vec la

même

technique d'investigation (aimant) on pourra montrer que 1e ftr disparaît.

Matlri el pour chaque .,ro~ dlé}ëves.;

... une plaque

d'am

ant~pu u~e brlque ... de la limaille ~ ,fer

de la fleur d~~~d~..

un mê1a~ge fe- S !56p

i

e

pour 329 de S) ... un'becbunsf .

Présenter la fl eur de

sou

'1re ,

la 1imai ..e de fer , 1e mé lange -Rele de l'ai mant

4 ... Présenter l a technique util tsëe : on chauffe fortcament.enlln·point le mélange limaille de fer .. fleur de soufr-e. On retire la flammedês que la partie chauffêe est incandescente (i l faudra ëventuelIement' "

préciser le fonctionnement du bec bunsen) .

5 - Faire l'expérience et faire décrire par un élève

(l'incandescence subsiste et se propage, le mélange se transforme.·

en un solide noir) .

6 - Faire trouver que le fer a di spar u.

7 -F_ire remarquer:qu'une très petite partie du soufre brQle avec l'air (flaJmle bleue, odeur suffocante) en général cette flarime est visible quand 11incandescence siest arrêtée.

8

...

Faire faire un mélange au hasard S-Fe, et recommencer l'expêr1,nçe

(pour beaucoup d'élèves l'aimant attire encore le produit formé:

J

oJ

'

(10)

I ï

L'excès de soufre est plus difficile à faire voir à cause de sa combustion possible.

9 Conclusion

-Les proportions du mélange ~nitial doivent être convena-blement choisies si on veut être sûr que les expériences donnent des résultats.

IV - Expérience (faite par l'élève) : déshydratation de CuS04 hydraté 1 - Pourquoi ce choix: cette expérience permet d'introduire ce qu'est

un indicateur.

2 - Matériel (par groupe)

cristaux de sulfate de cuivre hydraté (bleus) - tubes à essai

- soucoupe

3 - Présenter la technique utilisée dans la première pha~e : chauff~r assez fortement du sulfate de cuivre bleu (de l'eau apparaît, le faire constater, le sulfate de cuivre devient anhydre.' blanc). Faire vider les cristaux blancs dans une soucoupe.

4 - Présenter la technique de la 2e phase : ou pulvéri~er de l'~au li-quide su~ les cistaux blancs, ou faire arriver de la vapeur d'eau ~e~sus

(ils se retransforment en cri staux bleus hydratés}.

5 - Montrer que les cristaux de CuS04 anhydre peuvent détecter la présence d'eau: c'est un indicateur.

6 - Dans certains médicaments qui craignent l'eau le bouchon spéci al contient des cristaux qui fixent l'eau, ces cristaux sort souvent im -prégnés d'une substance qui change de couleur vec la press i on de va -peur d'eau és~x. sels de cobalt qui passent d~ ;ltu (si la pressi on de vapeur d'eau lassez faible) au rose (si pr~ssiol de vapeur d'eau est suf

-fisante) . On peut en montrer. 7 - Conclusion- :

Faire bien dégager qu'un chimiste doit préciser avec soins les conditions expérimentales sinon la réaction évolue dans un sens ou un autre.

Montrer l'importance des indicateurs, qui sont nécessaires quanr les réactions n'évoluent pas de façon sensible directement.

V~ Expérience:(faite par l'élève)neutralisation d'un acide par une base : 1 - Pourquoi ce choix: pour montrer l'intérêt des indicateurs, vérita bles espions, qui renseignent le chimiste.

2 - Matériel

- acide chlorhydrique dilué - soude diluée

- indicateurs colorés (phénolphtaleine - Hélianth~ne) - tubes à essai.

(11)

1 8 3 - Technique expérimentale :

- verser quelques cm3 de soude diluée dans un tube à essai contenant que1qu~s cm3 d'acide dilué (11é~hauffementest imperceptible) les sens de l'élève (oeil, oreilles, touche~) ne détectent rien. Appa-remment rien ne se passe.

- recommencer en mettant quelques gouttes d'hélianthine dans l'acide chlorhydrique.

- il faudra faire aHmettre que les qtie1qu~s gouttes d'in-dicateur coloré n'ont joué que le rôle d'espi~~,

Ce

nlést pas elles qui ont déclenché la réaction : des techniques plus complexes (.pl:lmètre~ et même le goDt si cela n'était pas si dangereux montrent qué la réaction a lieu exactement de la même façon avec ou sans indicateurs colorés. VI - Expérience (faite par l'élève) : oxydation de l'aluminium à1'air :

1 - Pourquoi ce choix: dans l'expérience précédente, nous avons dit que quelques gouttes d'indicateur coloré ne changea' ~nt rien â, la

réac-tion. Il ne faut pas laisser croire que ceci est 9én~ral. :quelques

gouttes ou traces d'un produit peuvent changer parfDi~une réaction.

Cette expérience montre qu'il est nêcessaireparfois d'utiliser des produits pour favoriser des réactions (import~nce industriell~ :

c'~st la base des brev~tsqu'on échête très chers ...) 2 - Matériel :

- lame d'aluminium (ou fil )

- acide chlorhydrique

solution de chlorure mercurique HgC12(s ign al~r que c'est un poison).

3 - Décrire la technique expérimentale:

- tr emper le fil d'aluminium dans 1'aci de ~p o u r le décaper)

- le rincer à l'eau distillée

- le laisser à l'air: se p~sse-t il quelque chose (r i en en fai t une pell i cule d'al umine le protège).

- le plonger dans le chl orure mer-ci ique : ê. l' ai ! le fil se recouvre d'efflorescences blanches d'alumi ne.

CONCLUSIONS

-Cette leçon introductive est destin ée à fa-ire prend recontact à l'él ève avec la réal i t é expérimentale. Condit io ns de l'expériencet obser

-vatio ns , conclusions. Elle doit permettre aussi d'i ntrod uire la leçon sui

-vante qui sera plus ar ide et portera sur les problèmes de tri. li es t do~ c

import ant d'i nsister sur la nécessité de conraitre avec préci sion lés pro ~

duits de départt les quant i t és mises en oeuvre. Pour pouvoir préparer un(

expérience soi -même il faut savoir ce que représent er l'étiquette marqu~ ~

(12)

II 1

FICHE tNQUEfE 2e thème

LES MELANGES

LA CLAS~IFICATION SCIENTIfIQUE

1 - Le monde qui nous entour e est très complexe, pourriez-vous citer quelques part i es , qùi vous paraissent se rassembler? Citez ce qui caractérise chacune des parties.

ex. : monde vivant: c1est la partie du monde capable de se reproduire. ex.

2 - Est-ce que ces part i es peuvent être encorejtivisêes ? Proposez quelques divisions.

3 - Citer quelques mat ér i aux util isés dans le vie courante. Déf i nissez les avec le maximum de précision. Est-ce que les définitions que vous écr i vez permettent de les reconna' t r e sans risque d1err eur ? (vous pourrez évent

uel-lement demander à un camar ade de devi ner le matériau q~dnd VO~~ G donn~ L votre défini ti on)

t

SE 4 - Connai ssez- vous des produi ts chimiques?

(13)

II 2

FICHE ELEVE : 2ème thème

LES MELANGES - LA CLASSIFICATION SCIENTIFIQUE

l - Pourquoi est-il nécessaire de connaître avec précision les produits utilisés en chimie?

II - Citez quelques propriétés qui permettent de classifier lE monde qui nous entoure.

111- Est-ce que toutes les propriétés susceptibles de classer sont utiles au chimiste. Quelles sont les propriétés que nous avons déjà utilisées?

IV - Comment pourra-t-on définir une espèce chimique?

V Tous les matériaux rencontrés dans la nature sont-ils des espèces chi mi ques Pourquoi

VI - Comment peut-on définir un mélange?

(14)

II 2

VIII - Notez,en les définissant,tous les mots nouveaux que vous avez relevés.

(15)

-FICHE PROFESSEUR 2e thème

II 3

LES MELANGES - LA CLASSIFICATION SCiENTIFIQUE

récision les roduits de dé art et les On profitera de cette premlere partie pour interroger les élèves sur la première leçon, pour les faire parler et corriger leur vocabulaire.

La dernière fois nous avons fait des expériences, pensons à elles pour répondre aux questions suivantes:

- Dans quelle expérience une trace de produit changeait tout

l'expérience?

