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Chimie 12e anneacutee
Programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre
Chimie 12e anneacutee
Programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre
2017Eacuteducation et Formation Manitoba
Donneacutees de catalogage avant publication ndash Eacuteducation et Formation Manitoba
Chimie 12e anneacutee programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre
Comprend des reacutefeacuterences bibliographiques ISBN 978-0-7711-7614-7 (PDF) 1 Chimie ndash Eacutetude et enseignement (Secondaire) ndash Programmes drsquoeacutetudes ndash ManitobaI Manitoba Eacuteducation et Formation Manitoba540 712
Tous droits reacuteserveacutes copy 2017 le gouvernement du Manitoba repreacutesenteacute par le ministre de lrsquoEacuteducation et de la Formation
Eacuteducation et Formation ManitobaBureau de lrsquoeacuteducation franccedilaiseWinnipeg (Manitoba) Canada
Tous les efforts ont eacuteteacute faits pour mentionner les sources aux lecteurs et pour respecter la Loi sur le droit drsquoauteur Dans le cas ougrave il se serait produit des erreurs ou des omissions priegravere drsquoen aviser Eacuteducation et Formation Manitoba pour qursquoelles soient rectifieacutees dans une eacutedition future Nous remercions sincegraverement les auteurs les artistes et les eacutediteurs de nous avoir autoriseacutes agrave adapter ou agrave reproduire leurs originaux
Les illustrations ou photographies dans ce document sont proteacutegeacutees par la Loi sur le droit drsquoauteur et ne doivent pas ecirctre extraites ou reproduites pour aucune raison autre que pour les intentions peacutedagogiques expliciteacutees dans ce document
Les sites Web mentionneacutes dans ce document pourraient faire lrsquoobjet de changement sans preacuteavis Les enseignants devraient veacuterifier et eacutevaluer les sites Web et les ressources en ligne avant de les recommander aux eacutelegraveves
Dans le preacutesent document les mots de genre masculin appliqueacutes aux personnes deacutesignent les femmes et les hommes
Vous pouvez commander des exemplaires imprimeacutes de ce document du Centre de ressources drsquoapprentissage du Manitoba agrave lrsquoadresse wwwmtbbmbca Numeacutero drsquoarticle 97860ISBN 978-0-7711-7613-5 (version imprimeacutee)
La version eacutelectronique de ce document est afficheacutee sur le site Web du ministegravere de lrsquoEacuteducation et de la Formation du Manitoba au wwwedugovmbcam12frpubpedsnchimie_12eindexhtml Veuillez noter que le Ministegravere pourrait apporter des changements agrave la version en ligne
Eacuteducation et Formation Manitoba aimerait exprimer ses remerciements au Conseil des ministres de lrsquoEacuteducation (Canada) et agrave tous les participants agrave lrsquoeacutelaboration du Cadre commun de reacutesultats drsquoapprentissage en sciences de la nature M agrave 12 (1997) dont se sont inspireacutes les Cadres et les Documents de mise en œuvre manitobains en sciences de la nature
Eacuteducation et Formation Manitoba remercie eacutegalement les personnes suivantes qui ont contribueacute agrave lrsquoeacutelaboration et agrave la reacutevision du programme drsquoeacutetudes en chimie 12e anneacutee y compris ce Document de mise en œuvre
EacuteLABORATION ET REacuteVISION DU DOCUMENT DE MISE EN ŒUVRE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE
Madeleine Asselin Enseignante Collegravege Louis-Riel Division scolaire franco-manitobaine
George D Bush Enseignant Winnipeg (Manitoba)
Daniegravele Dubois-Jacques Conseillegravere peacutedagogique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise en sciences de la nature Eacuteducation et Formation Manitoba
Carole Freynet-Gagneacute Traductrice Winnipeg (Manitoba) (pigiste)
Georges Kirouac Enseignant Collegravege reacutegional Gabrielle-Roy Division scolaire franco-manitobaine
Elizabeth Kozoriz Enseignante Daniel McIntyre Collegiate Division scolaire Winnipeg
Gilbert Michaud Directeur du projet Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise Eacuteducation et Formation Manitoba
EacuteLABORATION DES REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE
Madeleine Asselin Enseignante Collegravege Louis-Riel Division scolaire franco-manitobaine
George D Bush Enseignant Winnipeg (Manitoba)
Kelly Choy Enseignant Minnedosa Collegiate Division scolaire Rolling River
REMERCIEMENTS Chimie12e anneacutee
Kris Coulter Enseignant St Johnrsquos High School Division scolaire Winnipeg
Daniegravele Dubois-Jacques Conseillegravere peacutedagogique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise en sciences de la nature Eacuteducation et Formation Manitoba
Claude Garand Professeur Faculteacute drsquoeacuteducation Universiteacute de Winnipeg
Leona Groot Enseignante Gimli High School Division scolaire Evergreen
Jennifer Kirk Enseignante Balmoral Hall School Winnipeg (Manitoba)
Kent Lewarne Enseignant Pilot Mound School Division scolaire Prairie Spirit
Brian Lewthwaite Professeur Faculteacute drsquoeacuteducation Universiteacute du Manitoba
John Murray Conseiller peacutedagogique Division des programmes scolaires(jusqursquoagrave septembre 2015) en sciences de la nature Eacuteducation et Enseignement supeacuterieur Manitoba
Angela Russenholt Enseignante J H Bruns Collegiate Division scolaire Louis-Riel
Rick Wiebe Enseignant John Taylor Collegiate Division scolaire St James-Assiniboia
EacuteQUIPE TEChNIQUE POUR LE DOCUMENT DE MISE EN ŒUVRE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE
Annette Risi Opeacuteratrice en eacuteditique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise Eacuteducation et Formation Manitoba
Ceacuteline Ponsin Conceptrice graphique Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise et eacuteditique Eacuteducation et Formation Manitoba
Un merci particulier au personnel de la Direction des ressources eacuteducatives franccedilaises (DREF) qui a aideacute agrave la compilation des listes de ressources eacuteducatives pour chacun des regroupements theacutematiques
REMERCIEMENTSChimie12e anneacutee
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE 001
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AqUEUSE 101
LA STRUCTURE ATOMIqUE 201
LA CINEacuteTIqUE 301
LrsquoEacuteqUILIBRE CHIMIqUE 401
LES ACIDES ET LES BASES 501
LrsquoEacuteLECTROCHIMIE 601
BIBLIOGRAPHIE 701
page i
TABLE DES MATIEgraveRES Chimie12e anneacutee
B
INTRODUCTIONGEacuteNEacuteRALE
page 001
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
page 003
1 INTRODUCTION
historique
Chimie 12e anneacutee programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre preacutesente des reacutesultats drsquoapprentissage des strateacutegies drsquoenseignement des strateacutegies drsquoeacutevaluation et des ressources pour le cours de Chimie 12e anneacutee Les reacutesultats drsquoapprentissage sont les mecircmes pour les programmes franccedilais anglais et drsquoimmersion franccedilaise et deacutecoulent drsquoun partenariat entre la Division des Programmes scolaires et la Division du Bureau de lrsquoeacuteducation franccedilaise drsquoEacuteducation et Enseignement supeacuterieur Manitoba
Les reacutesultats drsquoapprentissage pour le cours de Chimie 12e anneacutee srsquoinspirent de ceux du Cadre commun de reacutesultats drsquoapprentissage en sciences de la nature M agrave 12 (Conseil des ministres de lrsquoEacuteducation [Canada] 1997) et de ceux deacuteveloppeacutes pour le programme drsquoeacutetudes transitoire du Manitoba (1999) Le cadre commun couramment appeleacute le laquo Cadre pancanadien en sciences de la nature raquo est issu drsquoun projet deacutecoulant du Protocole pancanadien pour la collaboration en matiegravere de programmes scolaires (1995) et a eacuteteacute eacutelaboreacute par des eacuteducateurs du Manitoba de la Saskatchewan de lrsquoAlberta de la Colombie-Britannique des Territoires du Nord-Ouest du Territoire du Yukon de lrsquoOntario et des provinces de lrsquoAtlantique
Vision pour une culture scientifique
Lrsquointerdeacutependance mondiale lrsquoeacutevolution rapide de la technologie et des sciences la neacutecessiteacute drsquoavoir un environnement une eacuteconomie et une socieacuteteacute durables et le rocircle de plus en plus grand des sciences et de la technologie dans la vie de tous les jours renforcent lrsquoimportance drsquoune culture scientifique Les personnes qui deacutetiennent une culture scientifique peuvent plus efficacement interpreacuteter lrsquoinformation reacutesoudre des problegravemes prendre des deacutecisions eacuteclaireacutees srsquoadapter au changement et geacuteneacuterer de nouvelles connaissances Lrsquoenseignement des sciences constitue un eacuteleacutement cleacute dans le deacuteveloppement drsquoune culture scientifique et la preacuteparation drsquoun avenir solide pour la jeunesse canadienne
Chimie 12e anneacutee programme drsquoeacutetudes document de mise en œuvre tout comme le laquo Cadre pancanadien en sciences de la nature raquo vient appuyer et promouvoir la vision drsquoune culture scientifique
Le [Cadre pancanadien en sciences de la nature] srsquoinspire de la vision que tout eacutelegraveve du Canada quels que soient son sexe et son origine culturelle aura la possibiliteacute de deacutevelopper une culture scientifique Constitueacutee drsquoun ensemble eacutevolutif drsquoattitudes drsquohabileteacutes et de connaissances en sciences cette culture permet agrave lrsquoeacutelegraveve de deacutevelopper ses aptitudes lieacutees agrave la recherche scientifique de reacutesoudre des problegravemes de prendre des deacutecisions drsquoavoir le goucirct drsquoapprendre sa vie durant et de maintenir un sens drsquoeacutemerveillement du monde qui lrsquoentoure
laquo On entend par reacutesul-tats drsquoapprentissage une description concise des connaissances des habile-teacutes [et des attitudes] que les eacutelegraveves sont censeacutes acqueacuterir pendant un cours ou une anneacutee drsquoeacutetudes ou dans une matiegravere donneacutee raquo (Les bases de lrsquoexcellence 1995)
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
page 004
Diverses expeacuteriences drsquoapprentissage inspireacutees de [ce Cadre pancanadien en sciences de la nature] fourniront agrave lrsquoeacutelegraveve de multiples occasions drsquoexplorer drsquoanalyser drsquoeacutevaluer de syntheacutetiser drsquoappreacutecier et de comprendre les interactions entre les sciences la technologie la socieacuteteacute et lrsquoenvironnement lesquelles auront des conseacutequences sur sa vie personnelle sa carriegravere et son avenir (Conseil des ministres de lrsquoEacuteducation [Canada] 1997)
Buts pancanadiens de la formation scientifique
Afin de promouvoir la culture scientifique les buts suivants ont eacuteteacute deacutefinis dans le Cadre pancanadien en sciences de la nature pour lrsquoenseignement des sciences au Canada Les programmes drsquoeacutetudes en sciences de la nature du Manitoba srsquoen inspirent
Lrsquoenseignement des sciences
bull encouragera lrsquoeacutelegraveve agrave deacutevelopper un sentiment drsquoeacutemerveillement et de curiositeacute accompagneacute drsquoun sens critique agrave lrsquoeacutegard de lrsquoactiviteacute scientifique et technologique
bull amegravenera lrsquoeacutelegraveve agrave se servir des sciences et de la technologie pour construire de nouvelles connaissances et reacutesoudre des problegravemes lui permettant drsquoameacuteliorer sa qualiteacute de vie et celle des autres
bull preacuteparera lrsquoeacutelegraveve agrave aborder de faccedilon critique des enjeux drsquoordre social eacuteconomique eacutethique ou environnemental lieacutes aux sciences
bull donnera agrave lrsquoeacutelegraveve une compeacutetence solide en sciences lui offrant la possibiliteacute de poursuivre des eacutetudes supeacuterieures de se preacuteparer agrave une carriegravere lieacutee aux sciences et drsquoentreprendre des loisirs agrave caractegravere scientifique convenant agrave ses inteacuterecircts et aptitudes
bull deacuteveloppera chez lrsquoeacutelegraveve dont les aptitudes et les inteacuterecircts varient une sensibilisation agrave une vaste gamme de meacutetiers lieacutes aux sciences agrave la technologie et agrave lrsquoenvironnement
Convictions au sujet de lrsquoapprentissage de lrsquoenseignement et de lrsquoeacutevaluation des sciences
Afin de promouvoir une culture scientifique parmi les citoyens de lrsquoavenir il est crucial de reconnaicirctre comment lrsquoeacutelegraveve apprend comment les sciences peuvent ecirctre enseigneacutees agrave leur meilleur et comment lrsquoapprentissage peut ecirctre eacutevalueacute Lrsquoeacutelegraveve est actif et curieux et ses inteacuterecircts ses habileteacutes et ses besoins sont uniques Agrave son entreacutee agrave lrsquoeacutecole il possegravede deacutejagrave un riche bagage de connaissances drsquoexpeacuteriences personnelles et culturelles qui sous-tendent un eacuteventail drsquoattitudes et de convictions au sujet des sciences et de la vie
Lrsquoeacutelegraveve apprend mieux lorsque son eacutetude des sciences est enracineacutee dans des activiteacutes concregravetes lorsqursquoelle srsquoinscrit dans une situation ou un contexte particulier et lorsqursquoelle est mise en application dans la vie de tous les jours Les ideacutees et la compreacutehension de lrsquoeacutelegraveve devraient ecirctre progressivement eacutetendues et reconstruites au fur et agrave mesure que lrsquoeacutelegraveve accroicirct ses expeacuteriences et ses habileteacutes agrave conceptualiser Lrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve exige la formation de liens entre ses nouvelles connaissances et ses connaissances anteacuterieures ainsi que lrsquoajout de nouveaux contextes et de nouvelles expeacuteriences agrave ses compreacutehensions actuelles
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
page 005
2 LES PRINCIPES DE BASE MANITOBAINS DE LA CULTURE SCIENTIFIQUE
La culture scientifique de lrsquoeacutelegraveve passe par des expeacuteriences drsquoapprentissage qui integravegrent les aspects essentiels des sciences et de ses applications Ces aspects essentiels constituent les principes de base de la culture scientifique Tireacutes du Cadre pancanadien en sciences de la nature ces principes de base ont eacuteteacute adapteacutes afin de mieux reacutepondre aux besoins des eacutelegraveves manitobains Les programmes drsquoeacutetudes en sciences sont construits agrave partir des cinq principes de base manitobains de la culture scientifique
A Nature des sciences et de la technologieB Sciences technologie socieacuteteacute et environnement (STSE)C Habileteacutes et attitudes scientifiques et technologiquesD Connaissances scientifiques essentiellesE Concepts unificateurs
Une description de chaque principe de base manitobain ainsi que des reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux qui srsquoy rapportent se trouvent dans les pages qui suivent
Fig 1 ndash Principes de base manitobains de la culture scientifique
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Les sciences et la technologie constituent une sphegravere drsquoactiviteacutes humaines et sociales unique ayant une longue histoire tisseacutee par de nombreux hommes et femmes issus de socieacuteteacutes diverses Les sciences constituent une faccedilon de connaicirctre lrsquoUnivers et de reacutepondre agrave des questions sur les pheacutenomegravenes qui nous entourent Cette interrogation repose sur la curiositeacute la creacuteativiteacute lrsquoimagination lrsquointuition lrsquoexploration lrsquoobservation la capaciteacute de reproduire des expeacuteriences lrsquointerpreacutetation des donneacutees et les deacutebats qui en deacutecoulent Lrsquoactiviteacute scientifique comprend la preacutediction lrsquointerpreacutetation et lrsquoexplication de pheacutenomegravenes naturels et de conception humaine Bon nombre de personnes expertes en histoire en sociologie et en philosophie des sciences affirment qursquoil y a plus drsquoune meacutethode permettant de mener une eacutetude scientifique Elles croient que les sciences reposent sur un ensemble de theacuteories de connaissances drsquoobservations drsquoexpeacuteriences drsquointuitions et de processus ancreacutes dans le monde physique
Les connaissances et les theacuteories scientifiques sont constamment mises agrave lrsquoeacutepreuve modifieacutees et perfectionneacutees au fur et agrave mesure que de nouvelles connaissances et theacuteories les preacutecisent Agrave travers lrsquohistoire plusieurs intervenants drsquoorigines et de formations diverses ont deacutebattu chaque nouvelle observation et hypothegravese remettant ainsi en question des connaissances scientifiques jusqursquoalors accepteacutees
Ce deacutebat scientifique se poursuit encore aujourdrsquohui selon un jeu tregraves eacutelaboreacute de discussions theacuteoriques drsquoexpeacuteriences de pressions sociales culturelles eacuteconomiques et politiques drsquoopinions personnelles et de besoins de reconnaissance et drsquoacceptation par des pairs Lrsquoeacutelegraveve se rendra compte que bien qursquoil puisse y avoir des changements majeurs dans notre compreacutehension du monde lors de deacutecouvertes scientifiques reacutevolutionnaires une grande partie de cette compreacutehension est plutocirct le fruit de lrsquoaccumulation constante et progressive de connaissances
La technologie se preacuteoccupe principalement de proposer des solutions agrave des problegravemes souleveacutes lorsque les humains cherchent agrave srsquoadapter agrave lrsquoenvironnement Il faut bien saisir que la technologie comprend beaucoup plus que les connaissances et les habileteacutes lieacutees aux ordinateurs et agrave leurs applications La technologie est agrave la fois une forme de savoir qui exploite les concepts et les habileteacutes des autres disciplines y compris les sciences Mais crsquoest aussi lrsquoapplication de ces connaissances pour satisfaire un besoin ou pour reacutesoudre un problegraveme agrave lrsquoaide de mateacuteriaux drsquoeacutenergie et drsquooutils de toutes sortes
laquo La production du savoir scientifique est une entreprise essentiellement collective il nrsquoy a pas de science idiosyncrasique Les modegraveles et les solutions proposeacutes sont soumis agrave lrsquoeacutevaluation des pairs qui en appreacutecient la pertinence logique et expeacuterimentale par rapport au savoir eacutetabli raquo (M Larochelle et J Deacutesautels 1992)
laquo On peut consideacuterer la technologie comme un outil ou une machine un proceacutedeacute un systegraveme un environnement une eacutepisteacutemologie une eacutethique lrsquoapplication systeacutematique de connaissances de mateacuteriel drsquooutils et drsquoaptitudes pour eacutetendre les capaciteacutes humaines raquo (Ministegravere de lrsquoEacuteducation et de la Formation professionnelle Manitoba 1998a)
A ndash La nature des sciences et de la technologie
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
page 007
La technologie a des reacutepercussions sur les proceacutedeacutes et les systegravemes sur la socieacuteteacute et sur la faccedilon dont les gens pensent perccediloivent et deacutefinissent leur monde
Le cours de Chimie 12e anneacutee souligne agrave la fois les distinctions et les relations entre les sciences et la technologie La figure 2 illustre comment les sciences et la technologie diffegraverent dans leur but leur proceacutedeacute et leurs produits bien qursquoen mecircme temps elles interagissent entre elles
Fig 2 ndash Les sciences et la technologie leur nature et leurs interactions
Tireacute de Science and Technology Education for the Elementary Years Frameworks for Curriculum and Instruction par Bybee Rodger W copyThe Network Inc (adaptation autoriseacutee)
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
page 008
Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce premier principe de base
Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Nature des sciences et de la technologie
Une fois sa formation scientifique au primaire agrave lrsquointermeacutediaire et au secondaire compleacuteteacutee lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
A1 reconnaicirctre agrave la fois les capaciteacutes et les limites des sciences comme moyen de reacutepondre agrave des questions sur notre monde et drsquoexpliquer des pheacutenomegravenes naturels
A2 reconnaicirctre que les connaissances scientifiques se fondent sur des donneacutees des modegraveles et des explications et eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et de nouvelles conceptualisations
A3 distinguer de faccedilon critique les sciences de la technologie en fonction de leurs contextes de leurs buts de leurs meacutethodes de leurs produits et de leurs valeurs
A4 identifier et appreacutecier les contributions qursquoont apporteacutees des femmes et des hommes issus de diverses socieacuteteacutes et cultures agrave la compreacutehension de notre monde et agrave la reacutealisation drsquoinnovations technologiques
A5 reconnaicirctre que les sciences et la technologie interagissent et progressent mutuellement
Une compreacutehension des interactions STSE est essentielle agrave la culture scientifique En fait en eacutetudiant le contexte historique lrsquoeacutelegraveve en vient agrave appreacutecier comment les traditions culturelles et intellectuelles ont influenceacute les questions et les meacutethodologies scientifiques et comment en retour les sciences et la technologie ont influenceacute le domaine plus large des ideacutees
De nos jours la majoriteacute des scientifiques travaillent dans le secteur priveacute Leurs projets sont plus souvent pousseacutes par des besoins socieacutetaux et environnementaux que par la recherche pure Pourtant plusieurs solutions technologiques ont donneacute lieu agrave des problegravemes sociaux et environnementaux Lrsquoeacutelegraveve en tant que citoyen de lrsquoavenir doit reconnaicirctre le potentiel que repreacutesente la culture scientifique pour habiliter les personnes les communauteacutes et la socieacuteteacute deacutemocratique dans son ensemble agrave prendre des deacutecisions