(penser &l'oxydation du fil d'aluminium. Attention l'indi-cateur coloré ne changeait rien)

- Si, au départ, le chimiste ne connaît pas avec précision les produits qu'il utilise, pourra-t-il interprèter correc-tement ce qu'il fait?

- Plut-on reproduire une expérience, si on ne connatt pas exactement les produits de départ, les conditions expérimen-tales?

- Est-ce qu'une expérience non reproductible est intéressante? (Citer que beaucoup de découvertes proviennent justement

d'expériences fortuites que des chercheurs ontéssayé d'ana-lyser pour les reproduire: découverte des piles, de la ra-dieactivité ....)

- Supposons que le chimiste connaisse bien les produits de départ, pourra-t-il exploiter son expérience s' ;l n' a aucun

moyen pour connattre avec préci sion les produi ts formés ?

- OIns les expériences faites l'~utre jou:' a-t-or. pu reconnaître avec exacti tudes 1es produits ior-nés ?

Par suite nous devons appr endre _ léf i nii' cor:~ect:-'~'?lît les

produits que nous utilisons ou fabriquons . E:;- ce que celà P' ~ farile ou difficile de donner des définitions caractë ist iques [

11 La classification scientifique

-A partir des observations que nous fai sons sur le monde ext

é-rieur nos sens établissent des classifica t io n. Ces observations sont

d'a i lleurs plus ou moins conscientes ~ plus ou moi ns dirigées. .ous cons

-tituons ainsi des ensembles d'éléments li és par des relat i ons (en part ie

lier des relations d'équivalence).

Par exemple nous distinguons le monde vivant et non vivant .

Les différents matériaux sont ainsi cl assi f i és (bois, pierre, plastique ... ). L'aspect, la couleur permettent aussi de les décrire (d'où la noti on de matériaux solides, liquides, gazeux).

(16)

II 4

Nous constatons que la description de tout ce monde qui

nous entoure nécessite la dêfinition d'un nombre considérable dléléments. On cherchera donc a réduire le nombre de ces élêments en remarquant que certains sont formés en assemblant des éléments plus simples (remarquons que le mot élément a ici sa définition mathématique et ne doit pas être confondu avec le mot élément chimique que lion trouvera plus tard en chimie).

III Expériences de classification chimique 1ère expérience

Matériel

-On dispose de 4 bouteilles contenant des mélanges grossiers A - billes de plastique diversement colorées (jaune, bleu, .. )

et ~es billes d'acier.

S - billes de verre + billes d'acier

C - Soufre en petits morceaux + billes d'acier D - Billes de plastique + bille de plomb

On peut ouvrir les bouteilles et sortir le contenu. Questions

-- Est--ce que les contenus de ces quatre bouteilles sont identiques ?

- Peut-on distinguer dans ces mélanges diverses parties? Définir hétérogène et homogène.

- Demander aux enfants qu'est-ce qui les différencie?

(en général les critères sont très variés mais sont souvent imprécis: ne se ressemblent pas, il y a plusieurs couleurs, il y a divers types de bille .•. )

- Montrer qu'on peut utiliser des propr i ét és apparaissant comme étant des rel ati ons d'êq' iVill ence (a même couleur que,

subit la même action de l'aimant que .. ., a même forme que.. ) - Laisser les élèves trouver des ~ -rt i t i on s en utilisant des

relations d'équivalence parfois tiles au chimi te, par f ois

inutiles (par exemple la relation lia même forme que ...\1 n'a

pas d'intérêt pour un chimiste sauf s'il s'agi t de la forme des cristaux. En effet les propriétés chimiques d'un matériau ne dépendent pas de ses dimensions ni de sa forme : le fer est attiré par l'aimant quelles que soient ses dimensions ou sa forme).

- Est-ce qu'une seule relation est suffisante? (non par exemple la couleur du soufre est la même que la couleur des billes de plastique teintées en jaune).

CONCLUSIONS

-Comment reconnaissez-vou une personne? (non par une seule propriété, mais par un ensemble de propriétés).

Il en sera de même pour le chimiste. Pour définir une personne on utilise une \Icarte d'identité\l qui comporte un certain nombre de pro- '

priétés bien définies.

(17)

II 5 Pour reconnaTtre ainsi les produits, le chimiste va

essayer de dresser une "carte d'identit~" avec des propriétés carac-téristiques.(lJn produit\possédant un ensemble de propriétés caracté-ristiques détèrmiriêes-s'éra une espèce chimique.

2ème expérience : Matériel

-On dispose de diverses bouteilles contenant 1 soufre en fleur et limaille de fer

II permanganate de potassium et bichromate de potassium III huile et vinaigre

IV lait V vin VI eau

VII solution de sel NaC1 VIII Solution saturée de sel

IX acétone + acétate dl a m y 1 e . Questions

-Dans quelles bouteilles peut-on penser qul i 1

y a plusieurs

consttt.ua -r ts. Les mé1 anges correspondants sont -ils homogènes, hétérogènes ?

Mont r er que la bouteille 1 est du point de vue du chimiste la

même chose que la boutei11eCde l'expérience précédente.

Montrer que le lait (qui peut être séparé en crème et petit lai t ) ,

le vi n (dont le degré et la couleur varient d'un vin à l'autre) sont des mé~

langes, mais qu'on ne peut pas sien apercevoir à l loeil .

On définira éventuellement le mot phase.

Pour les bouteilles VI, VII, IX on ne peut rien dire, nous

lps ét udi er ons plus en détail.

CONCLUSIONS

-Il .n1est pas toujours possible de VOlr directement si une sub

s-tance est un mélange (c'est-à-dire peut être séparée en plusi eurs espèce'. chimiques possédant des propriétés caractéristiques). Il faut utilise r des

méthodes particulières pour réaliser ces séprations. Ce sera l'objet des leçons qui suivent.

(18)

III 1

FICHE-ENQUETE N° 3

PURIFICATiON DU SEL NATUREL

1 - Pouvez-vous citer des mélanges que vous avez rencontrés dans la vie courante ?

2 - Connaissez-vous des méthodes permettant de séparer des mélanges?

3 - Avez-vous utilisé certaines de ces méthodes?

4 - Connaissez-vous des marais salants. Quel est leur rôle?

5 - Comment pouvez-vous récupérer un petit morceau de verre tombé dans un bol de sucre en poudre? Faites chez vous llexpérience.

(19)

III 2 FICHE-ELEVE : 3ème thème

PURIFICATION DU SEL ~TUREL

1 - Observez le produit qui vous a été remis est-ce un mélange? Pourquoi ?

II - Imaginez un procédé de tri. Décrivez-le rapidement

III - Quel procédé a-t-on retenu?

IV - Décrivez l'essai du procédé. Pourquoi est-il nécessaire de faire des essais ?

V - Décrivez l'expérience de séparation du mélange proposé. Faites-un schéma de l'expérience.

(20)

III 3 VI - Regroupez les résultats de vos pesées

1 - Quelle masse de produit avez-vous utilisée au départ?

2 - Quelle masse de sel avez-vous récupérée?

3 - Quelle masse de sable avez-vous récupérée?

4 - Que pouvez-vous conclure.

5 - Demandez les résultats trouvés par vos camarades, ont-ils des points conmuns. Expliquez.

VII - La mêthodeutilisée ici n'est pas générale, pourquoi?

VIII - Mots nouveaux et leurs définitions.

(21)

II 1 4

.'

FICHE PROFESSEUR: 3'me thème PURIFICATION DU SEL NATUREL 1 La séparation

-1 - Observons un -1Il!-1ange de petits grains de sable et de sel. Clest un mélange hêtêroglne, nous l'avons d~ji étudié. Il est évident qulil f.ut exclure le tri manuel.

. A la fin de cette période d'observation, il faut dégager clairement le problème à résoudre : comment séparer les constituants de ce mllange hétérogène. 2 - Imaginons un procédé de tri : laisser les élèves imaginer.

On pourra éventuellement guider les élèves en leur posant une question du type: "que se passe t-il si on verse le mélange dans lleau ?" (le sel soluble doit se dissoudre, le s~e est insoluble).

3 - Essayons - on va ajouter de l'eau à un peu de mélange de sel-sable. Faire

constater que du sel dispara,t et que si on n'ajoute pas assez d'eau la solution se sature et qu'il reste du sel.