Les connaissances scientifiques sont neacutecessaires mais elles ne suffisent pas par elles-mecircmes agrave faire comprendre les interactions entre les sciences la technologie la socieacuteteacute et lrsquoenvironnement
laquo Il nrsquoexiste pas de plus grande contribution ou drsquoeacuteleacutement plus essentiel pour les strateacutegies environnementales agrave long terme pour un deacuteveloppement durable respectueux de lrsquoenvironnement [hellip] que lrsquoeacuteducation des geacuteneacuterations suivantes en matiegravere drsquoenvironnement raquo (UNESCO 1988)
B ndash Sciences technologie socieacuteteacute et environnement (STSE)
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
page 009
Pour saisir ces interactions il est essentiel que lrsquoeacutelegraveve comprenne les valeurs lieacutees aux sciences agrave la technologie agrave la socieacuteteacute et agrave lrsquoenvironnement
Pour parvenir agrave cette culture scientifique lrsquoeacutelegraveve doit reconnaicirctre lrsquoimportance du deacuteveloppement durable Le deacuteveloppement durable est un modegravele de prise de deacutecisions qui considegravere les besoins des geacuteneacuterations preacutesentes et futures et qui tient compte agrave la fois de lrsquoenvironnement de la santeacute et du bien-ecirctre humains et de lrsquoactiviteacute eacuteconomique Il vise un eacutequilibre harmonieux entre ces trois sphegraveres
bull Santeacute et bien-ecirctre durable des humains cela signifie que les gens coexistent dans lrsquoharmonie au sein de leur communauteacute locale nationale et mondiale et avec la nature Une socieacuteteacute viable est une socieacuteteacute qui est saine sur les plans physique psychologique spirituel et social et qui accorde une importance primordiale au bien-ecirctre des particuliers des familles et des collectiviteacutes
bull Environnement durable il srsquoagit drsquoun environnement ougrave les processus essentiels au maintien de la vie et les ressources naturelles de la Terre sont preacuteserveacutes et reacutegeacuteneacutereacutes
bull Eacuteconomie durable crsquoest une eacuteconomie qui permet un accegraves eacutequitable aux ressources et qui offre des deacuteboucheacutes agrave tous Elle se caracteacuterise par des deacutecisions des politiques et des pratiques de deacuteveloppement qui respectent les reacutealiteacutes et les diffeacuterences culturelles et qui meacutenagent les ressources de la planegravete Une eacuteconomie durable se remarque agrave la mise en œuvre de deacutecisions de politiques et de pratiques de faccedilon agrave limiter au maximum leurs effets sur les ressources et agrave maximiser la reacutegeacuteneacuteration de lrsquoenvironnement naturel
Les deacutecisions ou changements se rapportant agrave lrsquoun ou lrsquoautre de ces trois eacuteleacutements ndash santeacute et bien-ecirctre des humains environnement et eacuteconomie ndash ont de grandes reacutepercussions sur les deux autres et donc sur notre qualiteacute de vie La prise de deacutecisions doit tenir compte des trois eacuteleacutements de faccedilon agrave assurer une qualiteacute de vie eacutequitable raisonnable et durable pour tous
Fig 3 ndash Le deacuteveloppement durable
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
page 010
Nous encourageons les enseignants agrave consulter Lrsquoeacuteducation pour un avenir viable (Eacuteducation Formation professionnelle et Jeunesse Manitoba 2001) Ce document preacutesente des faccedilons drsquoincorporer des preacuteceptes principes et pratiques favorisant un environnement drsquoapprentissage menant les eacutelegraveves vers un avenir engageacute agrave lrsquoeacutegard de la viabiliteacute de la planegravete
Le deacuteveloppement durable va de pair avec les principes de responsabiliteacute sociale et drsquoeacutequiteacute Williams (1994) estime que le concept drsquoeacutequiteacute est essentiel agrave la reacutealisation de la durabiliteacute Cela sous-entend lrsquoeacutequiteacute entre les nations au sein des nations entre les humains et les autres espegraveces ainsi qursquoentre les geacuteneacuterations actuelles et agrave venir
Le deacuteveloppement durable est eacutegalement un processus de prise de deacutecisions une faccedilon de penser une philosophie et une eacutethique La notion de compromis est une ideacutee importante qui sous-tend la prise de deacutecisions dans le contexte du deacuteveloppement durable Pour atteindre lrsquoeacutequilibre neacutecessaire entre la santeacute et le bien-ecirctre humains lrsquoenvironnement et lrsquoeacuteconomie il faudra recourir agrave certains compromis
Au fur et agrave mesure que lrsquoeacutelegraveve avance dans sa scolariteacute il reconnaicirct et cerne diverses interactions STSE et applique ses habileteacutes de prise de deacutecisions dans des contextes de plus en plus exigeants tels qursquoillustreacutes ci-apregraves
bull La complexiteacute de la compreacutehension ndash passer drsquoideacutees concregravetes et simples agrave des concepts abstraits passer drsquoune connaissance limiteacutee des sciences agrave une connaissance plus profonde et plus large des sciences et du monde
bull Les applications en contexte ndash passer de contextes locaux et personnels agrave des contextes socieacutetaux et planeacutetaires
bull La consideacuteration de variables et de perspectives ndash passer drsquoune ou de deux variables ou perspectives simples agrave un grand nombre drsquoentre elles agrave complexiteacute croissante
bull Lejugementcritique ndash passer de jugements simples sur le vrai ou le faux de quelque chose agrave des eacutevaluations complexes
bull La prise de deacutecisions ndash passer de deacutecisions prises agrave partir de connaissances limiteacutees et avec lrsquoaide drsquoun enseignant agrave des deacutecisions baseacutees sur des recherches approfondies comportant un jugement personnel et prises de faccedilon indeacutependante
laquo Il est essentiel que le public se familiarise avec le concept du deacuteveloppement durable et ses pratiques dans le but de les comprendre Si nous voulons changer notre style de vie nous devons former les geacuteneacuterations preacutesentes et futures et les munir des connaissances neacutecessaires pour assurer la mise en application du deacuteveloppement durable raquo (Sustainability Manitoba 1994) [traduction libre]
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
page 011
Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce deuxiegraveme principe de base
Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Sciences technologie socieacuteteacute et environnement (STSE)
Une fois sa formation scientifique au primaire agrave lrsquointermeacutediaire et au secondaire compleacuteteacutee lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
B1 deacutecrire des innovations scientifiques et technologiques drsquohier et drsquoaujourdrsquohui et reconnaicirctre leur importance pour les personnes les socieacuteteacutes et lrsquoenvironnement agrave lrsquoeacutechelle locale et mondiale
B2 reconnaicirctre que les poursuites scientifiques et technologiques ont eacuteteacute et continuent drsquoecirctre influenceacutees par les besoins des humains et le contexte social de lrsquoeacutepoque
B3 identifier des facteurs qui influent sur la santeacute et expliquer des liens qui existent entre les habitudes personnelles les choix de style de vie et la santeacute humaine aux niveaux personnel et social
B4 deacutemontrer une connaissance et un inteacuterecirct personnel pour une gamme drsquoenjeux de passe-temps et de meacutetiers lieacutes aux sciences et agrave la technologie
B5 identifier et deacutemontrer des actions qui favorisent la durabiliteacute de lrsquoenvironnement de la socieacuteteacute et de lrsquoeacuteconomie agrave lrsquoeacutechelle locale et mondiale
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
page 012
Une culture scientifique qui deacutecoule drsquoune formation scientifique doit amener lrsquoeacutelegraveve agrave reacutepondre agrave des questions dans le cadre drsquoune eacutetude scientifique agrave reacutesoudre des problegravemes technologiques et agrave prendre des deacutecisions On se reacutefegravere agrave ces processus comme eacutetant lrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et la prise de deacutecisions (voir la fig 4) Bien que les habileteacutes et les attitudes comprises dans ces processus ne soient pas lrsquoapanage exclusif des sciences elles jouent un rocircle important dans lrsquoeacutevolution drsquoune compreacutehension des sciences et dans lrsquoapplication des sciences et de la technologie agrave des situations nouvelles
Fig 4 ndash Les processus de la formation scientifique
Adaptation autoriseacutee par le Ministre de lrsquoApprentissage de la province de lrsquoAlberta (Canada) 2001
C ndash Habileteacutes et attitudes scientifiques et technologiques
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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bull Eacutetude scientifiqueLrsquoeacutetude scientifique est une faccedilon de comprendre un peu plus lrsquoUnivers Cette eacutetude exige la recherche drsquoexplications de pheacutenomegravenes Il nrsquoexiste pas agrave proprement parler une seule meacutethode scientifique ni une seule seacutequence drsquoeacutetapes agrave suivre pour reacutealiser une eacutetude scientifique Crsquoest plutocirct une approche systeacutematique et critique qui caracteacuterise lrsquoensemble du travail scientifique Lrsquoeacutelegraveve doit apprendre les habileteacutes fondamentales agrave lrsquoeacutetude scientifique telles que le questionnement lrsquoobservation lrsquoinfeacuterence la preacutediction la mesure lrsquohypothegravese la classification la conception drsquoexpeacuteriences la collecte lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation de donneacutees Lrsquoeacutelegraveve doit eacutegalement deacutevelopper des attitudes telles que la curiositeacute le scepticisme et la creacuteativiteacute Ces habileteacutes et attitudes sont souvent repreacutesenteacutees comme un cycle qui comporte une phase de questionnement la geacuteneacuteration drsquoexplications possibles et la collecte de donneacutees dans le but de deacuteterminer lrsquoexplication la plus utile et la plus preacutecise pour comprendre le pheacutenomegravene agrave lrsquoeacutetude En regravegle geacuteneacuterale de nouvelles questions peuvent surgir pour relancer le cycle
bull Reacutesolution de problegravemes technologiquesLa reacutesolution de problegravemes technologiques amegravene lrsquoeacutelegraveve agrave chercher des solutions aux problegravemes qui se preacutesentent lorsque les humains cherchent agrave srsquoadapter agrave lrsquoenvironnement De la maternelle agrave la 8e anneacutee les eacutelegraveves ont deacuteveloppeacute les habileteacutes et les attitudes neacutecessaires agrave la reacutesolution de problegravemes par lrsquoentremise drsquoun cycle appeleacute le processus de design Le processus de design comprend diverses eacutetapes telles que la conception la fabrication la mise agrave lrsquoessai et lrsquoeacutevaluation drsquoun dispositif drsquoun appareil drsquoun systegraveme ou drsquoun proceacutedeacute dans le but drsquoobtenir une solution optimale agrave un problegraveme donneacute Dans les anneacutees secondaires les habileteacutes lieacutees agrave la reacutesolution de problegravemes technologiques sont incorporeacutees dans le processus de prise de deacutecisions
bull Enjeux STSE et prise de deacutecisionsLrsquoeacutelegraveve personnellement et en tant que citoyen du monde doit ecirctre en mesure de prendre des deacutecisions Le processus de prise de deacutecisions est un moyen drsquoanalyser des questions et de faire un choix parmi diffeacuterentes mesures Les questions sont souvent complexes et ne donnent pas lieu agrave une reacuteponse unique Elles peuvent aussi susciter de la controverse lorsqursquoelles portent sur des valeurs individuelles et collectives Pour prendre une deacutecision informeacutee lrsquoeacutelegraveve doit maicirctriser les concepts scientifiques lieacutes agrave la question et aussi ecirctre sensibiliseacutes aux valeurs agrave lrsquoorigine drsquoune deacutecision Le processus de prise de deacutecisions comprend une seacuterie drsquoeacutetapes dont bull cerner et clarifier la questionbull connaicirctre les diffeacuterents points de vue et les personnes concerneacutees par la questionbull eacutevaluer drsquoun regard critique lrsquoinformation disponiblebull deacuteterminer les options possibles ou les positions adopteacutees sur le sujet bull eacutevaluer les reacutepercussions lieacutees aux options possibles ou aux positions adopteacutees sur le sujetbull ecirctre sensibiliseacute aux valeurs pouvant orienter une deacutecisionbull prendre une deacutecision reacutefleacutechie et fournir des justificationsbull donner suite agrave une deacutecisionbull reacutefleacutechir sur le processus
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Tout au long de sa formation en sciences lrsquoeacutelegraveve devrait prendre une part active dans des situations de prise de deacutecisions Celles-ci ne sont pas seulement importantes par elles-mecircmes mais elles fournissent eacutegalement un contexte pertinent pour lrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et lrsquoeacutetude des interactions STSE (voir la fig 5)
Fig 5 ndash Eacutetapes du processus de prise de deacutecisions lieacutees aux enjeux STSE
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bull AttitudesLrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et la prise de deacutecisions deacutependent toutes des attitudes Ces attitudes ne srsquoacquiegraverent pas de la mecircme faccedilon que le sont les habileteacutes et les connaissances Elles sont mises en eacutevidence par des manifestations non solliciteacutees au fil du temps Le deacuteveloppement des attitudes est un processus permanent auquel participent le foyer lrsquoeacutecole la communauteacute et la socieacuteteacute en geacuteneacuteral Le deacuteveloppement drsquoattitudes positives joue un rocircle important dans lrsquoeacutepanouissement de lrsquoeacutelegraveve
Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce troisiegraveme principe de base
Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Habileteacutes et attitudes scientifiques et technologiques
Une fois sa formation scientifique au primaire agrave lrsquointermeacutediaire et au secondaire compleacuteteacutee lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C1 reconnaicirctre les symboles et les pratiques lieacutes agrave la seacutecuriteacute lors drsquoactiviteacutes scientifiques et technologiques ou dans sa vie de tous les jours et utiliser ces connaissances dans des situations approprieacutees
C2 deacutemontrer des habileteacutes approprieacutees lorsqursquoelle ou il entreprend une eacutetude scientifique
C3 deacutemontrer des habileteacutes approprieacutees lorsqursquoelle ou il srsquoengage dans la reacutesolution de problegravemes technologiques
C4 deacutemontrer des habileteacutes de prise de deacutecisions et de penseacutee critique lorsqursquoelle ou il adopte un plan drsquoaction fondeacute sur de lrsquoinformation scientifique et technologique
C5 deacutemontrer de la curiositeacute du scepticisme de la creacuteativiteacute de lrsquoouverture drsquoesprit de lrsquoexactitude de la preacutecision de lrsquohonnecircteteacute et de la persistance et appreacutecier lrsquoimportance de ces qualiteacutes en tant qursquoeacutetats drsquoesprit scientifiques et technologiques
C6 utiliser des habileteacutes de communication efficaces et des technologies de lrsquoinformation afin de recueillir et de partager des ideacutees et des donneacutees scientifiques et technologiques
C7 travailler en collaboration et valoriser les ideacutees et les contributions drsquoautrui lors de ses activiteacutes scientifiques et technologiques
C8 eacutevaluer drsquoune perspective scientifique les ideacutees et les renseignements rencontreacutes au cours de ses eacutetudes et dans la vie de tous les jours
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Le contenu notionnel des sciences comprend notamment des theacuteories des modegraveles des concepts des principes et des faits essentiels agrave la compreacutehension des sciences de la vie des sciences physiques et des sciences de la Terre et de lrsquoespace
bull Les sciences de la vie se preacuteoccupent de la croissance et des interactions des ecirctres vivants dans leur environnement de faccedilon agrave refleacuteter leur caractegravere unique leur diversiteacute leur continuiteacute geacuteneacutetique et leur nature changeante Les sciences de la vie comprennent lrsquoeacutetude des organismes (dont les humains) des eacutecosystegravemes de la biodiversiteacute de la cellule de la biochimie et de la biotechnologie
bull Les sciences physiques qui englobent la chimie et la physique se preacuteoccupent de la matiegravere de lrsquoeacutenergie et des forces La matiegravere a une structure et des interactions multiples existent entre ses composantes Lrsquoeacutenergie relie la matiegravere aux forces gravitationnelle eacutelectromagneacutetique et nucleacuteaire de lrsquoUnivers Les sciences physiques traitent des lois de la conservation de la masse et de lrsquoeacutenergie de la quantiteacute de mouvement et de la charge
bull Les sciences de la Terre et de lrsquoespace fournissent agrave lrsquoeacutelegraveve des perspectives mondiales et universelles sur ses connaissances La Terre a une forme une structure et des reacutegulariteacutes de changement tout comme le systegraveme solaire qui lrsquoentoure et lrsquoUnivers physique au-delagrave de celui-ci Les sciences de la Terre et de lrsquoespace comprennent des domaines drsquoeacutetudes comme la peacutedologie la geacuteologie la meacuteteacuteorologie lrsquohydrologie et lrsquoastronomie
Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce quatriegraveme principe de base
Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Connaissances scientifiques essentielles
Une fois sa formation scientifique au primaire agrave lrsquointermeacutediaire et au secondaire compleacuteteacutee lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
D1 comprendre les structures et les fonctions vitales qui sont essentielles et qui se rapportent agrave une grande varieacuteteacute drsquoorganismes dont les humains
D2 comprendre diverses composantes biotiques et abiotiques ainsi que leurs interactions et leur interdeacutependance au sein drsquoeacutecosystegravemes y compris la biosphegravere en entier
D3 comprendre les proprieacuteteacutes et les structures de la matiegravere ainsi que diverses manifestations et applications communes des actions et des interactions de la matiegravere
D4 comprendre comment la stabiliteacute le mouvement les forces ainsi que les transferts et les transformations drsquoeacutenergie jouent un rocircle dans un grand nombre de contextes naturels et fabriqueacutes
D ndash Connaissances scientifiques essentielles
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D5 comprendre la composition de lrsquoatmosphegravere de lrsquohydrosphegravere et de la lithosphegravere ainsi que des processus preacutesents agrave lrsquointeacuterieur de chacune drsquoelles et entre elles
D6 comprendre la composition de lrsquoUnivers et les interactions en son sein ainsi que lrsquoimpact des efforts continus de lrsquohumaniteacute pour comprendre et explorer lrsquoUnivers
Les concepts unificateurs permettent drsquoeacutetablir des liens agrave lrsquointeacuterieur des disciplines scientifiques et entre elles Ce sont des ideacutees cleacutes qui sous-tendent et relient entre elles toutes les connaissances scientifiques De plus les concepts unificateurs srsquoeacutetendent dans des disciplines telles que les matheacutematiques et les sciences humaines En conseacutequence les concepts unificateurs aident lrsquoeacutelegraveve agrave se construire une compreacutehension plus globale des sciences et de leur rocircle dans la socieacuteteacute Les quatre concepts unificateurs qui suivent ont servi agrave lrsquoeacutelaboration du preacutesent document
bull Similariteacute et diversiteacute Les concepts de similariteacute et de diversiteacute fournissent des outils permettant drsquoorganiser nos
expeacuteriences avec le monde En commenccedilant par des expeacuteriences non structureacutees lrsquoeacutelegraveve apprend agrave reconnaicirctre divers attributs drsquoobjets de substances de mateacuteriaux drsquoorganismes et drsquoeacuteveacutenements ce qui lui permet de faire des distinctions utiles entre ces attributs et parmi eux Au fur et agrave mesure que srsquoeacutelargissent ses connaissances elle ou il apprend agrave se servir de proceacutedures et de protocoles couramment accepteacutes pour deacutecrire et classifier les substances les organismes et les eacuteveacutenements qursquoil rencontre ce qui lrsquoaide agrave mieux partager ses ideacutees avec autrui et agrave reacutefleacutechir sur ses expeacuteriences
bull Systegravemes et interactions Concevoir le tout en fonction de ses parties et inversement comprendre les parties en
fonction du tout sont deux aspects importants de la compreacutehension et de lrsquointerpreacutetation du monde Un systegraveme est un ensemble drsquoeacuteleacutements qui interagissent les uns avec les autres lrsquoeffet global de ces interactions est souvent plus grand que celui des parties individuelles du systegraveme et cela mecircme quand on additionne simplement lrsquoeffet de chacune des parties Lrsquoeacutelegraveve a lrsquooccasion drsquoeacutetudier agrave la fois les systegravemes naturels et technologiques
bull Changementconstanceeteacutequilibre Les concepts de constance et de changement sous-tendent la plupart des connaissances sur
le monde naturel et fabriqueacute Gracircce agrave lrsquoobservation lrsquoeacutelegraveve apprend que certains attributs drsquoobjets de substances de mateacuteriaux drsquoorganismes et de systegravemes demeurent constants au fil du temps tandis que drsquoautres changent Au cours de ses eacutetudes scientifiques lrsquoeacutelegraveve apprend agrave comprendre le deacuteroulement de divers processus ainsi que les conditions neacutecessaires au changement agrave la constance et agrave lrsquoeacutequilibre
E ndash Concepts unificateurs
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bull Eacutenergie La notion drsquoeacutenergie est un outil conceptuel qui rassemble plusieurs connaissances lieacutees
aux pheacutenomegravenes naturels aux objets aux substances aux mateacuteriaux et aux processus de changement Lrsquoeacutenergie ndash qursquoelle soit transmise ou transformeacutee ndash permet agrave la fois le mouvement et le changement Lrsquoeacutelegraveve apprend agrave deacutecrire lrsquoeacutenergie par ses effets et ses manifestations et agrave acqueacuterir au fil du temps un concept de lrsquoeacutenergie comme eacuteleacutement inheacuterent des interactions des substances des fonctions vitales et du fonctionnement des systegravemes
Les reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) suivants deacutefinissent les attentes lieacutees agrave ce cinquiegraveme principe de base
Reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux ndash Concepts unificateurs
Une fois sa formation scientifique au primaire agrave lrsquointermeacutediaire et au secondaire compleacuteteacutee lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
E1 deacutecrire et appreacutecier les similariteacutes et les diffeacuterences parmi les formes les fonctions et les reacutegulariteacutes du monde naturel et fabriqueacute
E2 deacutemontrer et appreacutecier comment le monde naturel et fabriqueacute est composeacute de systegravemes et comment des interactions ont lieu au sein de ces systegravemes et entre eux
E3 reconnaicirctre que des caracteacuteristiques propres aux mateacuteriaux et aux systegravemes peuvent demeurer constantes ou changer avec le temps et deacutecrire les conditions et les processus en cause
E4 reconnaicirctre que lrsquoeacutenergie transmise ou transformeacutee permet agrave la fois le mouvement et le changement et est intrinsegraveque aux mateacuteriaux et agrave leurs interactions
3 LrsquoAPPRENTISSAGE EN SCIENCES DE LA NATURE
Des principes deacutecoulant de la psychologie cognitiveLrsquoapprentissage des sciences srsquoinscrit dans lrsquoeacutevolution personnelle de lrsquoeacutelegraveve qui doit se responsabiliser graduellement par rapport agrave la construction de ses savoirs scientifiques et agrave leur utilisation dans des contextes de plus en plus varieacutes et complexes Tout apprentissage est un cheminement dans lequel lrsquoeacutelegraveve eacutelargit progressivement son champ drsquoautonomie Les recherches dans le domaine de la psychologie cognitive ont permis de deacutegager des principes drsquoapprentissage qui permettent de porter un regard nouveau sur les actes peacutedagogiques les plus susceptibles de favoriser lrsquoacquisition lrsquointeacutegration et la reacuteutilisation des connaissances
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bull Lrsquoapprentissage est plus efficace et plus durable lorsque lrsquoeacutelegraveve est actif dans la construction de son savoir lrsquoacquisition de connaissances ou lrsquointeacuteriorisation de lrsquoinformation est un processus personnel et progressif qui exige une activiteacute mentale continue
bull Lrsquoapprentissage est plus efficace lorsque lrsquoeacutelegraveve reacuteussit agrave eacutetablir des liens entre les nouvelles connaissances et les connaissances anteacuterieures
bull Lrsquoorganisation des connaissances en reacuteseaux favorise chez lrsquoeacutelegraveve lrsquointeacutegration et la reacuteutilisation fonctionnelle des connaissances plus les connaissances sont organiseacutees sous forme de scheacutemas ou de reacuteseaux plus il est facile pour lrsquoeacutelegraveve de les retenir et de les reacutecupeacuterer de sa meacutemoire
bull Lrsquoacquisition des strateacutegies cognitives (qui portent sur le traitement de lrsquoinformation) et meacutetacognitives (qui se caracteacuterisent par une reacuteflexion sur lrsquoacte cognitif lui-mecircme ou sur le processus drsquoapprentissage) permet agrave lrsquoeacutelegraveve de reacutealiser le plus efficacement possible ses projets de communication et plus globalement son projet drsquoapprentissage
bull La motivation scolaire repose sur les perceptions qursquoa lrsquoeacutelegraveve de ses habileteacutes de ses capaciteacutes drsquoapprentissage de la valeur et des difficulteacutes de la tacircche et enfin de ses chances de reacuteussite La motivation scolaire deacutetermine le niveau de son engagement le degreacute de sa participation et la perseacuteveacuterance qursquoelle ou il apportera agrave la tacircche
Drsquoautres consideacuterations lieacutees agrave lrsquoapprentissageLrsquoapprentissage est plus efficace lorsque le caractegravere unique de lrsquoeacutelegraveve est pris en compte Pour cette raison diffeacuterentes situations drsquoapprentissage doivent ecirctre offertes aux eacutelegraveves afin de respecter leurs diffeacuterences cognitives sociales culturelles ainsi que leur rythme drsquoapprentissage Lrsquoapprentissage est plus efficace aussi lorsque les activiteacutes proposeacutees en classe sont signifiantes pertinentes inteacuteressantes reacutealisables axeacutees sur des expeacuteriences concregravetes drsquoapprentissage et lieacutees agrave des situations de la vie de tous les jours Enfin lrsquoapprentissage est plus efficace lorsque les eacutelegraveves se sentent accepteacutes par lrsquoenseignant et par leurs camarades de classe Plus le climat drsquoapprentissage est seacutecurisant plus les eacutelegraveves sont en mesure de prendre des risques et de poser des questions qui megravenent agrave une meilleure compreacutehension
Lrsquoeacutelegraveve de la 12e anneacutee et le milieu drsquoapprentissage des sciencesLa compreacutehension qursquoont les enseignants des qualiteacutes uniques de chaque eacutelegraveve et de leurs faccedilons drsquoapprendre va les aider agrave prendre des deacutecisions concernant les ressources et documents peacutedagogiques ainsi que les meacutethodes drsquoeacutevaluation et drsquoenseignement Notre compreacutehension de lrsquoapprentissage est en eacutevolution constante Le perfectionnement professionnel continu est important pour les enseignants eacutetant donneacute qursquoils cherchent agrave mettre agrave jour leur connaissance du processus de lrsquoapprentissage
laquo Pour apprendre quelque chose aux gens il faut meacutelanger ce qursquoils connaissent avec ce qursquoils ignorent raquo (Pablo Picasso)
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Les eacutelegraveves que les enseignants rencontrent aujourdrsquohui sont diffeacuterents agrave de nombreux eacutegards des eacutelegraveves des geacuteneacuterations preacuteceacutedentes Les eacutelegraveves sont plus susceptibles de vivre dans une famille monoparentale ou dans une famille reconstitueacutee Un plus grand nombre occupent un emploi agrave temps partiel Les eacutelegraveves sont plus avanceacutes dans leurs connaissances et leur utilisation de la technologie de lrsquoinformation et une grande partie de leur compreacutehension du monde vient des meacutedias sociaux Les classes sont de plus en plus varieacutees sur le plan ethnique Les relations familiales les expeacuteriences de culture geacuteneacuterale et de la vie la personnaliteacute les inteacuterecircts les meacutethodes drsquoapprentissage le statut socio-eacuteconomique et le rythme du deacuteveloppement influent tous sur la capaciteacute qursquoa un eacutelegraveve drsquoapprendre
Caracteacuteristiques des apprenants de la 12e anneacuteeLrsquoobtention de diplocircme est un rite de passage important Pour les eacutelegraveves la derniegravere anneacutee drsquoeacutetudes au secondaire peut ecirctre laquo le meilleur et le pire des temps raquo La plupart des eacutelegraveves de la 12e anneacutee ont tisseacute des liens eacutetroits avec leurs camarades et se sentent bien au sein de lrsquoeacutecole Un bon nombre drsquoeacutelegraveves ont connu drsquoimportants deacuteveloppements en 10e et 11e anneacutees et se sentent plus confiants plus agrave lrsquoaise et manifestent un nouvel engagement agrave atteindre leurs objectifs personnels dans leurs eacutetudes au secondaire La 12e anneacutee peut ecirctre une peacuteriode excitante pour renforcer des liens drsquoamitieacute planifier lrsquoavenir et tirer profit drsquoune perspective plus large et plus reacutealiste
Les eacutelegraveves de 12e anneacutee peuvent avoir de la difficulteacute agrave bien geacuterer les contraintes de leur passage au monde adulte Pour certains eacutelegraveves lrsquoobtention de diplocircme repreacutesente le moment ougrave ils doivent quitter non seulement leur communauteacute scolaire et un groupe drsquoamis mais aussi leur maison et dans certaines circonstances leur quartier ou leur ville Les eacutelegraveves qui nrsquoont pas eacutetabli des plans preacutecis pour lrsquoavenir sont sous une eacutenorme pression agrave prendre des deacutecisions Certains eacutelegraveves deacutecouvrent que leurs champs drsquointeacuterecirct et leurs plans sont en contradiction avec les aspirations que leur famille a pour eux Agrave mesure que lrsquoanneacutee avance certains eacutelegraveves deacuteveloppent une meilleure ideacutee de leur identiteacute et de ce qursquoils vont faire Cette confiance se reflegravete dans leurs travaux Les eacutelegraveves qui ne sont pas en mesure de bien geacuterer leur anxieacuteteacute relativement agrave cette transition pourraient mal travailler parce qursquoils sont reacuteticents agrave quitter le reacuteseau de soutien qursquooffre leur communauteacute scolaire
Un bon nombre drsquoeacutelegraveves de 12e anneacutee se preacuteoccupent des prioriteacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la classe des relations des emplois des plans de fins drsquoanneacutee des plans drsquoeacutetudes futures des voyages ou des carriegraveres Certains eacutelegraveves perdent leur motivation agrave eacutetudier des mois avant la fin de lrsquoanneacutee scolaire Plusieurs eacutelegraveves deacuteveloppent un sentiment drsquoidentiteacute drsquoadulte dans le cadre de leur emploi et peuvent consideacuterer le monde agrave lrsquoexteacuterieur de la classe comme eacutetant le laquo monde reacuteel raquo Les enseignants doivent ecirctre flexibles lorsque les eacutelegraveves occupent un emploi mais ils doivent eacutegalement faire valoir les prioriteacutes et la valeur agrave long terme de lrsquoeacuteducation
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Creacuteer un environnement drsquoapprentissage stimulantUne classe de sciences vivante eacutemerge drsquoun environnement physique stimulant et invitant et y est refleacuteteacute Bien que les ressources et les reacutealiteacutes physiques des salles de classe varient une salle de classe de sciences bien eacutequipeacutee offre ou contient un eacuteventail de ressources qui aident agrave stimuler lrsquoapprentissage Il est utile de faire participer les eacutelegraveves agrave la conception de la salle de classe
Des faccedilons de creacuteer un environnement drsquoapprentissage stimulant comprennent ce qui suit
bull Disposition souple des places Utiliser des tables ou des pupitres mobiles pour ameacutenager des dispositions qui reflegravetent une approche axeacutee sur lrsquoeacutelegraveve et qui permettent aux eacutelegraveves drsquointeragir dans diverses configurations
bull Unenvironnementmeacutediatique Avoir en salle de classe une bibliothegraveque pour les lectures autoseacutelectionneacutees La bibliothegraveque dans la salle de classe peut comprendre des magazines scientifiques des articles de journaux des bulletins de nouvelles des articles parus dans Internet des ouvrages de science-fiction et des travaux publieacutes par les eacutelegraveves Les ouvrages de reacutefeacuterence en salle de classe pourraient comprendre des dictionnaires et des encyclopeacutedies des sciences des livres de faits des logiciels et des titres sur CD-ROM des applications sur tablettes des examens anteacuterieurs reacuteunis dans des reliures et des manuels
bull Accegravesaumateacuterieleacutelectronique Si possible donner lrsquoaccegraves au mateacuteriel eacutelectronique p ex un ordinateur une tablette un teacuteleacuteviseur un lecteur DVD et un enregistreur videacuteo
bull Panneauxsynoptiques Poser des affiches accrocher des murales et des banderoles qui ceacutelegravebrent les reacutealisations des eacutelegraveves Les changer freacutequemment de faccedilon agrave refleacuteter les inteacuterecircts des eacutelegraveves et leur participation active agrave la classe de sciences
bull Exposer des objets et des artefacts Avoir des modegraveles des photos des reproductions artisanales des cartes des articles de magazines et de journaux etc dans votre salle de classe pour stimuler lrsquointerrogation et exprimer le lien entre la salle de classe et le monde exteacuterieur
bull Communication Afficher des listes de controcircle des processus et des strateacutegies pour faciliter et encourager lrsquoapprentissage indeacutependant par les eacutelegraveves Fournir un babillard pour les annonces administratives et les horaires
bull Laboratoirebieneacutequipeacuteetseacutecuritaire Lrsquoaccegraves reacutegulier agrave un laboratoire de sciences bien eacutequipeacute et seacutecuritaire encourage le deacuteveloppement drsquohabileteacutes de laboratoire importantes
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4 DES CONSIDEacuteRATIONS GEacuteNEacuteRALES EN SCIENCES
La langueDe par leur nature les sciences constituent un terrain fertile agrave lrsquoapprentissage drsquoune langue seconde ou de la langue maternelle Lrsquoeacutetude scientifique la reacutesolution de problegravemes technologiques et la prise de deacutecisions STSE par exemple neacutecessitent des activiteacutes structureacutees des interactions sociales et des reacuteflexions abstraites faisant toutes appel agrave la communication orale ou eacutecrite Parallegravelement la langue est un outil indispensable agrave lrsquoacquisition et agrave la transmission des savoirs scientifiques et technologiques Lrsquoeacutelegraveve utilise la langue franccedilaise pour donner du sens agrave ses apprentissages pour se construire des savoirs pour reacutefleacutechir sur ses apprentissages pour srsquoapproprier des deacutemarches drsquoapprentissage pour nourrir sa pratique de la langue elle-mecircme et pour eacutelargir et affiner sa compreacutehension de la reacutealiteacute qui lrsquoentoure Enfin les sciences sont en quelque sorte une langue speacutecialiseacutee certes qui exige des meacutecanismes drsquoapprentissage semblables agrave ceux deacuteployeacutes pour lrsquoacquisition drsquoune langue
La qualiteacute du franccedilais parleacute et eacutecrit agrave lrsquoeacutecole est une responsabiliteacute partageacutee par tous les enseignants et ne relegraveve pas uniquement des enseignants de langue Dans cette optique les programmes drsquoeacutetudes en sciences de la nature favorisent lrsquoemploi drsquoun vocabulaire preacutecis et drsquoun style propre aux sciences Une peacutedagogie qui valorise les fonctions de la langue dans lrsquoapprentissage des sciences de la nature permet agrave lrsquoeacutelegraveve drsquoacqueacuterir des compeacutetences langagiegraveres et disciplinaires de srsquoapproprier les nuances propres agrave la langue drsquoecirctre meacutetacognitif en franccedilais et de deacutevelopper un rapport positif agrave la langue
Les sciences pour tousLes programmes drsquoeacutetudes manitobains visent agrave promouvoir lrsquoapprentissage des sciences et la possibiliteacute drsquoune carriegravere scientifique ou technologique pour tout eacutelegraveve fille ou garccedilon Les sciences ne sont plus un domaine reacuteserveacute aux hommes et il faut encourager autant les filles que les garccedilons agrave eacutelargir leurs inteacuterecircts et agrave deacutevelopper leurs talents par lrsquoentremise de situations et de deacutefis captivants et pertinents pour tous
Dans le mecircme ordre drsquoideacutee les sciences inteacuteressent et appartiennent agrave lrsquohumaniteacute entiegravere dans toute sa diversiteacute que ce soit au niveau culturel eacuteconomique personnel ou physique Il faut agrave la fois respecter et promouvoir la diversiteacute humaine agrave lrsquoorigine mecircme des sciences et de la technologie et srsquoassurer que toute personne inteacuteresseacutee par les sciences et la technologie peut les eacutetudier et reacutealiser son potentiel
LrsquoeacutethiqueLrsquoeacutetude des concepts scientifiques peut mener les eacutelegraveves comme les enseignants agrave discuter de questions drsquoeacutethique Par exemple lrsquoeacutetude de la production de polymegraveres syntheacutetiques peut donner lieu agrave des discussions sur un deacuteseacutequilibre potentiel entre lrsquoactiviteacute eacuteconomique et le respect de lrsquoenvironnement et des cultures
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En effet nombreux sont les enjeux souleveacutes en classe de sciences qui comporteront des conseacutequences environnementales sociales ou morales Comme ces enjeux tirent leur origine de lrsquoeacutetude scientifique lrsquoenseignement devrait en tenir compte Il faut preacuteciser cependant que les sciences ne fournissent qursquoune toile de fond permettant la prise de deacutecisions personnelles et collectives plus eacuteclaireacutees Il incombe de geacuterer les discussions avec sensibiliteacute et sans deacutetour
La seacutecuriteacuteAu fur et agrave mesure de leur scolarisation les eacutelegraveves sont appeleacutes agrave ecirctre de plus en plus responsables lors drsquoactiviteacutes scientifiques En effet la seacutecuriteacute est une composante essentielle de la culture scientifique Lrsquoobservation des eacutelegraveves au cours drsquoune activiteacute meneacutee dans la classe ou lors drsquoune excursion scolaire permet agrave lrsquoenseignant de deacuteceler srsquoils manifestent les habileteacutes et les attitudes de seacutecuriteacute requises Le document drsquoappui La seacutecuriteacute en sciences de la nature (Manitoba ministegravere de lrsquoEacuteducation et de lrsquoEnseignement supeacuterieur 2015) fournit de nombreuses preacutecisions agrave ce sujet
Geacuteneacuteralement les eacutelegraveves du secondaire reacutealisent leurs expeacuteriences scientifiques ou observent une deacutemonstration scientifique dans un laboratoire proprement dit Agrave mesure que les expeacuteriences ou les deacutemonstrations faites en classes comportent un plus grand risque lrsquoenseignant doit srsquoassurer de disposer drsquoun local ou drsquoinstallations qui reacutepondent aux exigences en matiegravere de seacutecuriteacute en sciences Ces exigences sont deacutecrites dans La seacutecuriteacute en sciences de la nature
Tout en exigeant un apprentissage en franccedilais de la seacutecuriteacute en sciences lrsquoenseignante ou lrsquoenseignant doit tenir compte des compeacutetences langagiegraveres de chacun de ses eacutelegraveves et doit faire en sorte qursquoaucun eacutelegraveve ne soit mis agrave risque simplement parce qursquoelle ou il ne maicirctrise pas suffisamment le franccedilais
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5 LrsquoENSEIGNEMENT DES SCIENCES DE LA NATURE
La deacutemarche agrave trois tempsLrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve est faciliteacute appuyeacute et encadreacute par une deacutemarche peacutedagogique geacutereacutee par lrsquoenseignant Par mesure de coheacuterence cette deacutemarche doit srsquoinspirer des principes drsquoapprentissage mentionneacutes ci bas La figure 6 explique la deacutemarche peacutedagogique agrave trois temps qui comprend la preacuteactiviteacute lrsquoactiviteacute proprement dite et la postactiviteacute
Fig 6 ndash Deacutemarche drsquoapprentissage Tireacute et adapteacute du Dictionnaire actuel de lrsquoeacuteducation 2e eacuted de Renald Legendre
APPRENTISSAGE DE LrsquoEacuteLEgraveVE
DEacuteMARCHE PEacuteDAGOGIQUE OPEacuteRATIONNALISATION EacuteVALUATION FORMATIVE INTERACTIVE
1er temps Preacuteparation de la situation drsquoapprentissage (la preacuteactiviteacute) Lrsquoeacutelegraveve se rappelle la situation
drsquoapprentissage preacuteceacutedente ou des reacutesultats de situations preacuteceacutedentes qursquoil a veacutecues
Lrsquoenseignant facilite le retour de lrsquoeacutelegraveve sur la situation drsquoapprentissage preacuteceacutedente ou sur les reacutesultats drsquoexpeacuteriences anteacuterieures
Lrsquoenseignant observe les significations que lrsquoeacutelegraveve deacutegage de ses expeacuteriences anteacuterieures (attitudes habileteacutes connaissances)
Lrsquoeacutelegraveve formule ou srsquoapproprie des objectifs drsquoapprentissage les relie agrave son veacutecu et anticipe drsquoen tirer profit (drsquoougrave sa participation et son inteacuterecirct) Lrsquoeacutelegraveve considegravere aussi ses acquis en rapport avec les objectifs proposeacutes
Lrsquoenseignant preacutesente les objectifs drsquoapprentissage les rend significatifs et accessibles les relie au veacutecu de lrsquoeacutelegraveve et facilite la relation entre les acquis et les objectifs proposeacutes
Lrsquoenseignant veacuterifie la compreacutehension par lrsquoeacutelegraveve des objectifs Il veacuterifie si les objectifs semblent ecirctre signifiants et pertinents et si lrsquoeacutelegraveve a les acquis neacutecessaires pour poursuivre les objectifs proposeacutes
Lrsquoeacutelegraveve propose ou choisit une situation drsquoapprentissage et formule des questions et des reacuteactions en rapport avec cette situation Lrsquoeacutelegraveve cherche agrave se doter de ressources et drsquooutils et agrave creacuteer un milieu propice agrave lrsquoapprentissage seul ou avec ses pairs