Continuer à verser de 1leau, à partir d'un moment il reste une quantité constante de résidus insolubles. Faire remarquer que c'est approximatif mais que lion cherche à en mettre suffisamment pour ne pas perdre de sel.

Cette première partie confirme donc ce que nous avions imaginé. Mais elle nous apprend plus: remarquons que si nous laissons le tube au repos, une partie du résidu tombe au fond: il y a une décantation, une autre partie reste en sus-pension dans le liquide. Comment la séparer? Arriver à l'idée d'un tamis

cons-titué de petits trous: un filtre (par exemple du papier filtre). Leur faire le rapprochement avec les filtrations à la maison (thé, café ... sac à aspirateur,

filtre à jus de fruit) et à des décantations (jus de fruit en bouteille, soupe

avec pâtes ... ).

On peut donc opérer à la séparation en utilisant la décantation et la

filtration.

Remarque - On pourra demander aux élèves "pourquoi 11

l au salée passe-t-e l l e à travers le filtre ?" On se rendra ainsi compte ~'i1s o..-t le concept que le sel est dispersé en très petites particules et que 1'eau e~ ~ aussi ccnstitu ée de

:pet i t es particules. Si les élèves nlont pas d'exp1icatiun, ne pas lPllr donner

de réponse, mais leur dire que bientôt nous étudierons ce problème.

4 Réalisons l'expérience -MATERIEL'(pour chaque groupe)

- un entonnoir

- un support à entonnoir

- un cristallisoir rep!ré par exemple par le lettre B écrit au stylo-verre - un ballon a fond plat ou un er1enmeyer A

- du papier filtre

- une balance (à O,lg. près) (pour toute la classe - Ceci pose un problème d'organisation de la classe pour cette utilisation).

BUTS DE CETTE MANIPULATION

-- évidemment séparer le sel du sable

- montrer qulil y a conservation de la masse totale. Il faudra donc

(22)

III 5

prendre des précautions pour perdre le moins de produits possibles (faire des rinçages •.. )

- apprendre aux élèves à manipuler avec beaucoup de soin. TECHNIQUE EXPERIMENTALE

-- Poser aux élèves la question "Col1l11ent connaitre1a masse m de l'échan-tillon choisi" (peser le flacon A: par différence on en déduit m)

- Peser le flacon

A

vide, soit ao sa masse

- mettre un échantillon de mélange bien sec dans A - peser le cristallisoir Bvide, soit bo s~asse

- faire plier un papier filtre en cornet. Le peser soit f o sa masse

- ajouter de l'eau distillée dans

A

jusqu'à disparition totale du sel - laisser décanter, vider avec précaution le contenu de Adans le filtre (faire couler le long d'un agitateur: le filtre mouillé étant très fragile), verser tout le liquide. Faire constater qu'une partie du dépôt est entraîné.

- laver le dépôt qui reste dans A et reverser l'eau de lavage dans le .

filtre

- garder ce flacon A, la semaine prochaine quand il sera bien sec, nous le pèserons. Nous trouverons une masse a. Que représentera a - ao ?

- rincer l'agitateur au dessus du filtre (pour entraîner le sel et le sable qui pourraient y adhérer)

- Rincer le filtre avec une pissette (pour entraîner les dernières traces de sel)

- Qu'y-a-t-il dans B? (qi nous avons bien manipulé, il ne doit plus rester de sel dans A, sur l'agitateur, sur le filtre, autrement dit l'eau a entrainé tout le sel dans

B).

- Garder B pour la 2ème partie du T.P.

- Laisser sécher le filtre, la semaine prochaine nous le pèserons et nous trouverons une masse f. Que représent e f - f o ? que représentera (a - ao) +

. (f - fol ?

II - Passage de l'eau salée au sel

-1 - Observons le liquide obtenu après filtr at ion : il est homQgène. C' est une solution de sel.

On voudrait sépare r not re mélange ini t i al en deuy part les : sable et sel.

Un probl ème nouveau est posé : comment passer de la sol ution salée au sel ?

2 - Imaginons des moyens de ret i rer l'eau. Les élèv(';) pensent imnédiaLeme nt qu' il

faut chauf f er le mélange. Dire sans trop insi s t er Cé ~ Ion appelle !\~v ~p oratio n.

l' êbull iti on.

Quel procédé choisir? 3 Essayons

- donner aux élèves une solution salée (ne pas utiliser ct"e de B qu'on

réser ve pour l' ét ude quant i tative).

- faire bouillir cett e solution dans un tube â essai. Qu·observe-t-on ?

(la solution perd de l'eau, elle devient saturée, le sel se dépose et cr i s-ta11ise)

laissons évaporer un peu de solution salée dans une Soucoupe. Comment accélérer l'évaporation? (courant d'air, léger chauffage). CtMplter les cris

-taux obtenus par évaporation lente et par ébullition?

- Quel procédé devons-nous choisir pour réaliser l" bU"ft~és ?

(i l faut éliminer l'ébullition qui donnent des projectians

ce qui

ferait perdre du sel)

- Quel procédé choisit-on dans l'industrie (l'évaporation car c'est un pro-cédé bon marchê : marais salants);

(23)

III 6

4 - Réal i sons l'évaporation

Laisser le crista11isoir B sur un radiateur. La semaine procha;n~~

nuus déterminerons sa masse b lorsque toute l'eau sera évaporée. Que '~p ré s e n t e r a b - bo ?

Compar er m et (b- bo) + (a - 00) + (f - fo)

Obser vons les cristaux obtenus dans le crista11isoir 8

-Sont - ils bien sec? Comment le savoir? (des élèves proposent l'utilisa-tion d' un indi cat eur du type CuSo4 arlrdre, leur utilisation ici est délicate. On pourra leur proposer la solution: on pèse aujourd'hui le crista1lislir, on le remet sur le radiateur une journée, on le rep~a, si sa masse n'évolue plus on peut considérer que les cristaux sont bien seœ. Faire observer les cristaux obtenus (de préférence avec une loupe). Leur montrer des échantillons de cristaux . Leur dire que la forme des cristaux est une des propriétés carac-térist i ques permettant d'identifier une espèce chimique.

III - Généralisation

-- Est-ce qu'il est toujours possible de retirer l'eau d'une solution par ébullition? Non: on montrera que l'élévation de température peut détruire le composé. On fera par exemple bouillir de l'eau sucrée. - Est-ce qu'il est toujours possible de séparer un mélange de poudres par

mise en solution dans l'eau? Non

1er contre-exemple: un mélange sable-poudre de brique a ses deux constituants insolubles.

2e contre-exemple: un mélange bichromate de potassium -permanganat e de potassium a ses deux constituants solubles.

3e contre-exemple: essayons de séparer les constituants d'un cachet effervescent (UPSA .... )

Que se passe-t-i1 si je met s un cachet effervescent Jans l'eau?

(un composé nouveau gazeux se forme: l'eau modifie lonc le. mélange ini t i al, nous y reviendroffi) . On peut déjà vérifier que la ma'se diminue en plaçant

(24)

IV 1

FICHE-ENQUETE : 4ème thème FUSION- CRISTALLiSATION

1 - Quelles précautions prend-on quand il fait très roid ? Pourquoi?

2 - La mer gè1e-t-e1le ?

4 - Comment peut-on refroidir une substance?

5 - Réalisez chez vous l'expérience suivante:

Refroidissez de 1'huile d'olive dans de la glace (ou en la plaçant dans votre réfrigérateur ce qui est préférable car il faut attendre assez longtemps).

Que constatez-vous? Cette huile est-elle un mélange?

(Cette expérience pourra éventuellement être faite avec d'autres huiles). A quels organismes pourriez-vous,vous adresser pour obtenir la composition

des huiles du commerce?

glace

(25)

IV 2 FICHE-ELEVE : 4ème thème

FUSION - CRISTALLISATION

1 - Refroidissement d'un liquide donné.

··l )-Décr i vez rapidement la technique utilisée

2) Remplir le tableau suivant

temps température observations

3) Tracez le graphe (de préférence sur papier millimétré qu'on collera ici)

4) Tracez l'allure des trois types de graphsobtenus dans votre classe en précisant la température des paliers.

(26)

IV 3

5) Quelle loi peut-on énoncer?

6) Quelle est la contre-expérience de la solidification? Que peut-on conclure?