Lrsquoenseignant propose des situations drsquoapprentissage signifiantes et seacutecurise lrsquoeacutelegraveve face au choix drsquoune situation en preacutecisant les attentes Il facilite lrsquoorganisation des groupes et du milieu drsquoapprentissage (ressources et outils disponibles)
Lrsquoenseignant veacuterifie que lrsquoeacutelegraveve a compris les situations drsquoapprentissage et qursquoil peut en deacutegager les significations Lrsquoenseignant veacuterifie aussi si lrsquoeacutelegraveve est agrave lrsquoaise et de quelles faccedilons il se preacutepare
2e temps Reacutealisation de la situation drsquoapprentissage (lrsquoactiviteacute) Lrsquoeacutelegraveve traite du contenu drsquoapprentissage
en explorant et en eacutetudiant des pheacutenomegravenes des informations ou des sources de donneacutees (observation interrogation recherche analyse description preacutediction formulation drsquohypothegravese etc)
Lrsquoeacutelegraveve choisit et organise lrsquoinformation
(traitement de donneacutees scheacutematisation synthegravese critique etc) pour la preacutesenter agrave la fin (extrapolation deacuteduction eacutevaluation conclusion application)
Lrsquoenseignant incite et guide lrsquoeacutelegraveve dans sa recherche ou son expeacuterimentation en proposant des eacuteleacutements de source ou de solution et en conscientisant lrsquoeacutelegraveve aux techniques neacutecessaires pour puiser de lrsquoinformation
Lrsquoenseignant guide aussi lrsquoeacutelegraveve dans
lrsquoorganisation et la preacutesentation de son information et de ses reacutesultats lui proposant des pistes diverses et approprieacutees tout en lui aidant agrave prendre conscience de la deacutemarche utiliseacutee
Lrsquoenseignant observe la deacutemarche et les strateacutegies de lrsquoeacutelegraveve dans son eacutetude ou sa reacutesolution de problegravemes tout en veacuterifiant son inteacuterecirct au niveau de la collecte de donneacutees de lrsquoorganisation de lrsquoinformation et de la preacutesentation de ses reacutesultats
3e temps Inteacutegration de la situation drsquoapprentissage (la postactiviteacute) Lrsquoeacutelegraveve effectue un retour (une reacuteflexion)
sur la situation drsquoapprentissage en objective sa deacutemarche et son produit tire des conclusions deacutegage des regravegles et principes ou applique les reacutesultats agrave une situation drsquoapprentissage analogue
Lrsquoenseignant facilite le retour sur la situation drsquoapprentissage guide lrsquoeacutelegraveve dans lrsquoobjectivation lrsquoaide agrave tirer des conclusions et agrave appliquer les reacutesultats dans une situation analogue
Lrsquoenseignant observe la participation de lrsquoeacutelegraveve dans le retour sur la situation drsquoapprentissage Il observe chez lrsquoeacutelegraveve son objectivation sa deacutemarche pour en arriver agrave des conclusions et son application des reacutesultats dans une situation analogue
Lrsquoeacutelegraveve integravegre la situation drsquoapprentissage en y deacutegageant des significations personnelles tout en agrandissant son reacutepertoire drsquoattitudes drsquohabileteacutes et de connaissances et en teacutemoignant de la confiance Il est capable de reacuteinvestir ce nouveau savoir dans une autre situation
Lrsquoenseignant aide lrsquoeacutelegraveve agrave deacutegager des significations personnelles relieacutees agrave une situation drsquoapprentissage fournit de la reacutetroaction sur les reacutesultats de la situation et facilite lrsquoexpression et la manifestation de la confiance qursquoa lrsquoeacutelegraveve en lui-mecircme en lui proposant des situations de reacuteinvestissement
Lrsquoenseignant veacuterifie la pertinence des significations personnelles relieacutees agrave la situation drsquoapprentissage eacutevalue la deacutemarche suivie par lrsquoeacutelegraveve et son apprentissage observe lrsquoimage qursquoa lrsquoeacutelegraveve de lui-mecircme et veacuterifie le degreacute de participation de lrsquoeacutelegraveve dans le reacuteinvestissement
Il y a interdeacutependance dans les diffeacuterents eacuteleacutements de la deacutemarche peacutedagogique leur deacuteroulement nrsquoest pas forceacutement lineacuteaire et il varie drsquoun eacutelegraveve agrave lrsquoautre
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La promotion de la culture scientifiqueTout en suivant une deacutemarche peacutedagogique axeacutee sur lrsquoeacutelegraveve dans la mesure du possible lrsquoenseignant en sciences de la nature ne doit pas perdre de vue son rocircle dans la promotion de la culture scientifique Lrsquoenseignant doit
bull encourager lrsquoeacutelegraveve agrave deacutevelopper un sentiment drsquoeacutemerveillement et de curiositeacute accompagneacute drsquoun sens critique agrave lrsquoeacutegard de lrsquoactiviteacute scientifique et technologique
bull amener lrsquoeacutelegraveve agrave se servir des sciences et de la technologie pour construire de nouvelles connaissances et reacutesoudre des problegravemes lui permettant drsquoameacuteliorer sa qualiteacute de vie et celle des autres
bull preacuteparer lrsquoeacutelegraveve agrave aborder de faccedilon critique des enjeux drsquoordre social eacuteconomique eacutethique ou environnemental lieacutes aux sciences
bull offrir agrave lrsquoeacutelegraveve une formation solide en sciences lui donnant la possibiliteacute de poursuivre des eacutetudes supeacuterieures de se preacuteparer agrave une carriegravere lieacutee aux sciences et drsquoentreprendre des loisirs agrave caractegravere scientifique convenant agrave ses inteacuterecircts et aptitudes
bull deacutevelopper chez lrsquoeacutelegraveve dont les aptitudes et les inteacuterecircts varient une sensibilisation agrave une vaste gamme de meacutetiers lieacutes aux sciences agrave la technologie et agrave lrsquoenvironnement
Lrsquoexpeacuterimentation par lrsquoeacutelegraveve est au centre de lrsquoapprentissage et de lrsquoenseignement des sciences de la nature Lrsquoaccent nrsquoest plus mis sur la meacutemorisation des faits et des theacuteories scientifiques isoleacutees du monde reacuteel Les eacutelegraveves apprennent agrave apprendre agrave penser agrave eacutevaluer de faccedilon critique lrsquoinformation recueillie et agrave prendre des deacutecisions eacuteclaireacutees
Dans la salle de classe en sciences de la nature lrsquoenseignant doit ecirctre agrave la fois bull un peacutedagoguebull un modegravele en ce qui a trait aux attitudes et aux habileteacutes scientifiques et technologiquesbull un passionneacute des sciences et de la technologie
laquo On ne peut rien enseigner agrave autrui On ne peut que lrsquoaider agrave deacutecouvrir raquo (Galileo Galilei)
laquo Jrsquoentends et jrsquooublie Je vois et je me souviens Je fais et je comprends raquo (Proverbe chinois)
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Fig 7 ndash Changement de prioriteacutes dans lrsquoapprentissage et lrsquoenseignement des sciences de la nature Traduction drsquoun extrait du document National Science Education Standards p 113 publieacute par la National Academy of Sciences
Lrsquoapprentissage des sciences Insister moins sur
Privileacutegier plutocirct la connaissance de faits et de donneacutees
scientifiques la compreacutehension de concepts scientifiques et le
deacuteveloppement drsquohabileteacutes pour la recherche scientifique
lrsquoeacutetude de chaque discipline en soi (sciences de la vie sciences chimiques et physiques sciences de la Terre et de lrsquoespace)
lrsquoapprentissage du contenu disciplinaire abordeacute dans divers contextes afin de comprendre des perspectives personnelles et sociales lieacutees aux sciences et agrave la technologie ainsi que lrsquohistoire et la nature des sciences
la distinction entre les connaissances scientifiques et la deacutemarche scientifique
lrsquointeacutegration de tous les savoirs (attitudes habileteacutes connaissances) agrave lrsquoeacutetude scientifique
le survol de nombreux sujets scientifiques lrsquoeacutetude de quelques concepts scientifiques fondamentaux
lrsquoexeacutecution drsquoune eacutetude scientifique au moyen drsquoun ensemble prescrit de proceacutedeacutes
lrsquoeacutetude scientifique comme un apprentissage continu de strateacutegies drsquohabileteacutes et de concepts
Changement de prioriteacutes peacutedagogiques pour favoriser lrsquoeacutetude scientifique Insister moins sur
Privileacutegier plutocirct
les activiteacutes de deacutemonstration et de veacuterification des connaissances scientifiques
les activiteacutes de recherche et drsquoanalyse lieacutees agrave des questions scientifiques
la recherche ou lrsquoexpeacuterience effectueacutee sur une seule peacuteriode de classe
la recherche ou lrsquoexpeacuterience effectueacutee sur une peacuteriode de temps prolongeacutee
lrsquoapplication des habileteacutes scientifiques hors contexte
lrsquoapplication des habileteacutes scientifiques dans un contexte reacuteel
lrsquoapplication drsquoune seule habileteacute isoleacutement telle que lrsquoobservation ou lrsquoinfeacuterence
lrsquoapplication de multiples habileteacutes inteacutegreacutees faisant appel agrave la manipulation la cognition et le traitement
lrsquoobtention drsquoune reacuteponse lrsquoexploitation des donneacutees et des strateacutegies pour deacutevelopper ou reacuteviser une explication
les sciences agrave titre drsquoexploration et drsquoexpeacuterience les sciences agrave titre drsquoargument et drsquoexplication la livraison de reacuteponses aux questions sur des
connaissances scientifiques la communication drsquoexplications scientifiques
lrsquoanalyse et la synthegravese des donneacutees individuellement ou collectivement sans affirmer ni justifier une conclusion
lrsquoanalyse et la synthegravese freacutequentes de donneacutees par des groupes drsquoeacutelegraveves apregraves qursquoils ont affirmeacute et justifieacute leurs conclusions
lrsquoeacutetude drsquoune grande quantiteacute de connaissances au deacutetriment du nombre de recherches ou drsquoexpeacuteriences
de nombreuses recherches et expeacuteriences pour deacutevelopper une compreacutehension de lrsquoeacutetude scientifique et pour apprendre des attitudes des habileteacutes et des connaissances scientifiques
la conclusion drsquoune eacutetude scientifique aussitocirct que les reacutesultats drsquoune expeacuterience sont obtenus
lrsquoapplication des reacutesultats drsquoune expeacuterience agrave des arguments et agrave des explications scientifiques
la gestion du mateacuteriel et de lrsquoeacutequipement la gestion des ideacutees et de lrsquoinformation la communication des ideacutees et des conclusions de
lrsquoeacutelegraveve agrave lrsquoenseignante ou lrsquoenseignant seulement
la communication ouverte des ideacutees et du travail de lrsquoeacutelegraveve agrave toute la classe
Fig 7 ndash Changement de prioriteacutes dans lrsquoapprentissage et lrsquoenseignement des sciences de la nature Traduction drsquoun extrait du document National Science Education Standards p 113 publieacute par la National Academy of Sciences
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6 LrsquoEacuteVALUATION EN SCIENCES DE LA NATURE
Lrsquoeacutevaluation en salle de classe fait partie inteacutegrante de lrsquoenseignement des sciences Lrsquoeacutevaluation est le laquo processus systeacutematique de cueillette drsquoinformation au sujet de ce qursquoun eacutelegraveve sait peut faire et apprend agrave faire raquo Lrsquoobjet premier de lrsquoeacutevaluation en salle de classe nrsquoest pas drsquoeacutevaluer et de classer les eacutelegraveves mais bien drsquoinformer lrsquoenseignant et drsquoameacuteliorer lrsquoapprentissage et de suivre la progression des eacutelegraveves vers lrsquoatteinte des objectifs drsquoapprentissage en fin drsquoanneacutee
On deacutefinit grosso modo lrsquoeacutevaluation en salle de classe comme une activiteacute ou une expeacuterience qui donne de lrsquoinformation sur lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Les enseignants en apprennent sur la progression des eacutelegraveves non seulement par lrsquoentremise de projets drsquoexamens et de tests formels mais aussi par lrsquoobservation suivie des eacutelegraveves agrave lrsquoœuvre et les conversations avec les eacutelegraveves sur leur apprentissage Ils procegravedent souvent agrave lrsquoeacutevaluation par des activiteacutes drsquoenseignement
La plus grande partie de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves est interne Pour eacutevaluer les connaissances habileteacutes et strateacutegies des eacutelegraveves en sciences ainsi que les attitudes les enseignants ont besoin drsquoun eacuteventail drsquooutils et drsquoapproches Ils posent des questions observent les eacutelegraveves qui exeacutecutent un eacuteventail de processus et drsquoactiviteacutes drsquoapprentissage et examinent le travail des eacutelegraveves en cours Ils soumettent eacutegalement les eacutelegraveves agrave une eacutevaluation par les pairs et agrave des activiteacutes drsquoautoeacutevaluation Les renseignements que les enseignants et les eacutelegraveves retirent des activiteacutes drsquoeacutevaluation informent et faccedilonnent ce qui se passe dans la salle de classe lrsquoeacutevaluation sous-entend toujours qursquoune action suivra Pour deacuteterminer si les objectifs drsquoapprentissage des eacutelegraveves ont eacuteteacute atteints lrsquoeacutevaluation des eacutelegraveves doit faire partie inteacutegrante de lrsquoenseignement et de lrsquoapprentissage Lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves fait intervenir une planification minutieuse et une mise en œuvre systeacutematique
Buts de lrsquoeacutevaluationIl y a trois buts distincts mais interdeacutependants pour lrsquoeacutevaluation en classe lrsquoeacutevaluation au service de lrsquoapprentissage lrsquoeacutevaluation en tant qursquoapprentissage et lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage
bull Lrsquoeacutevaluation au service de lrsquoapprentissage vise agrave fournir des donneacutees aux enseignants pour qursquoils modifient et diffeacuterencient les activiteacutes drsquoenseignement et drsquoapprentissage Elle part du principe que les eacutelegraveves apprennent de faccedilon personnelle mais aussi que bon nombre drsquoentre eux suivent des stades et des cheminements preacutevisibles Elle exige une planification de la part des enseignants de faccedilon qursquoils se servent des donneacutees recueillies pour deacuteterminer non seulement ce que les eacutelegraveves savent mais eacutegalement srsquoils mettent ce savoir en application comment ils le font et quand ils le font Les enseignants peuvent aussi se servir de ces renseignements pour simplifier et orienter lrsquoenseignement et les ressources ainsi que pour fournir des commentaires aux eacutelegraveves afin de les aider agrave progresser dans leur apprentissage
Au lieu de mettre lrsquoaccent sur la meacutemorisation de laquo faits raquo preacutecis deacutetailleacutes et non relieacutes [lrsquoeacutevaluation en sciences] devrait accorder plus de poids agrave la compreacutehension holistique des principales ideacutees scientifiques et agrave la compreacutehension critique des sciences et du raisonnement scientifique (Millar et Osborne 1998 25)
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bull Lrsquoeacutevaluation en tant qursquoapprentissage est un processus qui vise agrave deacutevelopper et agrave favoriser la meacutetacognition chez les eacutelegraveves Elle met lrsquoaccent sur le rocircle de lrsquoeacutelegraveve comme agent premier dans lrsquoeacutetablissement des liens entre lrsquoeacutevaluation et lrsquoapprentissage quand les eacutelegraveves agissent comme eacutevaluateurs actifs engageacutes et critiques ils donnent un sens aux contenus drsquoapprentissage les relient agrave ce qursquoils connaissent deacutejagrave et srsquoen servent pour apprendre davantage Il y a meacutetacognition lorsque les eacutelegraveves veillent eux-mecircmes agrave leur apprentissage et qursquoils se servent des reacutetroactions ainsi recueillies pour faire des ajustements des adaptations et mecircme des changements importants agrave ce qursquoils comprennent Cela exige que les enseignants aident les eacutelegraveves agrave deacutevelopper et agrave pratiquer la reacuteflexion mais aussi agrave se sentir plus agrave lrsquoaise avec cette posture reacuteflexive et agrave analyser leur apprentissage de faccedilon critique
bull Lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage est de nature sommative et sert agrave confirmer ce que les eacutelegraveves savent et savent faire et agrave montrer srsquoils ont atteint les reacutesultats drsquoapprentissage preacutevus Lrsquoeacutevaluation devrait se fonder sur un eacuteventail de renseignements relatifs agrave lrsquoeacutevaluation Lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage sert principalement agrave mesurer les reacutealisations de lrsquoeacutelegraveve agrave faire rapport aux parents ou aux tuteurs aux eacutelegraveves et agrave drsquoautres parties inteacuteresseacutees ou agrave mesurer lrsquoefficaciteacute de la programmation de lrsquoenseignement
Planification de lrsquoeacutevaluationOn devrait eacutelaborer les objectifs approches et outils drsquoeacutevaluation en mecircme temps que les approches drsquoenseignement au cours de la planification du module Au moment drsquoeacutelaborer les meacutethodes et tacircches drsquoeacutevaluation les enseignants deacuteterminent bull ce qursquoils eacutevaluentbull pourquoi ils lrsquoeacutevaluentbull comment ils utiliseront les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluationbull qui recevra les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluationbull quelles activiteacutes ou tacircches drsquoeacutevaluation permettront aux eacutelegraveves de faire une deacutemonstration
de leur apprentissage de faccedilons authentiques
Caracteacuteristiques drsquoune eacutevaluation efficaceUne eacutevaluation efficace aide agrave concentrer lrsquoeffort sur la mise en œuvre de strateacutegies visant agrave faciliter lrsquoapprentissage tant dans la salle de classe qursquoagrave lrsquoexteacuterieur et est bull conforme agrave lrsquoenseignement et en fait partie inteacutegrantebull continue et permanentebull fondeacutee sur des tacircches authentiques ainsi que des contextes et processus drsquoapprentissage
des sciences significatifsbull fondeacutee sur des critegraveres que les eacutelegraveves connaissent et comprennent faisant appel agrave leurs
points fortsbull un processus de collaboration faisant intervenir les eacutelegravevesbull multidimensionnelle et a recours agrave un vaste eacuteventail drsquooutils et de meacutethodesbull axeacutee sur ce que les eacutelegraveves ont appris et peuvent faire
Une discussion de ces sept caracteacuteristiques de lrsquoeacutevaluation efficace suit
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LrsquoeacutevaluationefficaceestconformeagravelrsquoenseignementetenfaitpartieinteacutegranteLrsquoeacutevaluation exige des enseignants drsquoecirctre continuellement au courant de lrsquoobjectif de lrsquoenseignement qursquoest-ce que je veux que mes eacutelegraveves apprennent que peuvent-ils faire pour montrer qursquoils lrsquoont appris La faccedilon qursquoutilisent les enseignants pour eacutevaluer deacutepend de ce qursquoils eacutevaluent ndash agrave savoir srsquoils eacutevaluent des connaissances deacuteclaratives des connaissances proceacutedurales ou des attitudes et des habitudes intellectuelles
bull Connaissance deacuteclarative La connaissance deacuteclarative est la dimension de lrsquoapprentissage la plus simple agrave mesurer agrave lrsquoaide drsquooutils traditionnels si les enseignants veulent mesurer une meacutemorisation de faits Cependant la raison pour laquelle on favorise la culture scientifique nrsquoest pas satisfaite si les eacutelegraveves se contentent de meacutemoriser la connaissance deacuteclarative en rapport aux sciences ce qui est plus important crsquoest de savoir si les eacutelegraveves comprennent et sont en mesure de mettre ces connaissances en application Par exemple il est plus important qursquoils comprennent la raison drsquoecirctre et les enjeux de la chimie organique qursquoils reacuteagissent agrave ce que signifie la chimie organique pour eux personnellement et pour lrsquoenvironnement qursquoils interpregravetent cette signification de la chimie organique et qursquoils utilisent avec aisance la terminologie de faccedilon agrave enrichir leurs aptitudes en matiegravere de communications scientifiques et repreacutesentent plutocirct que reproduisent une deacutefinition de la chimie organique Le deacutefi pour les enseignants est de concevoir des outils qui veacuterifient lrsquoapplication de la connaissance deacuteclarative
bull Connaissance proceacutedurale Les outils qui sont conccedilus pour veacuterifier la connaissance deacuteclarative ne peuvent pas eacutevaluer efficacement les processus et habileteacutes Par exemple au lieu drsquoessayer de deacuteduire les processus utiliseacutes par les eacutelegraveves en examinant le produit final les enseignants eacutevaluent la connaissance proceacutedurale en observant les eacutelegraveves agrave lrsquoœuvre en discutant de leurs strateacutegies avec eux dans le cadre de confeacuterences et drsquoentrevues et en recueillant des donneacutees sur la reacuteflexion des eacutelegraveves notamment dans les journaux
bull Attitudes et habitudes intellectuelles On ne peut pas eacutevaluer directement les attitudes et habitudes intellectuelles Elles sont implicites dans ce que disent et font les eacutelegraveves Habituellement les outils drsquoeacutevaluation deacutecrivent les comportements qui sont un reflet des attitudes et habitudes de personnes cultiveacutees Ils identifient les attitudes et habitudes intellectuelles qui ameacuteliorent lrsquoutilisation et lrsquoapprentissage du langage lieacute aux sciences et donnent aux eacutelegraveves les moyens de penser agrave leurs propres processus internes Par exemple au lieu drsquoattribuer des notes globales pour la participation en classe les enseignants eacutevaluent les objectifs drsquoapprentissage relieacutes agrave lrsquoapport reacuteel des eacutelegraveves au sein des groupes grands et petits