II - Refroidissement du mélange eau-antigel.

1) Comment a-t-on préparé les diverse solutions de glycol?

2) Décrivez la technique utilisée pour faire l'expérience avec llant i gel .

3) Tracez le graphe (température de fusion finissante, pourcentage de glycol)

4) D'après votre graphe, déduisez le pourcentage minimum en gl ycol né-cessaire pour que le radiateur d'une voiture contenant ce mélange, soit protégé

(27)

IV 4

III - Précisez les principaux usages du froid. Que signifient les étoiles placées sur les réfrigérateurs, conservateurs, congélateurs. Essayez d'obtenir des renseignements précis.

IV - Quelles sont les deux propriétés caractéristiques d'une espèce chimique que vous connaissez maintenant?

V - Mots nouveaux et leurs définitions.

VI - Remarques personnelles

(28)

IV 5

FICHE-PROFESSEUR : 4!me thème FUSION - CRISTALLISATION 1 Présentition

-Dans cette étude nous allons partir de sUlstinces lU de mélanges connus,

et nous étudierons ce qui se passe quand on les refro1iit. Nous n'oublirons pas de faire remarquer toutes les propriétés qui pourront carictériser une espèce chimique donnée.

II - Que se passe-t-il quand on refroidit un liquide donné?

1) Matériel : (par groupe d'~l!ves)

- un mélange réfrigérant

- du benzène, de l'acide acétique cr i st al l i sabl es

-un thermomètre descendant 1 -10°C

- un chronomètre ou une montre

- gros tubes a essais

2) Imaginons l'expérience avec l'eau

Que se passe-t-il si je refroidis de l'eau? A quelle température

les premiers cristaux de glace appara1tront-ils ?

Quelle est la température d'un melange eau-glace? Comment a été

gradué le thermom!tre que nous allons utilisé?

Qu'obtient-on en refroidissant 1 -S·c ?

3) Réalisons l 'e xpé rience

Certains groupes travailleront avec del 'eau~ d'autres avec du benzêne~

d'autres avec de l'acide acétique.

Que proposez-vous pour faire un compte rendu dét ai l l é de l'expérience?

Si les élèves ne trouvent pas on peut les aider en leur posant une question du

type : "Que fait l'explorateur pour décrire son expédition? (i l note le jour,

la date éventuellement l' heure... ). Nous allons donc no~e r de minute en minute

ce qui se passe~ en particulier l' évol ut i on de 13 Lt .êrat ure.

temps

o

température obse ..itions

dêbut du re fro i dis~eme n t

apparition des premiers cristaux

«

(temps, température), construisons le

4) Graphe:

On obtient un ensemble de couples

graphe dans un diagra~e cartésien.

(29)

IV 6 5) Discussion colleçtive

-Faire tracer au tableau l'allure des graphes eau, acide acétique, benzène? Qt,iélle particularité observe-t-on ?(une .par t i e parallèle à l'axe des temps:

un pal i'ér}. Que peut-on énE)ocercoflllle loi? (la température est constante pendant toute la durée de la solidifica~ion.

La t~mpératurede solidification est une propriété caractéristique d'une substa nce donnée.

Est-ce que la pente de refroidissement est la même pour tous? (non celà dépend de la rapidité du refroidissement). Quelle est la mesure la plus inté-ressante ?(la température, le temps dépend du mélange réfrigérant).

6) Etudiohs la fusion

-On sort le tube du mélange -réfrigérant et on retracera le graphe. Que peut·on conclure? (le palier de fusion est à la même température que le palier

de solidification). .

III - Que se passe-t-il quand on refroidit un mélange liquide de compositi on

variable corinue ? 1) Matériel :

- glycol

- éprouvette graduée, de 100 cm3

- mé1ange réfrigérant

- 5 récipients marquésaustyl0 0, 1, 2, 3, 4

- thermomètre à - lQ°c.

2) COlmrent caracté.roiser.un mél (inge ?

. Connaisez-vous des mélanges qui sont caractérisés par une mesure?

(le vi n, le vinaigre). Que proposez-vous pour carê.:tériser un mélange de 25 cm3 de glycol et de 75 cm3 d'eau ? (l~ pourcentage en ~c'l ume 25 ~) ce n'est pas la

seule solution maispo!.w not r e expérience c'est la ~ IS simple ) .

3) Réalisons des mélanges connus d'eau et de gly col.

50;'ln3

C2=5.25%

etc...

On réalise des dilutions succèssives .

On réalise ainsi 5 mélanges ou solutions Co Cl = Co C2 =

fi

C3

=

C2 C4=fJ.

(30)

4) Expérience

Placer les 5 tubes 0, l , 2, 3, 4 dans un mélange glace sel. quand le contenu du 4 est solide, on le sort du mélange réfrigérant, on le laisse se réchauffer, quand on peut, on plonge un thermomètre dans

le mélange cristaux~solutionet on note la température où le dernier cristal disparaît.

On fait de même avec les tubes 3, 2, 1 et a ?

5) Résultats

t~~~.je: ~'"

~Lt.nv- If-

J,

:h-t

,

6) Discussion collective

Où placer l'eau sur le graphe? (on voit qu'en diluant de plus en plus on tend vers l'eau qui apparaît ainsi comme un cas limlte)~

Est-ce qu'il est correct de dire que: "plus la température de fusion finis sante (ou de congélation commençante) se rapproche de 0°, plus l'eau est pure" ?

Quel est l'intérêt du glycol? (l'eau liquide en se transformant en glace augmente de volume pouvant ainsi briser le récipie.nt qui le con-tient: radiateur de voiture ... ) on dit que le glycol est un anti-gel, ce mot est-il bien exact ?

Quel pourcentage en glycol faut-il pour que le radiateur d'une voiture soit protégé à-50

C ? (on proposera une solution graphique en indiquant les approximations).

(31)

III. Que se passe-t-il quand on chauffe un solide donné?

1° matériel

naphtalène - un thermomètre

- un gros tube à essai

- un bain marie une montre

2) Imaginons l'expérience

Dans les expériences précédentes comment passait-on du benzène

solide (ou de la glace) au benzène liquide (ou à l'eau liquide) ? (il

faut bien faire remarquer que passer de _5° à 0° C par'exemple,

cor-respond à un échauffement). Est~ce qu'il est possible de faire fondre

tous les solides 1 D'après vous que doit-il se passer quand je chauffe

lentement un solide tel le naphtalène par exemple, en particulier

pourriez-vous tracer l'allure du graphe température temps? Nous allons vérifier si notre généralisation est correcte.

3) Réalisons l'expérience

On notera toutes les 30 secondes la température. On pourra

faire l'étude à température~et à température ~ .

IV. Conclusion

- la température de solidification (ou de fusion) est carac-téristique d'un corps pur. On peut la trouver dans des tables.

- Pour un corps pur on observe un palier de solidification (ou fusion)

- Plus le pourcentage d'impuretés augmente, plus on s'éloigne de la température caractéristique du corps pur.

Remarques. 1. Rappeler que la forme des cristaux, la couleur sont aussi des propriétés caractéristiques que nous avons déjà rencontrées.

2. Peut-on séparer des mélanges par refroidissement (oui

l'huile).

Note pour le professeur :

Quand on refroidit de l'huile d'olive à peu près 90% reste

liquide (c'est de l'oléine qui se congèle vers _6°), le reste se soli-difie (c'est la palmitine).

(32)

V 1 FICHE-ENQUETE : 5ème thème

LA DISTILLATION

1 - Quand on chauffe de l'eau, que se passe-t-il ?

2- Quand on oublie l'eau sur le feu, que se passe-t-i1 ?

3 - Peut-il se produire autre chose quand on chauffe un liquide?

4 - Réalisez chez vous la petite expérience suivante:

Faites vous verser dans la paume de 1a main droite un peu d'eau dans la paume de la main gauche un peu dialcool. (Il faut vous mettre loin de toute flamme car 11a1coo1 liquide et·les vapeurs dialcool sont très

com-bustibles).

Que constatez-vous ?

Recommencez l'expérience avec de l 'é~1 her ou de l~ssence, mais faites bien attention d'être loin de toute flamme.

(33)

V 2

FICHE-ELEVE : Sème thème LA DISTILLATION

1 - Distillation simple:

1) - Que pouvez-vous dire du liquide qu'on vient de VOliS remettre?

Est-ce un mélange?

2) - Faites le schéma de l'appareil à distiller.

3) - Décrivez la distillation simple. Permet-elle de séparer le mélange initial ?

4) - Comment va-t-on adapter l'expérience de distillation?

II - Distillation avec récupération en trois parties du liquide condensé.

1) remplir le tableau suivant

(34)

V 3

2) Tracei le graphe (de préférence sur papier millimétré qu'on collera ici)

3) Tracez l'allure des·trois types de graphe obtenus dans votre classe en précisant les températures importantes.

4).Quelles sont les principales conclusions? Qu'aviez-vous

cOl1111e liquide?

5) Quelle troisième propriété carectër-ts ttque-d'u ne substance :

chimique a-t-on mise en évidence dans cette leçon?

III - Mots nouveaux

(35)

FICHE PROFESSEUR Sème thème

V 4

1. Présentation.

LA DISTILLATION

Dans le thème précédent nous étions partis de mélanges connus. Dans ce thème nous allons partir de substances liquides homogènes, et nous allons essayer éventuellement de les séparer en leurs constituants.

Nous essaierons aussi de dégager certaines propriétés carac-téristiques des corps purs.

II. Que se passe-t-il quand on chauffe un liquide donné?

) matériel

- gros tubes de verre - thermomètre

- gaz - montre

- eau et alcool absolu.

2) Imaginons l'expérience avec l'eau.

Un instrument chirurgical doit être stérilisé, le chirurgien ordonne à l'infirmière de le porter à 1200

C pendant plusieurs minutes.

L'infirmière met l'instrument dans un récipient plein d'eau, ouvert à

l'air libre, et elle commence à chauffer. Imaginez la suite. (on pourra

préciser que le problème admet une solution : utiliser un récipient

fermé: cocotte minute; dire que nos manipulations se feront à l'air

libre).

3) Réalisons l'expérience.

On chauffera directement à la flamme pour l'eau, au ban marie

pour le liquide X.

On fera COTh~e avec les cristallisations le graphe

température-temps. On donnera à certains groupes de l'eau (en leur disant que c'est

de l'eau) et à d'autres groupes un liquide X(alcool,on ne leur dira

pas).

Remarque. faire reconstruire pour X le même appareil que celui

(36)

de l'ébullition, faites-en le schéma (laisser les élèves imaginer un appareil avant de leur proposer le montage).

On montrera l'intérêt de dessiner la coupe de l'appareil, de

façon à mieux voir les détails internes. On corrigera les schémas

pro-posés. On arrivera à un schéma du type:

liquide,

.:&-vopeu,

- Cet appareil comprend deux grandes parties : une partie à

température élevée où le liquide est à l'ébullition, une partie à

tem-pérature basse où la vapeur se condense. L'ensemble de ces deux opérations (ébullition, condensation) s'appelle une distillation.

Réalisons la en s'arr~tant bien avant la fin.

La distillation simple permet elle de séparer l'alcool de l'eau? (non on retrouvera le mélange eau-alcool).

3) Améliorons notre technique.

Est-ce que par chauffage l'eau et l'alcool du vin se vapo-risent aussi vite l'un que l'autre,? Si les élèves ne trouvent pas,

faites-leur repenser à l'expérience 4 de la fiche enquête VI. Pour

conclure, l'alcool est plus volatil que l'eau.

Comment vérifier qu'au début de l'ébullition cela doit être

le liquide le plus volatil qui part surtout à l'état de vapeur? (les

élèves proposent d'arrêter la distillation après quelques minutes et

d'examiner le liquide obtenu par condensation) . .

Plutôt que d'arrêter la distillation, nous utiliserons la technique suivante : recueillir les premières gouttes dans un premier

tube à essais, recueillir le liquide qui se condense ensuite dans un

deuxième tube à essais, recueillir le liquide q~i se condense dans un

troisième tube à essais. Pour suivre l'expérience nous utiliserons auss~

(37)

de l'ébullition, faites-en le schéma (laisser les élèves imaginer un appareil avant de leur proposer le montage).

On montrera l'intérêt de dessiner la coupe de l'appareil, de

façon à mieux voir les détails internes. On corrigera les schémas

pro-posés. On arrivera à un schéma du type:

liquide,

.:&-vopeu,

- Cet appareil comprend deux grandes parties : une partie à

température élevée où le liquide est à l'ébullition, une partie à

tem-pérature basse où la vapeur se condense. L'ensemble de ces deux opérations (ébullition, condensation) s'appelle une distillation.

Réalisons la en s'arr~tant bien avant la fin.

La distillation simple permet elle de séparer l'alcool de l'eau? (non on retrouvera le mélange eau-alcool).

3) Améliorons notre technique.

Est-ce que par chauffage l'eau et l'alcool du vin se vapo-risent aussi vite l'un que l'autre,? Si les élèves ne trouvent pas,

faites-leur repenser à l'expérience 4 de la fiche enquête VI. Pour

conclure, l'alcool est plus volatil que l'eau.

Comment vérifier qu'au début de l'ébullition cela doit être

le liquide le plus volatil qui part surtout à l'état de vapeur? (les

élèves proposent d'arrêter la distillation après quelques minutes et

d'examiner le liquide obtenu par condensation) . .

Plutôt que d'arrêter la distillation, nous utiliserons la technique suivante : recueillir les premières gouttes dans un premier

tube à essais, recueillir le liquide qui se condense ensuite dans un

deuxième tube à essais, recueillir le liquide q~i se condense dans un

troisième tube à essais. Pour suivre l'expérience nous utiliserons auss~

(38)

4) Réalisons la distillation du v~n.

a) Matériel (par groupe d'élèves)

.. 3

- un erlenmeyer de 250 cm

- un thermomètre (allant · jusqu'à 150°C). - un bécher de 50 cm3

- un tube à"dégagement

- un cristallisoir ou capsule

- ponce pour régulariser l'ébullition

- un chronomètre (ou montre avec trotteuse) - 150 cm3 de vin

4 tubes à essais numérotés 0, 1, 2, 3

b) Laisser les élèves faire le schéma de l'appareil (faire bien préciser qu'on dessine les appar e i.l.s en coupe, faire indiquer le nom des produits et de la verrerie utilisés ..• )

c) Imaginons le déroulement de l'expérience. (on pourra faire une discussion avec toute la classe). On vient d'allumer le ga z , que se passe -t-il immédiatement? (le liquide s'échauffe, la température repérée par le thermomètre s'élève). Quand est-ce qu'on pourra dire que le li -quide bout ? (quand de grosses bulles na~ssant au coeur du liquide viennent crever à la surface). Verra-t-on quelque chose au-dessus vin)

(les élèveè confondent ~ouvent buée et vapeur, les réponses à cette question sont divergentes, il faudra dire aux élèves de bien regarder tout à

l'heure). Quand les premières gouttes apparaîtront-elles dans le bécher ? avant, en même temps, un peu après, beaucoup après l'Ébullition? Doit-on tout recueillir dans le bécher ? (bien faire repréciser qu'il faut vider lebécher dès qu'on a recueilli quelques cm3 de liquide condensé).

Pour verser le contenu du bécher nous avons préparé qua tre tubes a essais numérotés 0, 1, 2, 3, que doit-on me t tr e dans le tube 0 ? (les élèves trouvent facilement qu'il faut mettr e un échantillon de vin

initial. Que doit-on me t t r e dans les tubes 1, 2, 3 ? (dans le tube 1,

(39)

milieu de la distillation, dans le tube 3 le liquide condensé vers la fin de la distillation).

Nous allons suivre l'expérience de distillation comme nous avons suivi les expériences de solidification (ou fusion) c'est-à-dire en notant tout ce qu'on observe en fonction du temps.

d) Réalisons l'expérience et faisons-en le compte-rendu.

TelllPS

o

température Observations

début de chauffage (noter ici l'apparition des premières gouttes, le changement de bécher•• . )

Obtention de liquide incolo-re. (s'arrêter avant la fin car il peut y avoir décomposition du vin restant).

On obtient ainsi un ensemble du couples (temps, température), construisons le g~aphe dans un diagramme cartésien. Quand les élèves ont relevé l'ensemble de leurs couples, faire joindre les points obtenus pour tracer une courbe continue.

e) graphe et discussion collective.