Lrsquoeacutevaluation vise agrave informer les eacutelegraveves des points importants de la programmation et agrave les aider agrave se concentrer sur les aspects importants de lrsquoapprentissage Si les enseignants eacutevaluent uniquement les eacuteleacutements les plus faciles agrave mesurer les eacutelegraveves pourraient se concentrer uniquement sur ces aspects Par exemple si les cours de sciences accordent une grande importance agrave la collaboration agrave la creacuteativiteacute et au raisonnement divergent (des objectifs drsquoapprentissage qui peuvent ecirctre plus difficiles agrave mesurer) par conseacutequent les processus et outils drsquoeacutevaluation doivent refleacuteter ces valeurs Les faccedilons qursquoutilisent les enseignants pour eacutevaluer (quoi et comment) informent les eacutelegraveves de ce qui est jugeacute important dans lrsquoapprentissage
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Lrsquoeacutevaluation efficace est continue et permanenteLrsquoeacutevaluation qui fait partie inteacutegrante de lrsquoenseignement quotidien donne aux eacutelegraveves des occasions freacutequentes drsquoavoir une reacutetroaction de modifier leurs meacutethodes et leurs approches drsquoapprentissage et drsquoobserver leurs progregraves Les enseignants donnent une eacutevaluation informelle en posant des questions aux eacutelegraveves et en leur faisant des observations Ils procegravedent eacutegalement agrave des eacutevaluations formelles agrave diverses eacutetapes drsquoun projet ou drsquoune uniteacute drsquoeacutetude Lrsquoeacutevaluation continue creacutee continuellement des occasions pour les enseignants drsquoexaminer et de reacuteviser lrsquoenseignement le contenu les points importants du processus et les ressources peacutedagogiques
Lrsquoeacutevaluation efficace est fondeacutee sur des tacircches authentiques ainsi que des contextes et processus significatifs drsquoapprentissage des sciencesEn sciences les tacircches devraient ecirctre authentiques et significatives des tacircches qui meacuteritent drsquoecirctre maicirctriseacutees en soi plutocirct que des tacircches conccedilues tout simplement pour deacutemontrer la compeacutetence de lrsquoeacutelegraveve vis-agrave-vis des enseignants et des autres Gracircce agrave lrsquoeacutevaluation les enseignants deacutecouvrent si les eacutelegraveves peuvent utiliser les connaissances les processus et les ressources de faccedilon efficace pour atteindre des objectifs utiles Par conseacutequent les enseignants conccediloivent des tacircches qui reproduisent le contexte dans lequel les connaissances seront appliqueacutees agrave lrsquoexteacuterieur de la salle de classe
Par exemple des tacircches authentiques de reacutedaction scientifique emploient les formules utiliseacutees par un grand eacuteventail de personnes (par exemple scientifiques journalistes cineacuteastes poegravetes romanciers publicistes confeacuterenciers reacutedacteurs techniques ingeacutenieurs et universitaires) Le plus souvent possible les eacutelegraveves eacutecrivent parlent ou repreacutesentent leurs ideacutees pour des auditoires reacuteels et agrave des fins reacuteelles Au moment drsquoeacutelaborer les tacircches drsquoeacutevaluation les enseignants peuvent envisager de fournir aux eacutelegraveves les ressources que les gens utilisent lorsqursquoils exeacutecutent les mecircmes tacircches dans des situations reacuteelles en rapport agrave des problegravemes en sciences
Les tacircches drsquoeacutevaluation authentiques ne sont pas seulement des veacuterifications de lrsquoinformation que les eacutelegraveves possegravedent mais aussi de la faccedilon dont leur compreacutehension drsquoune matiegravere srsquoest approfondie et de leur capaciteacute de mettre en application lrsquoapprentissage Elles deacutemontrent aux eacutelegraveves la pertinence et lrsquoimportance de lrsquoapprentissage Les tests axeacutes sur le rendement sont eacutegalement une faccedilon de consolider lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Le problegraveme eacuteternel qursquoont les enseignants avec laquo lrsquoenseignement en fonction du test raquo est moins preacuteoccupant si les tests sont des eacutevaluations authentiques des connaissances habileteacutes et strateacutegies des eacutelegraveves ainsi que des attitudes
Lrsquoeacutevaluation efficace est fondeacutee sur des critegraveres que les eacutelegraveves connaissent et comprennent faisant appel agrave leurs points fortsLes critegraveres drsquoeacutevaluation doivent ecirctre clairement eacutetablis et ecirctre expliciteacutes aux eacutelegraveves avant un travail ou un test de sorte que les eacutelegraveves peuvent se concentrer sur leurs efforts En outre dans toute la mesure du possible les eacutelegraveves doivent participer agrave lrsquoeacutelaboration des critegraveres drsquoeacutevaluation
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Les eacutelegraveves devraient eacutegalement comprendre parfaitement agrave quoi ressemble la reacutealisation de chaque tacircche proposeacutee Des modegraveles de travaux effectueacutes par les eacutelegraveves au cours drsquoanneacutees preacuteceacutedentes et drsquoautres exemplaires de reacutefeacuterence aident les eacutelegraveves agrave eacutelaborer des objectifs personnels drsquoapprentissage
Chaque tacircche drsquoeacutevaluation devrait veacuterifier uniquement les objectifs drsquoapprentissage mentionneacutes aux eacutelegraveves Par exemple cela signifie que les tests sur les aptitudes en laboratoire doivent ecirctre conccedilus et annoteacutes de faccedilon agrave recueillir des donneacutees sur les aptitudes en laboratoire des eacutelegraveves et non sur leur capaciteacute drsquoexprimer efficacement des ideacutees par eacutecrit dans un rapport de laboratoire
Lrsquoeacutevaluation efficace est un processus de collaboration faisant intervenir les eacutelegravevesLrsquoobjet final de lrsquoeacutevaluation est de permettre aux eacutelegraveves de srsquoeacutevaluer eux-mecircmes Lrsquoaugmentation graduelle de la responsabiliteacute des eacutelegraveves en ce qui concerne lrsquoeacutevaluation vise agrave deacutevelopper lrsquoautonomie des eacutelegraveves en tant qursquoapprenants permanents Lrsquoeacutevaluation devrait faire diminuer au lieu de favoriser la deacutependance des eacutelegraveves vis-agrave-vis des commentaires des enseignants qui donnent une orientation de lrsquoapprentissage et des notes pour valider leurs reacutealisations
Lrsquoeacutevaluation ameacuteliore la meacutetacognition des eacutelegraveves Elle les aide agrave porter des jugements sur leur propre apprentissage et leur fournit lrsquoinformation neacutecessaire pour fixer des objectifs et veiller eux-mecircmes agrave leur apprentissage
Les enseignants augmentent les responsabiliteacutes des eacutelegraveves au plan de lrsquoeacutevaluation en bull exigeant des eacutelegraveves qursquoils choisissent les produits et performances permettant de deacutemontrer
leur apprentissagebull faisant participer les eacutelegraveves agrave lrsquoeacutelaboration des critegraveres drsquoeacutevaluation dans toute la mesure
du possible (Cela clarifie les objectifs drsquoune tacircche donneacutee et donne aux eacutelegraveves le vocabulaire neacutecessaire pour discuter de leur propre travail)
bull soumettant les eacutelegraveves agrave une eacutevaluation par les pairs de faccedilon informelle par le biais de confeacuterences avec leurs pairs et de faccedilon formelle en utilisant des listes de controcircle
bull demandant aux eacutelegraveves drsquoutiliser des outils de reacuteflexion et drsquoautoeacutevaluation agrave toutes les occasions possibles (par exemple listes de controcircle drsquoautoeacutevaluation journaux deacutetermination et choix des objectifs et autoeacutevaluation drsquoeacuteleacutements du portfolio)
bull eacutetablissant un protocole pour les eacutelegraveves qui veulent contester une note attribueacutee par un enseignant (les appels formels sont des exercices preacutecieux en reacutedaction persuasive et donnent aux eacutelegraveves des occasions drsquoexaminer leur rendement en fonction des critegraveres drsquoeacutevaluation)
Lrsquoeacutevaluation efficace est multidimensionnelle et a recours agrave un vaste eacuteventail drsquooutils et de meacutethodesLrsquoeacutevaluation en sciences doit reconnaicirctre la complexiteacute et la nature holistique de lrsquoapprentissage en ce qui concerne la culture scientifique Pour compiler un profil complet des progregraves de chaque eacutelegraveve les enseignants recueillent des donneacutees en utilisant de nombreux meacutecanismes en de nombreuses occasions Les profils des eacutelegraveves peuvent faire intervenir agrave la fois les eacutelegraveves et les enseignants dans lrsquoeacutevaluation et la collecte de donneacutees Le tableau qui suit cerne les domaines agrave eacutevaluer et preacutesente quelques instruments outils et meacutethodes drsquoeacutevaluation
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Fig 8 ndash Caracteacuteristiques drsquoune eacutevaluation efficace Traduit et adapteacute du document drsquoEacuteducation et Formation professionnelle Manitoba Senior 3 English Language Arts A Foundation for Implementation
(Winnipeg [Manitoba] Education et Formation professionnelle Manitoba 1999) 2-10 ndash 2-14
Lrsquoeacutevaluation efficace est axeacutee sur ce que les eacutelegraveves ont appris et peuvent faireLrsquoeacutevaluation doit ecirctre eacutequitable elle doit donner des occasions de reacuteussite agrave chaque eacutelegraveve Lrsquoeacutevaluation efficace fait la deacutemonstration des connaissances des habileteacutes et des attitudes ainsi que des strateacutegies de chaque eacutelegraveve et des progregraves que fait lrsquoeacutelegraveve au lieu de tout simplement relever les lacunes au niveau de lrsquoapprentissage
Profil de la cueillette de donneacutees
Observation des processus et conversations
Observation des produits et performances
Enseignant Listes de
controcircle Confeacuterences
et entrevues Dossiers et
commentaires anecdotiques
Examens des eacutebauches et reacutevisions
Preacutesentations orales
Rubriques et baregravemes de notation
Eacutelegraveves journaux outils et
instruments drsquoauto-eacutevaluation (p ex listes de controcircle eacutechelles de cotation graphiques drsquoavancement
outils et instruments drsquoauto-eacutevaluation (p ex dossiers des confeacuterences avec les pairs eacutechelles de notation)
Enseignant travaux eacutecrits deacutemonstrations preacutesentations seacuteminaires projets portfolios carnets et
journaux des eacutelegraveves
listes de controcircle
rubriques et baregravemes de notation
Eacutelegraveves journaux outils et
instruments drsquoauto-eacutevaluation
outils et instruments drsquoeacutevaluation par les pairs
analyse de portfolio
Tests en salle de classe
Tests des divisions et des normes
provinciales Enseignant tests papier et
crayon (p ex tests conccedilus par lrsquoenseignant tests de module tests agrave reacuteponse eacutelaboreacutee)
tests de rendement et simulation
rubriques et baregravemes de notation
Eacutelegraveves journaux outils et
instruments drsquoauto-eacutevaluation
Enseignant rubriques et baregravemes de notation
Fig 8 ndash Caracteacuteristiques drsquoune eacutevaluation efficace Traduit et adapteacute du document drsquoEacuteducation et Formation professionnelle Manitoba Senior 3 English Language Arts A Foundation for Implementation (Winnipeg [Manitoba] Eacuteducation et Formation professionnelle Manitoba 1999) 2-10 ndash 2-14
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Pour eacutevaluer ce que les eacutelegraveves ont appris et peuvent faire les enseignants doivent recourir agrave un eacuteventail de strateacutegies et drsquoapproches notamment
bull Utiliser un vaste eacuteventail drsquoinstruments pour eacutevaluer les expressions multidimensionnelles de lrsquoapprentissage de chaque eacutelegraveve en eacutevitant de se fier agrave la meacutemorisation des notes
bull Donner aux eacutelegraveves des occasions drsquoapprendre agrave partir de la reacutetroaction et de peaufiner leur travail en reconnaissant que ce nrsquoest pas chaque projet qui sera un succegraves ni que cela fera partie drsquoune eacutevaluation sommative
bull Examiner plusieurs eacuteleacutements du travail de lrsquoeacutelegraveve en eacutevaluant un objectif drsquoapprentissage donneacute afin de srsquoassurer que les donneacutees recueillies sont des bases valables pour faire des geacuteneacuteralisations au sujet de lrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve
bull Eacutelaborer des profils complets de lrsquoeacutelegraveve en utilisant lrsquoinformation obtenue agrave la fois drsquoune eacutevaluation par rapport agrave un objectif drsquoapprentissage qui compare la performance drsquoun eacutelegraveve agrave des critegraveres deacutetermineacutes agrave lrsquoavance et drsquoune eacutevaluation qui compare la performance drsquoun eacutelegraveve agrave sa performance anteacuterieure
bull Eacuteviter drsquoutiliser lrsquoeacutevaluation agrave des fins disciplinaires ou de controcircle Lrsquoeacutevaluation qui est perccedilue comme un outil de controcircle du comportement des eacutelegraveves qui sert agrave lrsquoattribution de reacutecompenses et de punitions au lieu de donner une reacutetroaction sur lrsquoapprentissage de lrsquoeacutelegraveve fait diminuer la motivation de lrsquoeacutelegraveve Des eacutelegraveves reccediloivent parfois une note de zeacutero pour un travail incomplet Cependant attribuer une note de zeacutero agrave lrsquoeacutelegraveve signifie que la note ne communique plus de renseignements preacutecis sur lrsquoatteinte par lrsquoeacutelegraveve des objectifs drsquoapprentissage en sciences Des travaux non termineacutes sont une indication de problegravemes personnels ou de motivation qursquoil faut reacutegler de faccedilon approprieacutee
bull Permettre aux eacutelegraveves lorsque cela convient et lorsque crsquoest possible de choisir de quelle faccedilon ils feront deacutemonstration de leur compeacutetence
bull Utiliser des outils drsquoeacutevaluation approprieacutes pour eacutevaluer des performances processus et produits individuels et uniques
Geacuterer lrsquoeacutevaluation en salle de classeLrsquoeacutevaluation est lrsquoun des plus grands deacutefis auxquels est confronteacute lrsquoenseignant en sciences Les pratiques qui rendent les classes de sciences vivantes et efficaces ndash promouvoir le choix par les eacutelegraveves eacutevaluer les processus et eacutevaluer lrsquoaspect subjectif de lrsquoapprentissage ndash font que lrsquoeacutevaluation est une chose complexe
Les systegravemes et soutiens qui peuvent aider les enseignants agrave geacuterer lrsquoeacutevaluation comprennent bull se deacutefaire des moyens inefficaces drsquoeacutevaluationbull utiliser des approches qui font gagner du temps bull partager la chargebull tirer parti de la technologiebull mettre en place des systegravemes pour consigner les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluation
On discute de ces suggestions de faccedilon plus deacutetailleacutee dans la section suivante
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Se deacutefaire des moyens inefficaces drsquoeacutevaluationLes enseignants doivent remettre en question lrsquoefficaciteacute par exemple de la reacutedaction de longs commentaires sur lrsquoeacutevaluation sommative des projets des eacutelegraveves Des observations deacutetailleacutees sont preacutefeacuterables bull si elles sont donneacutees en tant qursquoeacutevaluation formative lorsque les eacutelegraveves peuvent se servir
immeacutediatement de la reacutetroactionbull si elles sont communiqueacutees verbalement lors de confeacuterences ce qui donne des occasions de
discussions entre lrsquoenseignant et lrsquoeacutelegraveve
Le temps consacreacute agrave lrsquoeacutevaluation doit ecirctre un temps drsquoapprentissage tant pour lrsquoenseignant que lrsquoeacutelegraveve
Utiliser des approches qui font gagner du tempsDe nombreux outils drsquoeacutevaluation efficaces permettent de gagner du temps Lrsquoeacutelaboration de listes de controcircle et de rubriques prend beaucoup de temps cependant des rubriques bien reacutedigeacutees peuvent eacuteliminer la neacutecessiteacute de reacutediger des commentaires exhaustifs et peuvent signifier que les performances de lrsquoeacutelegraveve peuvent ecirctre eacutevalueacutees en grande partie pendant le temps de classe
Partager la chargeBien que la responsabiliteacute ultime en ce qui concerne lrsquoeacutevaluation revient agrave lrsquoenseignant lrsquoautoeacutevaluation par lrsquoeacutelegraveve fournit eacutegalement une mine de renseignements Collaborer avec les eacutelegraveves pour produire des critegraveres drsquoeacutevaluation fait partie drsquoun enseignement efficace Les eacutelegraveves de la 12e anneacutee peuvent eacutelaborer des listes de controcircle et garder des exemplaires de leurs propres objectifs dans une reliure pour des confeacuterences peacuteriodiques Des eacutelegraveves pourraient ecirctre precircts agrave fournir des eacutechantillons de travail qui serviraient de modegraveles dans drsquoautres classes
La collaboration avec drsquoautres enseignants pour la creacuteation drsquooutils drsquoeacutevaluation permet de gagner du temps et donne des occasions de discuter des critegraveres drsquoeacutevaluation
Tirer parti de la technologieLes outils eacutelectroniques (par exemple les enregistrements audio et videacuteo et les fichiers informatiques) peuvent aider les enseignants agrave formuler et consigner des observations
Mettre en place des systegravemes pour consigner les renseignements deacutecoulant de lrsquoeacutevaluationRecueillir des donneacutees des observations des eacutelegraveves est particuliegraverement compliqueacute pour les enseignants des derniegraveres anneacutees du secondaire qui peuvent enseigner agrave plusieurs classes drsquoeacutelegraveves au cours drsquoun semestre ou drsquoune session Les enseignants pourraient vouloir identifier un groupe drsquoeacutelegraveves dans chaque classe qui ferait lrsquoobjet drsquoune observation chaque semaine Des reliures des fiches des bases de donneacutees eacutelectroniques sont des outils utiles pour consigner des donneacutees tout comme les notes autocollantes consignant de bregraveves observations sur les dossiers des eacutelegraveves que lrsquoon peut par la suite transformer en rapports anecdotiques
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Les enseignants pourraient eacutegalement vouloir mettre au point des formulaires complets pour inscrire les objectifs drsquoapprentissage prescrits et pour consigner les donneacutees
Cette faccedilon de voir lrsquoeacutevaluation efficace en sciences au Manitoba est un reflet des changements survenus dans les points importants de lrsquoenseignement des sciences au niveau national et est conforme aux changements survenus agrave lrsquoeacutechelle internationale dans lrsquoenseignement des sciences Le tableau qui suit reacutesume un certain nombre des changements survenus dans le domaine de lrsquoeacutevaluation
Fig 9 ndash Aspects importants changeants dans lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Traduction drsquoun extrait du National Science Education Standards p 100 publieacute par la National Academy of Sciences
Aspects importants changeants dans lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves
Les normes National Science Education Standards tiennent compte des changements dans tous les systegravemes Les normes drsquoeacutevaluation englobent les changements suivants dans les aspects importants
MOINS DrsquoIMPORTANCE SUR Eacutevaluer ce qui est facilement mesureacute Eacutevaluer la connaissance discregravete Eacutevaluer la connaissance scientifique Eacutevaluer pour apprendre ce que les eacutelegraveves ne savent pas Eacutevaluer seulement les reacutealisations Eacutevaluations de fin de session par les enseignants Eacutelaboration drsquoeacutevaluations externes par des speacutecialistes de la mesure seulement
PLUS DrsquoIMPORTANCE SUR Eacutevaluer ce qui a le plus de valeur Eacutevaluer la connaissance riche bien structureacutee Eacutevaluer le raisonnement et la compreacutehension scientifique Eacutevaluer pour apprendre ce que les eacutelegraveves comprennent Eacutevaluer les reacutealisations et les occasions drsquoapprendre Les eacutelegraveves participent agrave une eacutevaluation continue de leur travail et de celui des autres Les enseignants participent agrave lrsquoeacutelaboration des eacutevaluations externes
Fig 9 ndash Aspects importants changeants dans lrsquoeacutevaluation de lrsquoapprentissage des eacutelegraveves Traduction drsquoun extrait du National Science Education Standards p 100 publieacute par la National Academy of Sciences
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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7 MISE EN ŒUVRE DE ChIMIE 12e ANNEacuteE
Les objectifs du programme drsquoeacutetudes de chimie 12e anneacutee
Demandez agrave vos eacutelegraveves de reacutepondre en une seule phrase agrave la question suivante laquo qursquoest-ce que la chimie raquo Les eacutelegraveves ont tendance agrave reacutepondre par la description drsquoexpeacuteriences veacutecues qui ont un rapport avec la chimie laquo la chimie crsquoest le mouvement des moleacutecules raquo laquo la chimie est lrsquoeacutetude de lrsquoeacutenergie et de la matiegravere raquo laquo la chimie crsquoest comme la physique avec beaucoup de matheacutematiques raquo ou de la perspective drsquoun enseignant laquo la chimie crsquoest comprendre des repreacutesentations particulaires qui ne sont pas visibles raquo Drsquoautres auront une reacuteponse plus geacuteneacuterale comme laquo la chimie est lrsquoeacutetude des composants de lrsquounivers raquo ou encore laquo la chimie est la science de toutes choses raquo