Le graphe ne présente aucun palier L'alcool co~~ence à partir vers 80°C, en respirant le tube 1 on constate qu'il sent plus l'alcool que le tube a,qu'il n'est pas coloré, que le liquide est volatil, peut flamber. On peut utiliser un pése-alcool. Est-ce de l'alcool pur? (test avec sulfate de cuivre anhydre).Le tube 3 (pris lo~que la tempér ature était VOlSlne de 100°) est-il de l'eau

(40)

pure? (non: il sent encore l'alcool). Est ce que la distillation ainsi réalisée sépare totalement l'alcool de l'eau? (non, l'alcool contient de l'eau, l'eau de l'alcool, dire que l'alcool absolu est obtenu avec une technique plus compliquée).

v.

Généralisation.

Citer diverses distillations (pétrole ... ). Dire éventuellement deux mots sur ~a succession de distillation -condensation qui se passent dans une colonne à distiller plus complexe.

(41)

VI 1

FICHE - ENQUETE: 6ême thème CHROMATOGRAPHIE

1 - Est-ilfacl1e d'êcrfre

a

l'encre sur du papier journal ?

Que se passe-t-i1 ?

2 ~ 'Il y a longtemps,pour sêcher une ·page d'êcriture

a

l'encre on la saupoudrait. Expl1quez. Qu'utl11se-t-on maintenant?

3 - Vous venez de renverser par

terte

un liquide qui est trêsdangereux pour les mains. Que proposez-vous pour1eralriasser ?

4 - Certains bacs

a

fleurs ayant une rêserve d'eau permettent de maintenir la terre hunide. Essayez de connaftre leur principe.

5 - Démontez un vieux stylo-feutre. Expliquez son fonctionnement.

6 - Chercher dans le dict1.onnaire la signification de chromatique, chromogêne, etc ••• Qui y-a-t-i1 de COlllllU'1

a

tous ces mots?

(42)

VI 2 FICHE ELEVE : 6ème theme

CHROMATOGRAPHIE

1 - Séparation d'un mélange de poudre hétérogène

1- Essayons la méthode utilisée pour le mélange sel-sable. Quelles difficultés rencontre-t-on ?

2- Décrivez l'aspect du filtre après filtration de la solution obtenue à partir de la poudre. Faites un dessin.

3- Quel est le rôle de l'eau

4- Quelle est la couleur du produit le plus facilement entraîné? 5- Décrivez la chromatographie améliorée.

tographie ? 6- Quels sont les avantages ou désavantages de la

(43)

VI 3 II - Séparation du "jus" d'herbe ou d'épinards.

1- Comment obtient-on le "jus" ?

2- En utilisant un morceau de craie comment peut-on<montrer que le "jus" est un mélange dissous dans de l'alcool?

3 - Décrivez la chromatographie sur papier filtre et dessinez le dispositif utilisé

III - Mots nouveaux avec leurs définitions

(44)

1 - zone teintée en rcuge 2 zone teintée en Jaune 3 - zone de papier humide 4 - zone de papier sec

VI 4

FICHE-PROFESSEUR : 6ème thème CHROMATOGRAPHIE

l - Séparation du mélange de permanganate de potassium ~t du bichromate de potassium.

1)- Matériel cristaux

- un mélange de/Mn04k et de Cr207K2 (à peu près 50% en masse) du papier filtre

entonnoir et support soucoupe

craie bécher

2) Premier essai de séparation

-Si l'un des composés est insoluble dans 11 e a u

la séparation sera facile. Essayons. Qu'observe-t-on ? (tout le mélange semble se dissoudre. mais la co-loration étant intense, peut-être marque-t-e11e des particules restant en suspension. Il faut amener les élèves à proposer que pour être certain que

tout siest dissouti1 faut filtrer la solution. Clest en effet par la filtra-tion que nous allons introduire la chromatographie).

3) Réalisons la filtration

-Chaque élève filtre la solution et constate que le filtre nia retenu aucun résidus solide (la poudre initiale était donc entièrement soluble dans l'eau), mais il constate aussi que le filtre se teinte en rouge et en jaune sur les bords.

4) Observons le filtre et imaginons un procédé d~ sépar.ation. Quand on observe le filtre, on observe a.n. fait quatr-e zones

~

~"\

(D \

\@

CD

On constate que l'eau à tendance à gagner de proche en proche dans le fil t r e . Quel est le rôle de l'eau? (l'eau entraîne avec elle les produits rouge et jaune). Quel est le produit le plus facil ement entraîné (le produit jaune qui est le bichromate). Quels autres supports pourrait-on utili-ser ? (il faut que le support soit p9reux, par exemple un bâton de craie doit convenir). Essayer l'expérience avec de la craie . ~.

Nous venons de réal i ser des chromatographi es. craie-. . _J~ne

. melange

4) Améliorons l'expérience - nous venons de VOH' que c'est l'eau qui en-traîne plus facilement l'un des constltuants. Pour améliorer la séparation il faut réaliser un "courant d'eau" dans le support poreux. Par exemple de la façon suivante:

- découper une bande de papier filtre A B

- dépose

r s

ur ce

p

ap ier quelques gouttes de s

olution

à

séparer

à

un

cen-timètre environ de Apa r~emp1e.

(45)

VI

5

- ensuite tendre la bande AB verticalement, l'extrémité A plongeant légè-rement dans de l'eau

ouge figure de détail

o

papier tache eau b'cher

Remarque : en ~ait certains ~apiers transforment le bichromate en une tache marron.

Observons le comportement de la tache. Peut-on réaliser une séparation totale?

pince.

5) guantité ~rodu i t séparé ~

Insistons sur le fait qu'on sépare ainsi de petites quantités de produit. Ainsi la solution comprenait 3g de mélange pour 100 cm3, on a déposé 1 goutte (avec une mi cropi pètte soi t 1· cm3) ;

HfO Calculer la masse séparée.

(Cette remarque sera exploitée dans le thème suivant). II - Spparation du "jus" d'herbe ou d'épinards.

1) Obtention du "jus"

-Dans un mortier mettre quelques feuilles d'épinards découpées

préala-blement en petits morceaux (ciseaux). Broyer, en ajoutant du sable. Ajouter ensui

-te de l'alcool (2 â 3 cm3) et continuer éventuellement à broyer jusqu'à obten-tion d'une soluobten-tion verte la plus concentrée possible (vert foncé). laisser décanter. l'alcool est ici le solvant (on peut aussi utiliser l'acétbne).

2) Chromatographie sur craie

-la solution verte en plus de l'alcool contenait-elle un, deux ou plusieurs corps dissous? (au moins deux: l'un vert, l'autre jaune-marron).

'Iune marroll

3) Chromatographie sur papier

-On peut proposer au lieu de la technique 1,4, la technique suivante - découper un carré de papier filtre (dont le côté est supérieur au diamètre d'une soucoupe).

(46)

VI · 6

-ensuite couper de Al aBl, de A2 a B2, et plus la bande ainsi obtenue autour de B1 .B2' . .

quelques goutte

de"jus'd'épinard . ·- .

0

.

.AZ .

-. Dêp6serquelques gouttes de jus d'épinards au vcts.inaqade Bl B2 .

. . ... Dans quel1iquide doit-on cette fois-ci plonger la bande? (dans de l1 a l c Q o

l .pour réal fser un "courantd· al coolIl ) •

(47)

QUESTIONNAIRE- ELEVE (après 6ème thème)

1 - Quelles sont les propriétés caractéristiques d'une espèce chimique?

2 - Décrivez une expérience (avec schéma), à votre choix.

3 - Remplir le tableau suivant en mettant une croix dans le ou les colonnes correspondant à la définition.

Noms Vin eau de mer fer alcool à 90° : permanganate :de potassium . huile granit lait

Espèce chimique Mélange

(48)

4 - Est-ce que les méthodes suivantes permettent de séparer des mélanges (rayer l·un des mots oui ou non)

2 -décantation dilution ébullition dis t i 11 at ion filtration dissolution congélation neutralisation chromatographie OUI OUI OUI OUI OUI OUI OU I OUI OUI NON NON NON NON NON NON NON NON NON

5 - Est-ce que vous pouvez indiquer comment travaille un chimiste pour étudier et résoudre un problème scientifique?

(49)

VII 1

FICHE-ENQUETE : 7ème thème LA DISPERSION DE LA MATIERE

1) Réalisez chez vous 11expérience suivante:

- remplir d'eau une cuvette, ou le bas d'un évier

- ajouter à cette eau quelques gouttes de détergent (liquide pour vaisselle, shampoing, teepol ... ). Agiter très modéré-ment pour éviter l'apparition de mousse.

- attendre que l'eau soit bien au repos

- laisser tomber sur la nappe d'eau une goutte de pétrole (ou d1essence ou de fuel ... )

(50)

VII 2 FICHE-ELEVE : 7ème thème

LA DISPERSION DE LA MATIERE A Diffusion de colorants dans l'eau

-Dans la dernière leçon nous avons vu que l'on pouvait séparer de très petites quantités d'un mélange.

Est-ce que la matière peut être divisée indéfiniment?

Que se passe-t-il quand on met un colorant dans l'eau - dans l'eau froide?

- dans l'eau chaude?

Combien de fois peut-on diluer à moitié tout en observant

encore la couleur?

B - Mesure des dimensions de la matière

-1 - Décrivez l'expérience de la tache de teepol qui s'étale à la surface

de l 'ea~ {schéma - pourquoi faut-il mettre du talc? L'étalement se fait-il rapidement ?)

2 - Résultats :

- Comment a-t- on détermi né le volume d'une goutte de teepol ? Donner le résultat:

- Quel volume de teepol liquide, pur, y a -t-il dans votre tache? Expliquez le calcul.

(51)

VII 3

- Quel ~urfac. de li tache? Est-ce pr~cis ?

- Quelle est l'épaisseur moyenne de la tache de teepo1 ?

Quelle unité de lo"vueur peut-on uti1istr pour donner une mesure simple?

- Que pouvez-vous conclure quant aux d1m.ns;ons des particules cons-tituant le teepo1 11quide ?

3- Décrivez une deuxième façon de faire cette expérience de la tache de teepo1.

- Dans la méthode prtctdente on connaissait le volume de teepo1 liquide et on mesurait la surface de la tache, dans cette deuxième expérience on ....

(continuez la phrase)

- Indiquez vos résultats

- la surface de la boucle est

- le volume de teepo1 dans la tache est

- l'épaisseur de la tache est

Mots nouveaux

(52)

VII 4

FICHE-PROFESSEUR : 7ême thème

, 1

LA DISPERSION DE LA MATIERE f

JW

wvvth<.Mli. Note sur la ficheenquête-élêv8 : les quelques gouttes de détergent en diminuant la tension superficielle favorisent l'étalement des taches de pétrole.

1 Introduction

-Nous avons vu qye la chromatographie permettait de séparer de très petites quantités de matière. Est-ce que n'importe quelle quantité de matière d'une ezpêce chimique donnée. si petite soit-elle, peut être dis-persée en partie~, tout en gardant ses propriétés 'caractêrist1ques ? Les expériences sui~~ntes vont nous aider à trouver la réponse

a

cette question.

II - Dispersion du violet de m6thyle

--remplir deux flacons l'un d'eau à température ambiante

l'autre d'eau chaude. Noter les températures. lioe -attendre quelques minutes dt façon 1 obtenir de l'eau \u repos" -laisser tomber sur la surface libre une ~etitt pinc~e de violet de

méthyle

-observer ce qui se passe dans çhaque flacon. Eventuellement mesurer le temps nécessaire pour obtenir \olne solution homogêne (cette expérienc~

permettra dans le thème 8, d'introduire que l'agitation thermique augmente avec 11 temp~rlture).

2) 1ère partie de l'expérience

1) Matériel: - du violet de méthyle en poudre cristalline fine - ieux cols droits de 500 cm3

- éventuellement un thermomètre - une spatule

3) 2ème partie de l'expérience:

- soit Co la concentration de la solution homogêne obtenuè après un certain temps (on pourra donner un ordr§ de grandeur de Co :

Co

=!

V

=

0,5 1 m~ 10- 9 Co

s

2.10-3 g/l) v

- On vide la moitié du contenu du flacon dans llévier, on complète avec de l'eau. On obtient après cette première dilution, une solution de concentration Co

2

_

On refaira cette opération jusqu'a disparition de la coloration violette (notons que c'est la propriété caractéristique couleur qui nous permet de

d~tecter la présence de la substance chimique).

- on fait ainsi jusqu'a 10 dilutions, la pincée de poudre initiale siest donc dispersée dans un volume considérable, donnant des solutions très diluées : solution initiale: 1ère solution: 2e dilution: 3e dilution: : ne dilution

Co 2 Co _ Co 4 -

22

Co Co -"'~ 8 23 • -0••

(53)

VII 5

- D'après vous pourquoi à partir d'un certain moment la couleur

disparaTt, est-ce qu'il n'y a plus de violet de méthyle dans le flacon? Si ROUS avions des yeux très très sensibles pourrait-on continuer

indé-finiment l 'expéruence ?

III - Etalement d'une tache de teepol

a

la surface de l'eau -1) Matériel :

- la densité du teepol est 1,05 on pour~ad;~e aux él~ves qu'un cm3 de teepol a pour masse 1 peu près 19.

On préparera des solutions à

rio =

10-2g/cm 3 et à

rioo=

1O-3g/cm3

au diaMètre

,

;;~~lJi

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...:' .:.:. 2) 1ère technique a- manipulation - du talc

- un cristallisoir de grand diamètre

- une balance ou une burette graduée en cm3 - une plaque de verre de dimensions supérieures

du ~ristallisoir .

du papier millimétré et un stylo feutre - une micropipette.

laver et surtout rincer très minutieusement le cristallisoir - le remplir d'eau. Laisser reposer

- saupoudrer de talc (s'arranger pour qu'il n'y ait pas une couche uniforme de talc, mais de petits grains indépenda~ts)

- Faire tomber une goutte de solution de teepol à 1 g/cm

à l'aide de la micropipette. !rra

- on obtient une tache observable facilement car elle repousse les grains de talc.

- placer sur le cristallisoir une plaque de verre, et dessiner en vraie grandeur, a l'aide dlun st yl o feutre, la forme de la tache.

- placer ensuite la plaque de verre 5 rr une feui ll e de papier

millimétré et mesurer sa surface S.

- avec la même micropipette, déterminer le nombre n de gouttes nécessaires pour obtenir un gramme de solution de teepol si on utilise une balance, ou un crnJ de solution de teepol si on utilise une burette graduée en cm3.

b- Calcul de l'épaisseur de la tache

- chaque goutte a pour volume 1 cm3 , c'est-à-dire qu'elle apporte

1 2

-n

x 10- g de teepol (remarquons que l'ean apportée par la goutte se mélange

avec l'eau du cristal1isoir).

- comme nous convenons que 1 cm3de teepol a pour masse 19, il s' ensui t que le volume de la "tache"est

V

=

!

10-2cm3 .

(54)

VII 6 L'épaisseur moyenne de la "tache" est e = V = la -2

'S"

ns

cm

(on trouve que c'est del 'ordre de 100

l

en posant Â= 10-10m) 3) 2ème technique (A.faire éventuellement)

a- manipulation

- faire une boule avec un fil de coton, fin. - graisser lé fil ave~ de l~ graisse silicone - rempl i rd' eau un cri sta 11 i soi r très propre - poser le fil sur l'eau, il doit s'y maintenir

- faire tomber à 1'i~térieur de la boucle, des gouttes deteepol (solution 10-3g/cm ). Soitple nombre de gouttes nécessaires

pour tendre le fil en une circonférence parfaite. b- calcul de l'épaisseur de la tache

da's cette expérience on a imposé la surface de la tache S

=

~ R2

(R rayon du cercle)

. - on cal culer a la masse de teepol (pur) apportée par les p gouttes ,

on en déduira le volume V de la tache, puisl 'épaisseur e.

Remarques:

On peut utillser à la p1ace duteepol d'autres substances (ex de l'acide stéarique en solution dans l'éther à la -3 g/cmg)

ex. de l'acide oléique (huile d'olive) dans l'alcool.

Pour fabriquer une micropipette, chauffer jusqu'à ramolissement un tube de verre ordinaire dans la flamme d'un bec bunsen, et étirer à l'extérieur de la flal1ll1e. Ensuite la casser en deux. On obtient deux micropipettes. iorder la grande ouverture.