Les relations entre les matheacutematiques et la chimie sont preacutedominantes et les remarques suivantes sont freacutequentes laquo la chimie crsquoest des matheacutematiques raquo ou laquo la chimie crsquoest expliquer les choses simples du quotidien par des formules matheacutematiques complexes raquo Ces reacuteponses indiquent que certains eacutelegraveves voient les matheacutematiques comme lrsquoinstrument de la chimie Sans trop savoir ce qursquoest la chimie plusieurs considegraverent qursquoelle est deacuteterminante pour leur avenir
qursquoest-ce que la chimie Bien qursquoil puisse y avoir plusieurs reacuteponses un thegraveme commun ressort lorsqursquoon examine les diffeacuterentes branches de la chimie et les principes sous-jacents La chimie est lrsquoeacutetude de la composition des proprieacuteteacutes et du comportement de la matiegravere Elle comprend donc lrsquoeacutetude des relations dans le monde qui nous entoure Nous envisageons une laquo chose inteacuteressante raquo puis nous construisons des modegraveles afin drsquoen deacutefinir les caracteacuteristiques fondamentales et de deacutecrire comment celles-ci srsquoinfluencent mutuellement ou interagissent Ces relations nous permettent de preacutevoir le comportement drsquoautres laquo choses inteacuteressantes raquo dont les paramegravetres sont identiques ou semblables Lrsquoeacutetude des relations constitue une part tregraves importante de la chimie La difficulteacute que repreacutesente pour plusieurs lrsquoeacutetude de la chimie est que ces relations peuvent ecirctre repreacutesenteacutees de diffeacuterentes faccedilons mais dans un cours de chimie on utilise souvent uniquement le mode symbolique matheacutematique pour repreacutesenter ces relations
Il est important de bien comprendre ces modes et leurs relations afin de contribuer efficacement agrave lrsquoenseignement et agrave lrsquoapprentissage
Les modes de repreacutesentation
Le mode macroscopique (visuel)Prenons un exemple de lrsquoeacutetude des proprieacuteteacutes physiques des gaz lorsqursquoils sont soumis agrave des variations de pression pour illustrer les modes de repreacutesentation Un livre est placeacute sur un dispositif agrave seringue tel qursquoillustreacute agrave la figure 10 Si lrsquoon ajoute des livres on peut voir la relation entre la pression sur la seringue et la compression du gaz dans la seringue Crsquoest ce que lrsquoon appelle le mode de repreacutesentation macroscopique (visuel) drsquoune relation Son fondement se trouve dans le monde reacuteel et dans la perception que lrsquoon a de ce monde
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Fig 10 ndash Mode de repreacutesentation macroscopique
La repreacutesentation macroscopique (visuelle) consiste agrave eacutetablir une relation entre deux variables et agrave veacuterifier lrsquohypothegravese par lrsquoobservation et lrsquoexpeacuterimentation Dans le cas preacutesent agrave mesure que la force sur la seringue augmente avec lrsquoajout de livres le piston de la seringue se deacuteplace vers le bas Il est mecircme possible parfois drsquoeacutetablir la relation exacte Pour ce cas on peut placer une ligne droite hypotheacutetique le long des seringues pour repreacutesenter la relation
La repreacutesentation visuelle nrsquoenglobe pas uniquement la conjecture et lrsquoobservation elle comprend aussi lrsquoesprit critique et la penseacutee creacuteative agrave mesure que lrsquoon construit et modifie les modegraveles naturels agrave la base des observations Plus la pression exerceacutee est grande plus le volume diminue La conceptualisation du monde laquo reacuteel raquo repose sur un ensemble drsquohypothegraveses que lrsquoon croit fondeacutees On peut inteacuterioriser un modegravele pour faciliter cette conceptualisation puis effectuer diffeacuterentes expeacuteriences pour en veacuterifier lrsquoexactitude Le modegravele efficace est celui qui permet agrave la fois drsquoexpliquer et de preacutevoir un pheacutenomegravene Un modegravele peut entraicircner des eacuteveacutenements contradictoires qui obligent agrave le reconsideacuterer et agrave le modifier ou un modegravele peut ecirctre fausseacute et doit alors ecirctre abandonneacute en faveur de lrsquoeacutelaboration drsquoun autre plus complet et plus preacutecis Par exemple le modegravele de la charge eacutelectrique sous-tend lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes eacutelectriques Le modegravele par fluide et particules de la charge eacutelectrique a toujours eacuteteacute veacuterifieacute par lrsquoobservation expeacuterimentale Cependant agrave mesure que les ideacutees sur la structure de la matiegravere eacutevoluent on constate que le modegravele fondeacute sur les particules permet des preacutevisions et des explications plus fiables
Bien que lrsquoon puisse formuler une description geacuteneacuterale des relations (plus la pression exerceacutee est grande plus le volume diminue) on ne peut pas toujours eacutetablir une relation exacte par la repreacutesentation macroscopique Il faut donc quantifier les caracteacuteristiques et comparer les chiffres Crsquoest ce que lrsquoon appelle le mode de repreacutesentation numeacuterique
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Le mode numeacuteriqueLe mode de repreacutesentation numeacuterique consiste agrave formuler une deacutefinition fonctionnelle des proprieacuteteacutes fondamentales et agrave effectuer des mesures afin de recueillir des donneacutees Dans le cas preacutesent la pression exerceacutee sur le gaz est deacutefinie de faccedilon pratique comme laquo la variation de la position du piston de la seringue raquo et est quelque chose qursquoon peut facilement observer Srsquoil nrsquoy a aucune pression il nrsquoy a aucun changement dans la position du piston Une augmentation de la force cause une augmentation de la pression exerceacutee sur le gaz dans la seringue
On peut ensuite eacutetudier ces donneacutees et eacutetablir une relation exacte Lrsquoutilisation du mode numeacuterique neacutecessite une bonne compreacutehension des rapports de proportion et des modegraveles numeacuteriques (par exemple si la pression [P] double le volume [V] est reacuteduit de moitieacute et si P triple V est reacuteduit agrave un tiers de sa valeur originale nous avons donc un rapport de proportion direct permettant drsquoeacutenoncer une loi) Dans la plupart des cas cependant la cueillette de donneacutees entraicircne des erreurs Il peut ecirctre tregraves difficile drsquoeacutetablir la relation en eacutetudiant uniquement les donneacutees Par contre une image vaut mille chiffres La repreacutesentation graphique des donneacutees permet habituellement de mieux eacutetablir la relation
Le tableau de donneacutees ci-dessous est un exemple drsquoune repreacutesentation numeacuterique dans ce cas la relation inverse entre la pression exerceacutee sur un gaz et le volume de ce dernier
Fig 11 ndash Mode de repreacutesentation numeacuterique
Le mode graphique Le mode de repreacutesentation graphique constitue une image matheacutematique de la relation Heureusement il suffit de connaicirctre un nombre limiteacute de figures pour eacutetablir les relations En fait au secondaire on a besoin de connaicirctre uniquement trois repreacutesentations graphiques soit la ligne droite la courbe de puissance et la courbe inverseacutee En ajustant les donneacutees pour laquo redresser la courbe raquo on peut eacutetablir la relation exacte et formuler une loi que lrsquoon peut repreacutesenter de faccedilon symbolique
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Fig 12 ndash Mode de repreacutesentation graphique
En chimie un bon exemple de la puissance du mode graphique est la relation entre le volume drsquoun gaz et la pression qursquoil exerce sur les parois drsquoun contenant Nous appelons cette relation la loi de Boyle-Mariotte
On remarque deux choses lorsqursquoon examine cette laquo image raquo Premiegraverement la relation entre le volume et la pression est inverse (agrave mesure qursquoune des variables augmente lrsquoautre diminue) Deuxiegravemement cette relation inverse nrsquoest pas directe crsquoest-agrave-dire qursquoil ne srsquoagit pas drsquoune relation lineacuteaire On ne peut pas srsquoattendre agrave ce que le volume ou la pression puisse augmenter ou diminuer indeacutefiniment En laquo redressant raquo la courbe on peut deacuteterminer la loi physique qui explique ce comportement des gaz sous pression Cette technique relie les modes de repreacutesentation graphique et symbolique
La forme de la courbe indique qursquoil srsquoagit drsquoune relation inverse crsquoest-agrave-dire que si la pression du gaz augmente son volume diminue (V prop 1Pn ) Si nous donnons une valeur de 1 agrave laquo n raquo voici le tableau de donneacutees et le graphique qui vont en reacutesulter
Fig 13 ndash Volume drsquoun gaz en fonction de la pression
Volume en fonction de 1P
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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La courbe reacutesultante est une droite donc on peut conclure que la relation inversement proportionnelle est la suivante
V prop 1P
Le mode symbolique Enfin le mode de repreacutesentation symbolique consiste agrave exprimer la relation par une formule algeacutebrique pouvant srsquoappliquer agrave drsquoautres pheacutenomegravenes physiques de nature semblable Si lrsquoon continue avec notre exemple utilisant la loi de Boyle-Mariotte une fois qursquoon a identifieacute la relation de proportionnaliteacute on peut la transformer en eacutequation matheacutematique repreacutesentant la loi de Boyle On remplace le symbole de proportionnaliteacute (prop) par un signe drsquoeacutegaliteacute (=) et un coefficient de proportionnaliteacute constant qursquoon deacutefinit habituellement par la lettre k Pour une relation directe y prop x deviendrait y = kx Pour notre relation inversement proportionnelle V prop 1P deviendrait
V = k 1POn peut deacuteterminer la valeur numeacuterique du coefficient de proportionnaliteacute en calculant la pente de la droite
Le mode particulaireEn chimie on utilise un 5e mode de repreacutesentation le mode particulaire Les eacutelegraveves devraient modeler des pheacutenomegravenes chimiques de faccedilon reacuteguliegravere Ceci peut inclure des modegraveles moleacuteculaires avec sphegraveres coloreacutees et bacirctonnets ou ressorts des simulations sur ordinateur ou des dessins pour repreacutesenter des eacuteveacutenements qui ne peuvent pas ecirctre observeacutes Par exemple on pourrait repreacutesenter un eacutechantillon de gaz qui subit une augmentation de pression de cette faccedilon
Fig 14 ndash Mode de repreacutesentation particulaire
Lrsquoimportance des modes de repreacutesentationIl est facile de se limiter agrave un seul mode de repreacutesentation surtout le mode symbolique Les eacutelegraveves se plaignent souvent du nombre de calculs qursquoils doivent faire dans leur classe de chimie ou srsquointerrogent sur leur utiliteacute Ils meacutemorisent consciencieusement les eacutequations et les notations apprennent agrave substituer les variables et arrivent agrave des solutions numeacuteriques
qursquoest-ce qui arrive aux particules de gaz
Augmentation de la pression
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Eacutelegraveves et enseignants sont facilement pris au piegravege de la repreacutesentation symbolique Lrsquoenseignement par le mode symbolique est facile car il ne neacutecessite aucune preacuteparation sinon tregraves peu Lrsquoenseignant verseacute en matheacutematiques nrsquoa qursquoagrave effectuer des deacuterivations algeacutebriques des eacutequations
Ce traitement laquo hors contexte raquo des relations entre variables physiques (mode macroscopique) et mode symbolique pose des difficulteacutes eacutenormes pour certains eacutelegraveves y compris ceux qui semblent forts en matheacutematiques
Il est difficile de faire hors contexte des liens significatifs entre le mode de repreacutesentation symbolique et le mode de repreacutesentation physique et conceptuel Il est probable que la formation en chimie qursquoont reccedilue les enseignants ait eacuteteacute fondeacutee principalement sur le mode symbolique et que ces derniers nrsquoaient jamais vraiment surmonteacute leurs propres difficulteacutes de conceptualisation Les eacutelegraveves agrave qui lrsquoon a enseigneacute la chimie par le mode de repreacutesentation symbolique sont en mesure de formuler des reacuteponses toutes faites mais il est rare qursquoils comprennent la chimie ou qursquoils en retiennent les concepts En fait leurs difficulteacutes relegravevent rarement de la chimie comme telle la confusion eacutemerge des notations des types drsquoeacutequations semblables des diffeacuterentes repreacutesentations algeacutebriques des formules et des calculs Les taux de reacuteussite diminuent degraves qursquoil faut faire appel agrave des concepts physiques comme dans le cas des problegravemes sous forme drsquoeacutenonceacutes plus complexes Des recherches effectueacutees dans le domaine de lrsquoenseignement de la chimie indiquent que mecircme les eacutelegraveves avanceacutes ne peuvent fonctionner avec le mode physique et conceptuel Cela nrsquoa eacutevidemment rien drsquoeacutetonnant si lrsquoenseignement est axeacute presque exclusivement sur le mode symbolique
Lrsquoenseignant et lrsquoeacutelegraveve doivent acqueacuterir une compreacutehension plus complegravete des relations et ameacuteliorer leurs compeacutetences dans chaque mode de repreacutesentation Lrsquoeacutelegraveve devrait pouvoir passer facilement drsquoun mode agrave lrsquoautre sans qursquoil le fasse dans un ordre preacutecis Un laquo vrai scientifique raquo peut commencer ses recherches dans un mode de repreacutesentation quelconque et poursuivre en combinant ce mode agrave drsquoautres Lrsquoeacutelegraveve qui deacutemontre une compreacutehension complegravete des relations physiques et conceptuelles devrait ecirctre en mesure de passer drsquoun mode agrave lrsquoautre quel qursquoen soit lrsquoordre
Bien que lrsquoaptitude agrave utiliser les diffeacuterents modes de repreacutesentation constitue une base solide pour lrsquoapprentissage des sciences de la nature elle ne suffit pas agrave elle seule agrave deacutecrire la nature de lrsquoactiviteacute scientifique Au moment de lrsquoeacutelaboration de sa theacuteorie de la relativiteacute Einstein a conceptualiseacute une hypothegravese puis agrave partir de preacutesomptions fondamentales sur le temps et lrsquoespace il en a deacuteduit une seacuterie de lois repreacutesenteacutees en mode symbolique Il a laisseacute agrave drsquoautres le soin de faire les observations pour confirmer ou infirmer ses propositions Le recul historique et une compreacutehension de lrsquoessence mecircme des sciences de la nature megraveneront agrave une philosophie mieux adapteacutee agrave lrsquoenseignement de la chimie
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Sommaire des modes de repreacutesentation pour les enseignants de chimie
Macroscopique (visuel) encourager les eacutelegraveves agrave discuter de ce qursquoils voient et vivent
Numeacuterique utiliser des donneacutees recueillies par les eacutelegraveves ndash toujours dans un contexte drsquoactiviteacute
Graphique demander aux eacutelegraveves de construire des graphiques et clarifier qursquoil srsquoagit drsquoune laquo image des donneacutees raquo et non drsquoune laquo image reacuteelle raquo
Symbolique mettre lrsquoaccent sur la compreacutehension du concept et ensuite preacutesenter les eacutequations sous forme de deacutefinitions Ensuite reacutesoudre des problegravemes laquo type raquo agrave lrsquoaide des eacutequations matheacutematiques
Particulaire utiliser reacuteguliegraverement des modegraveles physiques qui expliquent ou illustrent le monde des structures des proprieacuteteacutes et des comportements des moleacutecules qui est invisible agrave lrsquoœil nu Tenter de faire les liens entre les observations au niveau macroscopique et ce qui se deacuteroule au niveau particulaire
Vers une philosophie drsquoenseignement en chimie
Enseigner chimie 12e anneacutee en se concentrant sur des concepts ainsi que des processus devrait naturellement preacutevoir lrsquoutilisation drsquoun eacuteventail de strateacutegies peacutedagogiques notamment la collecte et lrsquoanalyse de donneacutees de travaux faits en laboratoire et sur le terrain lrsquoenseignement collectif et individuel un eacuteventail de techniques de questionnement des activiteacutes lieacutees agrave la prise de deacutecisions et agrave la reacutesolution de problegravemes ainsi qursquoune approche de lrsquoapprentissage fondeacutee sur les ressources La programmation en sciences au secondaire devrait favoriser les habileteacutes en matiegravere de penseacutee critique et promouvoir lrsquointeacutegration des connaissances et lrsquoapplication des faits agrave des situations reacuteelles Des notions scientifiques provenant drsquoautres cours de sciences au secondaire peuvent devenir partie inteacutegrante de la matiegravere agrave mesure que se deacuteveloppe le cours de chimie 12e anneacutee Il srsquoagit drsquoun moyen utile et preacutecieux de renforcer et de valider ces notions comme ayant des applications pertinentes et contextuelles
En geacuteneacuteral on devrait enseigner la chimie comme une faccedilon de penser qui comporte des regravegles pour juger de la validiteacute des reacuteponses applicables agrave la vie de tous les jours On devrait preacutesenter la science comme une activiteacute humaine intense remplie drsquoessais et drsquoerreurs qui subit lrsquoinfluence des perspectives et des prioriteacutes culturelles Le mythe de lrsquoobjectiviteacute totale qui srsquoinsinue souvent dans le dialogue doit eacutegalement ecirctre exposeacute Dans les sciences de la nature on ne considegravere plus la veacuteriteacute comme une reacutealiteacute objective attendant drsquoecirctre deacutecouverte on la place plutocirct dans le contexte de quelque chose que lrsquoon doit toujours rechercher Compte tenu de la nature provisoire des connaissances actuelles la laquo veacuteriteacute scientifique raquo nrsquoest pas un objectif que lrsquoon peut atteindre de faccedilon absolue
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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On devrait encourager les eacutelegraveves agrave faire des distinctions entre ce qui est observable et veacuterifiable ainsi qursquoentre les deacuteductions abstraites les modegraveles et les thegravemes qui deacutecoulent de lrsquoeacutevolution de la penseacutee et de la recherche scientifique
Il faut eacutegalement inteacutegrer les connaissances conceptuelles en sciences aux principes drsquoautres disciplines Les reacutepercussions sociales historiques et politiques doivent ecirctre incluses et les eacutelegraveves doivent avoir lrsquooccasion drsquoacqueacuterir une faciliteacute de communiquer efficacement les ideacutees de vive voix et par eacutecrit Enfin on devrait donner aux eacutelegraveves lrsquooccasion de se sensibiliser aux options qui leur sont offertes en fait de carriegraveres et de professions dans la vaste diversiteacute des sciences
Chimie 12e anneacutee en tant qursquoune composante de toute lrsquoexpeacuterience peacutedagogique des jeunes les preacuteparera agrave une existence complegravete et combleacutee Ce cours maintiendra et suscitera la curiositeacute des jeunes envers le monde naturel qui les entoure et leur donnera confiance dans leur capaciteacute drsquoen examiner le comportement maintenant et agrave lrsquoavenir Le cours cherche agrave favoriser un sentiment drsquoeacutemerveillement drsquoenthousiasme et drsquointeacuterecirct dans les sciences de faccedilon agrave ce que les jeunes srsquoestiment confiants et compeacutetents de srsquoimpliquer dans des solutions et des applications technologiques et scientifiques de tous les jours
Agrave mesure que les eacutelegraveves eacutetudieront un eacuteventail de sujets gracircce agrave divers thegravemes en chimie ils acquerront une compreacutehension vaste et geacuteneacuterale des ideacutees importantes et des cadres explicatifs de cette matiegravere ainsi que des proceacutedures de lrsquoenquecircte scientifique qui ont eu une incidence importante sur notre environnement mateacuteriel et notre culture Ils sauront pourquoi ces ideacutees sont valoriseacutees et connaicirctront la justification qui sous-tend les deacutecisions qursquoils pourraient vouloir prendre ou se faire conseiller de prendre dans des contextes quotidiens tant maintenant que plus tard Ils seront eacutegalement en mesure de comprendre les rapports dans les meacutedias sur des questions comportant une composante scientifique et aussi de reacuteagir de faccedilon critique Ils se sentiront habiliteacutes agrave avoir et agrave exprimer un point de vue personnel sur des questions comportant une composante scientifique qui fait lrsquoobjet de deacutebats publics et peut-ecirctre agrave srsquoimpliquer activement dans certaines de ces questions (Millar et Osborne 2008)
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Les reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques (RAS)
Les reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques deacutecoulent des reacutesultats geacuteneacuteraux et se veulent des descripteurs concis et preacutecis de lrsquoapprentissage scientifique de chaque eacutelegraveve On distingue deux types de RAS en sciences soit les RAS transversaux et les RAS theacutematiques Ces deux cateacutegories de RAS sont drsquoimportance eacutegale
Les RAS transversaux sont des eacutenonceacutes qui deacutecrivent surtout des habileteacutes et des attitudes agrave acqueacuterir au cours de lrsquoanneacutee scolaire Chaque RAS transversal est eacutenonceacute de faccedilon agrave pouvoir ecirctre enseigneacute dans un ou plusieurs contextes tout au long de lrsquoanneacutee
Les cateacutegories de RAS transversaux
1 Deacutemonstration de la compreacutehension 5 Nature de la science 2 Eacutetude scientifique 6 STSE3 Recherche et communication 7 Attitudes4 Travail en groupe
LesRAS theacutematiques sont des eacutenonceacutes qui deacutecrivent en grande partie des connaissances scientifiques quoiqursquoils touchent aussi agrave de nombreuses habileteacutes et attitudes contextuelles Les RAS srsquoagencent autour de thegravemes particuliers Lrsquoordre de preacutesentation qui est offert dans le Document de mise en œuvre nrsquoest pas obligatoire mais il constitue une progression logique de la construction des savoirs de lrsquoeacutelegraveve dans le cours de chimie
En chimie 12e anneacutee six grands thegravemes appeleacutes regroupements theacutematiques servent agrave orienter lrsquoenseignement chaque regroupement est constitueacute drsquoun ensemble de RAS theacutematiques Pour ce qui est des RAS transversaux ils sont preacutesenteacutes dans le regroupement transversal (dont le numeacutero est 0) La figure 16 permet de voir drsquoun coup drsquoœil tous les regroupements de la maternelle agrave la 11e anneacutee
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Fig 15 ndash Regroupements theacutematiques de la maternelle agrave la 11e anneacutee
Hab
ileteacute
s et
atti
tude
s (agrave
inteacute
grer
aux
aut
res
regr
oupe
men
ts)
Regroupement 0 Regroupement 1 Regroupement 2 Regroupement 3 Regroupement 4
maternelle Les arbres Les couleurs Le papier ---
1re anneacutee
Les caracteacuteristiques
et les besoins des ecirctres vivants
Les sens
Les caracteacuteristiques des objets et des
mateacuteriaux
Les changements quotidiens et saisonniers
2e anneacutee
La croissance et les
changements chez les
animaux
Les proprieacuteteacutes des solides des
liquides et des gaz
La position et le mouvement
Lrsquoair et lrsquoeaudans
lrsquoenvironnement
3e anneacutee
La croissance et les
changements chez les
plantes
Les mateacuteriaux et les
structures
Les forces quiattirent ourepoussent
Les sols danslrsquoenvironnement
4e anneacuteeLes habitats et
lescommunauteacutes
La lumiegravere Le sonLes roches les
mineacuteraux et lrsquoeacutero-sion
5e anneacuteeLe maintien
drsquoun corps enbonne santeacute
Les proprieacuteteacuteset les
changements des substances
Les forces et les machines
simplesLe temps qursquoil fait
6e anneacuteeLa diversiteacutedes ecirctresvivants
Le vol Lrsquoeacutelectriciteacute Lrsquoexploration du systegraveme solaire
7e anneacuteeLes inteacuteractions
au sein deseacutecosystegravemes
La theacuteorieparticulaire de
la matiegravere
Les forces et les structures
La croucircteterrestre
8e anneacutee Des cellulesaux systegravemes Lrsquooptique Les fluides Les systegravemes
hydrographiques
9e anneacutee La reproduction
Les atomes et les eacuteleacutements
La nature de lrsquoeacutelectriciteacute
Lrsquoexploration de lrsquoUnivers
10e anneacuteeLa dynamique
drsquoun eacutecosystegraveme
Les reacuteactions chimiques
Le mouvement de lrsquoautomobile
La dynamiquedes pheacutenomegravenesmeacuteteacuteorologiques
11e anneacutee Regroupements Les proprieacuteteacutes physiques de la matiegravere les gaz et lrsquoatmosphegravere les reacuteactions chimiques les solutions la chimie organique
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Les preacutecisions qui accompagnent les RASIl arrive que lrsquoeacutenonceacute drsquoun RAS transversal ou theacutematique ne soit pas suffisamment deacutetailleacute et que des preacutecisions suppleacutementaires srsquoimposent Un contenu notionnel obligatoire est alors preacuteceacutedeacute par la mention laquo entre autres raquo dans le RAS Lrsquoinclusion drsquoun laquo entre autres raquo ne limite pas lrsquoapprentissage agrave ce contenu notionnel mais elle en preacutecise le minimum (ou le contenu notionnel commun) obligatoire drsquoun RAS Par ailleurs la mention laquo par exemple raquo preacutecise eacutegalement la nature du contenu notionnel et permet agrave lrsquoenseignant de mieux cerner lrsquointention du RAS sans toutefois exiger que ce soit les exemples fournis qui doivent ecirctre enseigneacutes
Alors que les laquo entre autres raquo sont eacutecrits dans le mecircme style que lrsquoeacutenonceacute principal des RAS les laquo par exemple raquo sont en italique pour bien souligner le fait qursquoils nrsquoont pas le statut obligatoire de lrsquoeacutenonceacute principal
Un renvoi figure sous chacun des RAS transversaux et theacutematiques qui les relie aux reacutesultats drsquoapprentissage geacuteneacuteraux (RAG) dont ils srsquoinspirent Lrsquoenseignant peut davantage cerner lrsquoesprit dans lequel a eacuteteacute reacutedigeacute un RAS en consultant les RAG viseacutes par le renvoi
La codification des RASEn sciences de la nature chaque RAS transversal est codifieacute selon
bull lrsquoanneacutee scolairebull le regroupement (tous les RAS transversaux appartiennent au regroupement 0)bull la cateacutegoriebull lrsquoordre de preacutesentation du RAS (cet ordre est facultatif)
Les RAS theacutematiques sont eux aussi codifieacutes selon
bull lrsquoanneacutee scolairebull le regroupement theacutematique (1 2 3 4 5 ou 6)bull lrsquoordre de preacutesentation du RAS (cet ordre est facultatif)
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Mode drsquoemploi pour la lecture des RAS theacutematiques
Mode drsquoemploi pour la lecture des RAS transversaux
Exemples de RAS theacutematiques
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave C12-2-01 deacutecrire qualitativement le spectre eacutelectromagneacutetique en termes de freacutequence de longueurs drsquoonde et drsquoeacutenergie RAG D3 C12-2-02 reconnaicirctre par lrsquoobservation directe que les eacuteleacutements ont
un spectre de raies unique entre autres au moyen de la coloration de flamme de
tubes agrave deacutecharge gazeuse drsquoun spectroscope ou drsquoun reacuteseau de diffraction
RAG C2 D3
C12-2-03 deacutecrire des applications etou des occurrences naturelles de spectres de raies
par exemple lrsquoastronomie les aurores boreacuteales les feux drsquoartifice les lumiegraveres au neacuteon RAG C5 A5
eacutenonceacute preacuteceacutedant chaque RAS
par exemple ce contenu notionnel est facultatif ndash il est indiqueacute en italiques
renvoi aux RAG
codification drsquoun RAS theacutematique
C12-2-01
C11-2-01
matiegravere et anneacutee scolaire
regroupement
ordre de preacutesentation
entre autres ce contenu notionnel est obligatoire
Exemples de RAS theacutematiques
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave Eacutetude scientifique C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des
donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes RAG C2
C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise
entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre RAG C1 C2
C12-0-S4 seacutelectionner et utiliser lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire
par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2
eacutenonceacute preacuteceacutedant chaque RAS
par exemple ce contenu notionnel est facultatif ndash il est indiqueacute en italiques
renvoi aux RAG
entre autres ce contenu notionnel est obligatoire
codification drsquoun RAS transversal
C12-0-S2
C11-0-S2
matiegravere et anneacutee scolaire
regroupement
ordre de preacutesentation
cateacutegorie
cateacutegorie
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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Organisation geacuteneacuterale du document
Le preacutesent document comprend outre la section drsquoIntroduction geacuteneacuterale six modules qui correspondent aux six regroupements (thegravemes) cibleacutes en chimie 12e anneacutee
bull Lesreacuteactionsensolutionaqueusebull Lastructureatomiquebull Lacineacutetiquebull Lrsquoeacutequilibrechimiquebull Lesacidesetlesbasesbull Lrsquoeacutelectrochimie
Ces modules peuvent ecirctre utiliseacutes indeacutependamment des autres et lrsquoordre dans lequel ils sont preacutesenteacutes est facultatif De nombreux indices servent agrave reconnaicirctre les modules
bull le numeacutero et le titre du regroupement theacutematique sont indiqueacutes au haut de chaque pagebull le premier chiffre de la pagination correspond au numeacutero du regroupementbull lrsquoicocircne particuliegravere au regroupement figure en bas de chaque page
Contenu drsquoun module theacutematiqueChaque module theacutematique comprend les eacuteleacutements suivants
bull un aperccedilu du regroupement theacutematiquebull des conseils drsquoordre geacuteneacuteral qui portent sur des consideacuterations pratiques dont
lrsquoenseignant devra tenir compte dans la planification de son coursbull un tableau des blocs drsquoenseignement ainsi qursquoune suggestion du temps agrave accorder agrave
chacun des blocsbull une liste des ressources eacuteducatives pour lrsquoenseignant notamment des livres divers
imprimeacutes des DVD des applications mobiles et des sites Webbull une liste des reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques pour le regroupement theacutematiquebull une liste des reacutesultats drsquoapprentissage speacutecifiques transversauxbull des strateacutegies drsquoenseignement et drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees pour chaque bloc drsquoenseignementbull des annexes reproductibles agrave lrsquointention de lrsquoenseignant et des eacutelegraveves
Les blocs drsquoenseignementLes blocs drsquoenseignement sont des ensembles de RAS parmi lesquels on retrouve des RAS theacutematiques propres au regroupement dont il est question ainsi que des RAS transversaux qui y sont jumeleacutes Pour chaque bloc drsquoenseignement au moins une strateacutegie drsquoenseignement et au moins une strateacutegie drsquoeacutevaluation sont suggeacutereacutees
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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Les strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacuteesChaque bloc drsquoenseignement comprend une section
bull En tecircte suggestions pour mettre en contexte les apprentissages viseacutes activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves ou stimuler lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves
bull Enquecircte suggestions qui visent lrsquoacquisition drsquoattitudes drsquohabileteacutes et de connaissances que repreacutesentent les RAS du bloc drsquoenseignement
bull Enfin suggestions qui encouragent lrsquoobjectivation la reacuteflexion la meacutetacognition ou le reacuteinvestissement
Une strateacutegie drsquoenseignement peut aussi comprendre une section
bull En plus suggestions qui deacutepassent lrsquointention des RAS de ce niveau mais qui peuvent neacuteanmoins enrichir lrsquoapprentissage des eacutelegraveves et stimuler de nouvelles reacuteflexions
Les strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacuteesLes strateacutegies drsquoeacutevaluation sont placeacutees apregraves les strateacutegies drsquoenseignement
La planification en sciencesLe Ministegravere a conccedilu le programme drsquoeacutetudes de chimie 12e anneacutee en fonction de 110 heures drsquoenseignement Selon les diverses modaliteacutes scolaires le cours srsquoeacutechelonne sur un ou deux semestres
Les encadreacutesDivers encadreacutes accompagnent les strateacutegies drsquoenseignement Ils offrent bull des preacutecisions quant aux notions scientifiques agrave enseignerbull des avis de nature plutocirct peacutedagogiquebull des renvois agrave des annexes ou agrave des ressources eacuteducatives utilesbull drsquoautres renseignements ou mises en garde susceptibles drsquointeacuteresser lrsquoenseignant
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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La matiegravere et lrsquoanneacutee scolaire sont indiqueacutees au haut de la page
LrsquoEacuteQUILIBRE CHIMIQUE Chimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-4-01 lier le concept drsquoeacutequilibre aux systegravemes physiques et chimiques entre autres les conditions neacutecessaires pour atteindre lrsquoeacutequilibre RAG D3 D4 E2
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une
autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs
RAG D3
Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte
DeacutemonstrationPreacutesenter ce thegraveme agrave lrsquoaide drsquoune deacutemonstration de la reacuteversibiliteacute des reacuteactions chimiques La deacutemonstration classique de la laquo bouteille bleue raquo est un outil visuel tregraves efficace pour illustrer une reacuteaction reacuteversible (voir Chimie 12 STSE p 419) Dans un flacon Erlenmeyer de 1000 mL dissoudre 14 g de NaOH dans 700 mL drsquoeau distilleacutee Ajouter 14 g de dextrose (ou de glucose) et 1 mL de bleu de meacutethylegravene agrave la solution de NaOH Bien fermer le flacon Erlenmeyer agrave lrsquoaide drsquoun bouchon Secouer vigoureusement et la solution deviendra bleue Laisser reposer et la couleur disparaicirctra Ce systegraveme met en jeu lrsquooxydation du dextose(ou du glucose) par lrsquooxygegravene (provoqueacutee par lrsquoagitation du flacon) le bleu de meacutethylegravene agissant comme catalyseur de la reacuteaction Inviter les eacutelegraveves agrave deacutecrire la reacuteaction dans le flacon et agrave deviner pourquoi la solution nrsquoest pas resteacutee bleue
Bloc A Lrsquoeacutequilibre physique et chimique
En sciences de 9e anneacutee les eacutelegraveves ont appris la diffeacuterence entre les changements physiques et les changements chimiques Dans le cours de chimie de 11e anneacutee ils ont eacuteteacute initieacutes au concept drsquoeacutequilibre par rapport aux vitesses drsquoeacutevaporation et de condensation drsquoun liquide dans un contenant fermeacute Ils ont eacutegalement eacutelaboreacute des analogies qui facilitent la compreacutehension du concept
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALE Chimie12e anneacutee
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La section laquo En quecircte raquo correspond agrave lrsquoactiviteacute
La section laquo En fin raquo correspond agrave la postactiviteacute La numeacuterotation agrave lrsquointeacuterieur de la section indique des options une seule option suffit pour compleacuteter la strateacutegie drsquoenseignement Pour la section laquo En plus raquo la numeacuterotation indique aussi des options mais celles-ci vont au-delagrave des RAS du bloc
LrsquoEacuteQUILIBRE CHIMIQUEChimie12e anneacutee
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Une eacutelegraveve ajoute un desseacutechant pour eacuteliminer lrsquoeau afin drsquoaccroicirctre la production drsquoessence de banane Est-ce une bonne strateacutegie Expliquez votre reacuteponse (Lrsquoajout drsquoun agent desseacutechant diminue la
quantiteacute drsquoeau preacutesente dans le systegraveme Pour reacuteduire le stress et reacutetablir lrsquoeacutequilibre il faut favoriser la formation de produits Donc lrsquoajout drsquoun agent desseacutechant est une meacutethode logique pour augmenter la production drsquoaceacutetate de pentyle)
En quecircte
Projet de recherche Proposer aux eacutelegraveves de faire une recherche sur une application du principe de Le Chatelier Leur
demander de partager lrsquoinformation recueillie selon la meacutethode de leur choix (pex exposeacute oral affiche brochure informative) Deacuteterminer les critegraveres drsquoeacutevaluation en collaboration avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient comprendre des eacuteleacutements portant agrave la fois sur le contenu et la preacutesentation (voir lrsquoannexe 15 pour de lrsquoinformation sur des applications du principe de Le Chatelier)
En fin Demander aux eacutelegraveves de reacutefleacutechir agrave un exemple du principe de Le Chatelier tireacute de leur vie de
tous les jours ou dans des professions ougrave ce principe est appliqueacute Leur suggeacuterer de deacutecrire comment leur organisme peut atteacutenuer le stress qui lui est imposeacute lorsqursquoils grimpent une grosse montagne
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1 Eacutevaluer les projets de recherche en fonction des critegraveres eacutelaboreacutes avec les eacutelegraveves
2 Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave la question suivante - Lorsqursquoune personne prend votre photo vous pouvez voir une image laquo fantocircme raquo du flash pendant plusieurs minutes suivant la prise de la photo Expliquez ce pheacutenomegravene en parlant de la vitesse de la reacuteaction directe et de la reacuteaction inverse de la rhodopsine dans lrsquoœil (Lorsque le flash se deacuteclenche les photoreacutecepteurs dans lrsquoœil reacuteagissent rapidement agrave la lumiegravere eacuteblouissante Cependant comme la reacuteaction inverse est beaucoup plus lente et que lrsquointensiteacute du flash est eacuteleveacutee une image fantocircme peut ecirctre vue pendant plusieurs minutes la reacuteaction dans les photoreacutecepteurs prenant du temps agrave srsquoinverser)
INTRODUCTION GEacuteNEacuteRALEChimie12e anneacutee
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LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE
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LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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APERCcedilU DU REGROUPEMENT
Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront de faccedilon geacuteneacuterale les reacuteactions de preacutecipitation les reacuteactions entre les acides et les bases et les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction qui seront eacutetudieacutees plus en profondeur dans les regroupements 3 4 et 5 De plus ils eacutelaboreront une proceacutedure pour identifier un certain nombre de solutions inconnues
CONSEILS DrsquoORDRE GEacuteNEacuteRAL
En 9e anneacutee les eacutelegraveves ont deacutefini le terme preacutecipiteacute et ont reconnu la formation drsquoun preacutecipiteacute comme lrsquoun des indicateurs drsquoune reacuteaction chimique En 10e anneacutee ils ont appris agrave eacutecrire la formule de composeacutes ioniques binaires agrave nommer ces composeacutes et agrave eacutequilibrer des eacutequations chimiques en plus drsquoeacutetudier les reacuteactions de deacuteplacement double et la reacuteaction entre un acide et une base En chimie de 11e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave eacutecrire la formule et le nom de composeacutes polyatomiques en respectant la nomenclature de lrsquoUnion internationale de chimie pure et appliqueacutee Le processus de dissolution a aussi eacuteteacute eacutetudieacute en deacutetail en 11e anneacutee dans le regroupement des solutions
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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BLOCS DrsquoENSEIGNEMENT SUGGEacuteREacuteS
Afin de faciliter la preacutesentation des renseignements et des strateacutegies drsquoenseignement et drsquoeacutevaluation les RAS de ce regroupement ont eacuteteacute disposeacutes en blocs drsquoenseignement Il est agrave souligner que tout comme le regroupement lui-mecircme les blocs drsquoenseignement ne sont que des pistes suggeacutereacutees pour le deacuteroulement du cours de chimie Lrsquoenseignant peut choisir de structurer son cours et ses leccedilons en privileacutegiant une autre approche Les eacutelegraveves doivent cependant reacuteussir les RAS prescrits par le Ministegravere pour la chimie 12e anneacutee
Outre les RAS propres agrave ce regroupement plusieurs RAS transversaux de la chimie 12e anneacutee ont eacuteteacute rattacheacutes aux blocs afin drsquoillustrer comment ils peuvent ecirctre enseigneacutes pendant lrsquoanneacutee scolaire
Titre du bloc RAS inclus dans le bloc Dureacutee suggeacutereacutee
Bloc A La solubiliteacute et la preacutecipitation
C12-1-01 C12-1-02 C12-1-03 C12-0-C1 C12-0-S1 C12-0-S3C12-0-S5 C12-0-S7 C12-0-S9 C12-0-A1
35 h
Bloc B La neutralisationC12-1-04 C12-1-05 C12-1-06 C12-0-C1 C12-0-C2 C12-0-S5C12-0-S8
35 h
Bloc C Lrsquoidentification de solutions inconnuesC12-1-07 C12-0-S3 C12-0-S4 C12-0-S5 C12-0-S9 C12-0-A2 C12-0-G3
25 h
Bloc D Lrsquooxydation et la reacuteduction C12-1-08 C12-1-09 C12-0-C1 C12-0-C2 15 h
Bloc E Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction C12-1-10 C12-1-11 C12-0-C1 C12-0-C2 3 h
Bloc F Applications pratiques des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction
C12-1-12 C12-0-R1 C12-0-R2 C12-0-R3 C12-0-R5 C12-0-G1 C12-0-G2 C12-0-G3 C12-0-T1 C12-0-T2 C12-0-T3
4 h
Reacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 h
Nombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 19 agrave 20 h
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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RESSOURCES EacuteDUCATIvES POUR LrsquoENSEIGNANT
Vous trouverez ci-dessous une liste de ressources eacuteducatives qui se precirctent bien agrave ce regroupement Il est possible de se procurer la plupart de ces ressources agrave la Direction des ressources eacuteducatives franccedilaises (DREF) ou de les commander aupregraves du Centre de ressources drsquoapprentissage du Manitoba (CRA)
[R] indique une ressource recommandeacutee
LIvRES
[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97382)
[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97383)
[R] CLANCY Christina et al Chimie 12 STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 98878)
[R] EDWARDS Lois et al Chimie 12 STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 91609)
FLAMAND Eddy et Jean-Luc ALLARD Chimie geacuteneacuterale 2e eacutedition Mont-Royal Eacuted Modulo 2004 (DREF 541 F577c)