(55)

VII I l

FICHE - ENQUETE - 8ème thème

CONSTITUTION UE LA MATIERE

1 - Citez des gaz

2 - Dans la dernière leçon nous avons étudié la dispersion d'un solide au sein d'un liquide et l'étalement d'un liquide sur un autre liquide. Est-ce qu'un gaz se disperse dans un autre gaz? Donnez des exemples en précisant la propriété l~ractéristique que vous avez prise pour suivre la dispersion.

3 - Réalisez l'expérience suivante

- Fermez les portes et les fenètres de façon à éviter tout courant d'air qui fausserait l'expérience, Faites verser par une personne de votre entourage quelques gouttes d'eau de cologne dans une soucoupe placée assez loin de vous.

(on peut aussi vaporiser un parfum avec un vaporisateur ou une bombe). Mesurez le temps t nécessaire pour que l'odeur vous parvienne.

Calculez ainsi la vitesse moyenne v ~ .i (d : distance qui vous séparait de la source d'odeur, en mètres; et t le temps, en secondes; v est ainsi me-surée en mis)

.

-

-

--

.

_

_

.~_.

_

_

...--._._----

.-0- --- ---

Je

source vous d'odeur

(56)

VIII 2

FICHE-ELEVE : 8ème thème

CONSTITUTION DE LA MATIERE 1 - Etude des gaz :

1) - Notez ici le nom de gaz 'ci t és :

2)- Peut-on transformer un gaz en'liquide?

3) -' Les gaz peuvent-ils passer à travers un filtre? Décrire

une expéri~nce.

4) Les gaz sont-ils pesants? Décrire l'expérience.

Les remarques précédentes nous montrent que les gaz sont de la matière dispersée. II - Comment est constituée la matière?

1) - La matière est-elle continue ou discontinue?

2) - Dimensions des particules de matière.

3) - Description de l'appareil utilisé pour montrer les propriétés de la matière. Faire un schéma.

(57)

VIII 3

III - Explication des exper1ences déjà vues

1) - Pourquoi la matière parait-elle. continue ?

2) - A quoi est due la pression exercée par un gaz?

3) Expliquez la dissolution et la dispersion dans un liquide ou dans\

un gaz.

4) Expli quez la filtration

IV - Définition du corps pur.

(58)

-VIII 4

FICHE-PROFESSEUR : Bème thème

, CONSTITUTION DE LA MATIERE

',

:-1) Etude, des gaz

Par quelques questions on va essayer de dégager quelques notions sur

la constituation des gaz. ,

- Quand on chauffe de l'eau, elle sè transforme en vapeur d'eau, qu~'est-ce

que la vapeur d'eau? (un gaz ... )

- Connaissez-vous d'autres gaz? Par quelles propriétés les caractérisez~vous ?

- Si on refroidit la vapeur d'.a~. elle se retransforme en eau liq~ide, "

est-ce le cas pour tous les gaz ?

- Est-ce que les expériences de dispersion gazeuse marchent très bien? Citez des exemples.

- Est-ce qu'un gaz passe

a

travers un filtre?

On pO,urri faire l'expérience suivante

4::=~::;;t-- ,.pier filtre retenu Il.r un .,••t1qu~

œ::=:=__

---acétat6 d'amyle

On fait sentir le filtre aux ê11ves

- Pourquoi ne voit-on pas la vapeur d'eau ~t l'air qui nous entoure?

- Est-ce que les gaz sont pesants ?

On peut citer qu'une bouteille de butane plei~ e a une masse supérieure

a

une bouteille vide. Faire remarquer que 1. butane liquide s'est transformé

en gaz.

On peut aussi mesurer la perte de masse sub~ ~ ~a r un cachet effervescent

quand on le met dans l'eau.

Prenons une certaine masse de gaz, par exemple ~ve c une seringue. Est~ce

que le volume de cet te masse de gaz peut varier de façon impor t ant e ? (il

peut être réduit s; on le comprime, inversement le ,olume de ga1. peut devenir

aussi grand que lion veut: il suffit d'augmenter le vel ume du recipient qui

le contient).

En résumé: bien dégager qu'un gaz est de la matlère (il a une masse) très

disper sée (et qui peut d'ailleurs se disperser autant qu'on ,l e veut).

II) IIL'hypot hèse" de la discontinuité de la matière

-Soit une goutte d'eau, imaginons qu'en modifiant notre taille on puisse entrer dans cette goutte d'eau, nos yeux voyant alors des détails de l'ordre

de l'angstroëm.D'après vous cosmenta l ors l'eau nous apparaitrait-elle ?

Comme un milieu uniforme ou continu, ou comme un milieu discontinu formé de

(59)

VIII 5

petits grains ou particules (un peu comme un tas de sable).

Pour interpréter les propriétés de la matière les chimistes ont admis l'hypothèse de la discontinuité de la matière, c'est à dire que celle-ci est formée de particules. Au fur et à mesure que les techniques

d'inves-tigation de l'infiniment petit se perfectiennent cette hypothèse se con-firmeAt expérimentalement.

On montre que ces particules sont en perpétuelle agitation pour les gaz et les liquides, parfois uniquement en vibration dans les solides.

III) Explication des diverses expériences déjà vues

-Nous allons compte-tenu de l'hypothèse de1a discontinuité de la matière, revenir sur quelques expériences.

- Quel est l'ordre de grandeur des particules? (repenser à l'expêri"ence de la tache de teepo1, tout ce qu'on peut affirmer c' est que les particules de teepo1 ont des dimensions inférieures à l'épaisseur e de la tache, soit quelques centaines d'angstoëms.

- Pourquoi les fluides (liquide ou gaz)passent-ils 1 ttayers un filtre. Que peut-on dire quant aux orifices du filtre?

- Pourquoi les solides solubles se dispersent dans un ljquide, pourquoi un gaz se disperse,dans un autre gaz? (les parti cules dans leur mouvement d'agitation, de choc en choc, gagnent tout l'espace qui leur est offert. / Remarquons bien que dans la fiche enquête (question 3) les élèves ont mesure une vitesse moyenne de propagation d'odeur, il faut leur signaler que les par-ticules de parfum n'ont pas du tout un trajet rectiligne mais en zig-zag

très complexe).

- Pour .favor i ser la dispersi.n du violet de méthyle nous avons utilisé de l'eau chaude, que peut-on en dêduire quant à l'agitation des particules

(elle augmente avec la température).

-Pourquoi un ballon de caoutchouc se tend-il (ql 2st i on n04 de la fiche enquête).

Le professeur pourra se servi rd'un appareil ' agi tation de bill es pour modéliser l'agitation des particules d'un gaz, pt Ir montr-er que les chocs des

billes sur un pi st on mobile repoussent ce piston ~ 'ot i on de pressi on) . Avec cet appareil on pourra nont rar l'effet

de

la tempé ature (i 1 Sl1H it d'agi ter plys vi vement). (voir fi che séparée adaptée à " appareil 1ivr é). Di sons que

le professeur devra insister sur le fait que c'est un modèle qu'on propose

1 l'élève.'

-IV - Définition du "corps purll

-Nous avions jusqu'a présent parl~r d'espèce chimique que nous car act ér i -sions par un faisceau de propriétés caractéristiques. Une purification parfaite

conduirait au "corps pur" : ensemb1e,de particules identiques en agitation. A partir de maintenant nous parlerons plutôt de corps purs.

V- Réaction chimi que

-Une réaction chimique entraîne une modification de la nature des particules, donc une modification des propriétés caractéristiquès. On détectera la réaction

(60)

IX

1

FICHE-ELEVE 9ème thème

QUE SE PASSE-t-il QUAND ON CHAUFFE UN CORPS PUR?

1 - Qu'est-ce qu'une réaction chimique?

II - Quels conseils pratiques généraux faut-il suivre, quand on chauffe une substance

III - Compte-rendu de vos experlences. Faites des schémas clairs, notez tout ce que vous observez, vos mesures éventuelles ...

1- On chauffe du sucre

2- On chauffe du cuivre

3- On chauffe de l' iode

4- On chauffe de l'oxyde de mercure

(61)

IX

2

6- On chauffe du b4chromate d'ammonium

7- On chauffe du métaldéhyde

IV -

Remplir le tableau suivant après la discussion collective faite avec votre professeur Expériences Sucre Cuivre iode oxyde de mercure lIaphtaléne bichromate dlalTlTlonium

Clest une réaction chimique?

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