HILL John W et al Chimie geacuteneacuterale Saint-Laurent Eacuted du Renouveau peacutedagogique 2008 (DREF 541 H646c 2008)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96139)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Eacuted Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 97715)
[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire Une ressource didactique Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2000 (DREF PD 50712 E59 CRA 93965) [strateacutegies de peacutedagogie diffeacuterencieacutee]
[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LrsquoENSEIGNEMENT SUPEacuteRIEUR La seacutecuriteacute en sciences de la nature Un manuel ressource agrave lrsquointention des enseignants des eacutecoles et des
divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015(DREF PD37235 5446 CRA 98839)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc McGraw-Hill 2002 (DREF 540 C518c 11 CRA 91607)
[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2002 (DREF 540 C518c 11)
[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91609)
[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91610)
AUTRES IMPRIMEacuteS
LrsquoActualiteacute Eacuteditions Rogers Media Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 20 fois lrsquoan articles drsquoactualiteacute canadienne et internationale]
Deacutecouvrir la revue de la recherche Association francophone pour le savoir Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue bimestrielle de vulgarisation scientifique recherches canadiennes]
Pour la science Eacuted Beacutelin Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle version franccedilaise de la revue ameacutericaine Scientific American]
[R] Queacutebec Science La Revue Queacutebec Science Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 10 fois lrsquoan]
[R] Science et vie junior Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle excellente preacutesentation de divers dossiers scientifiques explications logiques avec beaucoup de diagrammes]
[R] Science et vie Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles plus techniques]
DISQUES NUMEacuteRISEacuteS ET LOGICIELS
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoeacutevaluation informatiseacutee Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96140)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoimages Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96141)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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SITES WEB
[R] Acid-Base Titration httpwwwmhhecomphysscichemistryanimationschang_7e_espcrm3s5_5swf
(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde de sodium et de chlorure drsquohydrogegravene (site en anglais)]
Agence Science-Presse httpwwwsciencepresseqcca (consulteacute le 9 novembre 2013) [excellent reacutepertoire des actualiteacutes scientifiques issues de nombreuses sources internationales dossiers tregraves informatifs]
Animation neutralisation httpsicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7346 (consulteacute le 14 janvier 2015) [animation de la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde de sodium et de chlorure drsquohydrogegravene]
[R] Animation preacutecipitation httpicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7344 (consulteacute le 10 juillet 2014) [animation de la reacuteaction entre les solutions drsquohydroxyde de sodium et de sulfate de cuivre]
[R] Chimie en solution aqueuse httpueluniscielfrchimiesolutaquesolutaquecosolutaquehtml (consulteacute le 12 janvier 2015) [On peut acceacuteder agrave une animation de la dissolution ionique en cliquant sur lrsquoonglet laquo simuler raquo et ensuit le dossier laquo Dissolution et preacutecipitation drsquoune espegravece dans lrsquoeau raquo]
[R] La chimienet httpwwwlachimienet (consulteacute le 10 juillet 2014) [site avec beaucoup drsquoinformation et drsquoexercices]
[R] Dissolution du NaCl dans lrsquoeau (consulteacute le 10 juillet 2014) [animation eduMedia accessible agrave partir du site de la DREF httpdrefmbca]
[R] Dissolution drsquoun cristal ionique httpwwwostralonet3_animationsswfdissolutionswf (consulteacute le 10 juillet 2014)
[R] Dissolution drsquoun solide cristallin httpwwwpingbeat_homecaloriflashhtm (consulteacute le 10 juillet 2014)
Double Displacement Reaction ndash Precipitation httpwwwdltncssmedutigerFlashmoles
DoubleDisp_Reaction-Precipitationhtml (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction de preacutecipitation du nitrate de plomb(II) et de lrsquoiodure de potassium (site en anglais)]
Electrochemistry simulations httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais choisir lrsquoanimation laquo Zinc copper REDOX transfer raquo ou laquo Lead silver REDOX transfer raquo]
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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En mouvement httpwwwmpimbcafrPDFsRSLR_PhysicsModule-frpdf (consulteacute le 14 janvier 2015) [sceacutenario drsquoun accident]
Footprint puzzle httpwwwnapeduopenbookphprecord_id=5787amppage=89
(consulteacute le 10 juillet 2014) [Les eacutelegraveves peuvent pratiquer la distinction entre les affirmations et les preuves en observant et interpreacutetant des traces site anglais]
Indicator Sponge httpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF10376pdf (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais]
Orange Juice to Strawberry Float httpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF051600pdf (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais qui preacutesente la deacutemonstration drsquoune reacuteaction acido-basique]
Neutralization Reactions httphigheredmheducationcom (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]
Metals in aqueous solutions httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesredoxhomehtml (consulteacute le 10 juillet 2014) [site anglais]
pH Rainbow Tube httpswwwflinnscicommedia62118391475pdf (consulteacute le 20 novembre 2014) [site anglais]
The reaction of Sodium Sulphate with Barium Chloride httpamritaolabscoinindexphpsub=73ampbrch=3ampsim=82ampcnt=95
(consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation de la reacuteaction entre les solutions de sulfate de sodium et de chlorure de baryum (site en anglais)]
La science amusante httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=CateacutegorieChimie (consulteacute le 25 avril 2013) [site qui offre plusieurs deacutemonstrations et activiteacutes de laboratoire
ainsi que des informations]
[R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 25 avril 2013) [excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]
Tennis shoe detectives httpwwwucmpberkeleyedufosrecHeindel3html (consulteacute le 15 juillet 2014) [Les eacutelegraveves peuvent pratiquer la distinction entre les affirmations et les preuves en observant et interpreacutetant des traces site anglais]
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIFIQUES ThEacuteMATIQUES
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-01 expliquer des exemples de solubiliteacute et de preacutecipitation au moyen de repreacutesentations particulaires et symboliques
RAG D3
C12-1-02 mener une expeacuterience afin drsquoeacutelaborer un ensemble de regravegles de solubiliteacute RAG C1 C2
C12-1-03 utiliser un tableau des regravegles de solubiliteacute pour preacutedire la formation drsquoun preacutecipiteacute RAG D3 C5
C12-1-04 reacutediger une eacutequation eacutequilibreacutee de neutralisation pour des reacuteactions comprenant des acides forts et des bases fortes
RAG D3
C12-1-05 mener une expeacuterience pour deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre une base forte et un acide fort
RAG C2
C12-1-06 calculer la concentration ou le volume drsquoun acide ou drsquoune base agrave partir de la concentration et du volume drsquoacide ou de base neacutecessaire pour la neutralisation
RAG D3
C12-1-07 eacutelaborer et mettre en œuvre une proceacutedure visant agrave identifier un certain nombre de solutions inconnues
RAG C2 C4 C5
C12-1-08 deacutefinir lrsquooxydation et la reacuteduction entre autres le gain ou la perte drsquoeacutelectrons lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur RAG D3
C12-1-09 deacuteterminer le degreacute drsquooxydation drsquoatomes dans des composeacutes et des ions RAG D3
C12-1-10 distinguer les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction de celles qui ne le sont pas entre autres lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur la substance oxydeacutee et la
substance reacuteduite RAG D3
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
page 110
Reacutesultats drsquoappRentissage speacuteCiFiQues theacutematiQues (suite)
C12-1-11 eacutequilibrer des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoaide de meacutethodes redox entre autres des solutions basiques et acides RAG D3
C12-1-12 mener une recherche sur les applications pratiques des reacuteactions redox par exemple carburant agrave fuseacutee feux drsquoartifice agent de blanchiment photographie extraction de meacutetaux agrave partir de minerai fabrication de lrsquoacier recyclage de
lrsquoaluminium piles agrave combustible batteries enlegravevement des taches de ternissure horloge agrave fruit mise en eacutevidence de sang agrave des fins judiciaires agrave lrsquoaide de luminol chimioluminescencebioluminescence deacutegraissage eacutelectrolytique eacutelectrodeacuteposition (galvanoplastie) gravure chimique antioxydantsagents de conservation RAG B1 B2 B4 D3
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIFIQUES TRANSvERSAUx
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
Deacutemonstration de la compreacutehension
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une
autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs
RAG D3
Eacutetude scientifique
C12-0-S1 faire preuve drsquohabitudes de travail qui tiennent compte de la seacutecuriteacute personnelle et collective et qui teacutemoignent de son respect pour lrsquoenvironnement
entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes
RAG B3 B5 C1 C2
C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes
RAG C2
C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables
deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre
RAG C1 C2
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Reacutesultats drsquoappRentissage speacuteCiFiQues tRansveRsaux (suite)
C12-0-S4 seacutelectionner et employer lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire
par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias
des logiciels des sondes RAG C2 C5
C12-0-S6 estimer et mesurer avec exactitude en utilisant des uniteacutes du Systegraveme international (SI) ou drsquoautres uniteacutes standard
entre autres les conversions SI les chiffres significatifs RAG C2
C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de collecte de donneacutees
entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur
RAG C2 C5
C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres
explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8
Recherche et communication
C12-0-R1 tirer des informations drsquoune varieacuteteacute de sources et en faire la synthegravese entre autres imprimeacutees eacutelectroniques et humaines RAG C2 C4 C6
C12-0-R2 eacutevaluer lrsquoinformation obtenue afin de deacuteterminer lrsquoutiliteacute des renseignements par exemple lrsquoexactitude scientifique la fiabiliteacute le degreacute drsquoactualiteacute la pertinence
lrsquoobjectiviteacute les preacutejugeacutes RAG C2 C4 C5 C8
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Reacutesultats drsquoappRentissage speacuteCiFiQues tRansveRsaux (suite)
C12-0-R3 citer ou noter des reacutefeacuterences bibliographiques selon les pratiques accepteacutees RAG C2 C6
C12-0-R4 communiquer lrsquoinformation sous diverses formes en fonction du public cible de lrsquoobjectif et du contexte
RAG C5 C6
Travail en groupe
C12-0-G1 collaborer avec les autres afin drsquoassumer les responsabiliteacutes et drsquoatteindre les objectifs drsquoun groupe
RAG C2 C4 C7
C12-0-G2 susciter et clarifier des questions des ideacutees et des points de vue divers lors drsquoune discussion et y reacuteagir
RAG C2 C4 C7
C12-0-G3 eacutevaluer les processus individuels et collectifs employeacutes RAG C2 C4 C7
Nature de la science
C12-0-N1 expliquer le rocircle que jouent les theacuteories les donneacutees et les modegraveles dans lrsquoeacutelaboration de connaissances scientifiques
RAG A1 A2
C12-0-N2 deacutecrire drsquoun point de vue historique la faccedilon dont les observations et les travaux expeacuterimentaux de nombreuses personnes ont abouti agrave la compreacutehension moderne de la matiegravere
RAG A1 A4
C12-0-N3 deacutecrire comment des connaissances scientifiques eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et agrave mesure que de nouvelles ideacutees et de nouvelles interpreacutetations sont avanceacutees
RAG A1 A2
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Reacutesultats drsquoappRentissage speacuteCiFiQues tRansveRsaux (suite)
STSE
C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des applications de la chimie
RAG A1 A3 A5 B2
C12-0-T2 expliquer lrsquointeraction de la recherche scientifique et de la technologie dans la production et la distribution de mateacuteriaux
RAG A5 B1 B2
C12-0-T3 illustrer comment des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne
RAG A5 B2
Attitudes
C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sa capaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie ou drsquoexaminer un enjeu STSE
RAG C2 C5
C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprits scientifiques et technologiques
RAG C2 C3 C4 C5
C12-0-A3 manifester un inteacuterecirct soutenu et plus eacuteclaireacute pour la chimie et pour les carriegraveres et les enjeux lieacutes agrave la chimie
RAG B4
C12-0-A4 se sensibiliser agrave lrsquoeacutequilibre qui doit exister entre les besoins humains et un environnement durable et le deacutemontrer par ses actes
RAG B4 B5
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-01 expliquer des exemples de solubiliteacute et de preacutecipitation au moyen de repreacutesentations particulaires et symboliques
RAG D3 C12-1-02 mener une expeacuterience afin drsquoeacutelaborer un ensemble de regravegles de solubiliteacute RAG C1 C2
C12-1-03 utiliser un tableau des regravegles de solubiliteacute pour preacutedire la formation drsquoun preacutecipiteacute
RAG D3 D5
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de
preacutediction les cycles de mots RAG D3
C12-0-S1 faire preuve drsquohabitudes de travail qui tiennent compte de la seacutecuriteacute personnelle et collective et qui teacutemoignent de son respect pour lrsquoenvironnement
entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes
RAG B3 B5 C1 C2 C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables
deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre
RAG C1 C2
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes
RAG C2 C5
Bloc a la solubiliteacute et la preacutecipitation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees
entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction
RAG C2 C5 C8
C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sacapaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie ou drsquoexaminer un enjeu STSE
RAG C2 C5
strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
en tecircte
Eacutevaluation des connaissances anteacuterieuresDistribuer une liste de mots (p ex soluble insoluble preacutecipiteacute dissolution deacuteplacement double deacuteplacement simple concentration) aux eacutelegraveves ainsi que des autocollants des surligneurs ou des crayons de couleur vert jaune et rouge Le vert indique que lrsquoeacutelegraveve comprend tregraves bien le concept Le jaune indique une compreacutehension partielle et le rouge indique que lrsquoeacutelegraveve ne comprend ou ne connaicirct pas le concept Pour chaque mot dans la liste demander aux eacutelegraveves drsquoindiquer leur niveau de compreacutehension agrave lrsquoaide des diffeacuterentes couleurs Reacuteviser certains concepts au besoin
en quecircte
DeacutemonstrationFournir aux eacutelegraveves plusieurs exemples de solutions et leur demander drsquoexpliquer le processus de dissolution agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire et symbolique (voir Chimie 11-12 p 197 Chimie 11 STSEp 360-361 ou Chimie 11 p 293-294) Dans le preacutesent contexte le terme laquo moleacuteculaire raquo est consideacutereacute comme interchangeable avec le terme laquo particulaire raquo Les deux deacutesignent des repreacutesentations agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire
En 9e anneacutee les eacutelegraveves ont deacutefini le termelaquo preacutecipiteacute raquo et ont reconnu la formation drsquoun preacutecipiteacute comme lrsquoun des indicateurs drsquoune reacuteaction chimique En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacutetudieacute les reacuteactions de deacuteplacement double
Le processus de dissolution a eacuteteacute eacutetudieacute en deacutetail en 11e anneacutee dans le regroupement des solutions Les eacutelegraveves ont expliqueacute le processus de dissolution de composeacutes ioniques et covalents simples agrave lrsquoaide de repreacutesentations particulaires et drsquoeacutequations chimiques Les eacutelegraveves ont fait une expeacuterience de laboratoire illustrant la formation de solutions sous lrsquoaspect de la nature polaire et non polaire des substances utilisant notamment les termes laquo soluble raquo et laquo insoluble raquo Ils ont aussi eacutetudieacute en deacutetail la notion de laquo concentration raquo
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Exemple 1 NaCl(s) dissout dans lrsquoeau
Eacutechelle moleacuteculaire
Forme symbolique
NaCl(s)2 NaCl(aq)
H O
Animations bull Dissolution drsquoun cristal ionique httpwwwostralonet3_animationsswfdissolutionswf bull Dissolution drsquoun solide cristallin (NaCl) httpwwwpingbeat_homecaloriflashhtm bull Dissolution du NaCl dans lrsquoeau (animation eduMedia accessible agrave partir du site Web de
la DREF httpwwwdrefmbca)bull Chimie en solution aqueuse httpueluniscielfrchimiesolutaquesolutaquecosolutaquehtml (on peut acceacuteder
agrave une animation de la dissolution ionique en cliquant sur lrsquoonglet laquo simuler raquo et en ouvrant le dossier laquo Dissolution et preacutecipitation drsquoune espegravece dans lrsquoeau raquo)
Exemple 2 NaCl(aq) et AgNO3(aq) meacutelangeacutes ensemble
Eacutechelle moleacuteculaire Montrer drsquoabord des diagrammes des deux solutions seacutepareacutement dans leur beacutecher c-agrave-d dans le beacutecher 1 la solution de NaCl(aq) contenant des ions Na+et Cl- circulant au milieu de moleacutecules drsquoeau et dans le beacutecher 2 la solution drsquoAgNO3(aq) renfermant des ions Ag+ et NO 3
-
Ce ne sont pas tous les meacutelanges drsquoions qui produisent une reacuteaction de preacutecipitation Si par exemple on meacutelange une solution de chlorure de sodium (NaCl) avec une solution drsquoiodure de potassium (KI) il nrsquoy aura aucune preacutecipitation Tous les ions resteront en solution
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Animations
bull The Reaction of Sodium Sulphate with Barium Chloride httpamritaolabscoinindexphpsub=73ampbrch=3ampsim=82ampcnt=95 (site en anglais qui preacutesente une animation de la reacuteaction entre les solutions de sulfate de sodium et de chlorure de baryum On doit srsquoinscrire pour voir lrsquoanimation mais lrsquoinscription est gratuite)
bull Animation preacutecipitation httpicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7344 (animation de la reacuteaction entre les solutions drsquohydroxyde de sodium et de sulfate de cuivre)
Activiteacute de laboratoireInviter les eacutelegraveves agrave eacutelaborer leur propre deacutemarche en vue de creacuteer une seacuterie de regravegles de solubiteacute (voir lrsquoannexe 1 ou Chimie 11 p 332-333) Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 2 Fournir aux eacutelegraveves des solutions de 01 molL de divers anions et cations pour qursquoils puissent observer srsquoil y a formation de preacutecipiteacutes Ces observations aideront les eacutelegraveves agrave eacutelaborer une seacuterie de regravegles de solubiliteacute pour les ions positifs et neacutegatifs utiliseacutes au cours de lrsquoactiviteacute
Enseignement direct - eacutecrire des reacuteactions ioniquesLes reacuteactions de preacutecipitation sont utiliseacutees dans les stations de traitement de lrsquoeau dans les analyses qualitatives et dans les techniques de preacuteparation de nombreux sels Crsquoest aussi le processus qui entraicircne la formation des grottes calcaires Veiller agrave ce que les eacutelegraveves suivent les eacutetapes ci-dessous pour qursquoils puissent eacutecrire les eacutequations ioniques
Exemple
Eacutecris une eacutequation ionique nette pour la reacuteaction entre le chlorure de baryum et le sulfate de sodium 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction et assure-toi drsquoeacutequilibrer lrsquoeacutequation BaCl2 + Na2SO4 ⟶ BaSO4 + 2NaCl
2 Utilise les regravegles de solubiliteacute de lrsquoannexe 3 (voir aussi Chimie 11 STSE p 363 Chimie 11 p 334 ou Chimie 11-12 p 61) pour deacuteterminer quelles substances ioniques formeront un preacutecipiteacute agrave partir de solutions aqueuses Dans ces regravegles de base lrsquoion Cl(aq) forme un produit soluble lorsqursquoil est combineacute agrave lrsquoion Na(aq)
+ Par conseacutequent le NaCl restera en solution et sera illustreacute par la formule NaCl(aq)
-
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Note aussi dans ces regravegles que lrsquoion Ba(aq)2+ forme un produit insoluble avec lrsquoion SO4(aq)
2- Donc le BaSO4 srsquoeacutecrit avec un (s) en indice car il forme un preacutecipiteacute dans le beacutecher Les substancesformant un preacutecipiteacute doivent ecirctre suivies du (s) en indice et celles qui ne forment pas de preacutecipiteacute du symbole (aq) en indice (voir Chimie 11 STSE p 407- 408 Chimie 11-12 p 281-283 ou Chimie 11 p 341-342)
BaCl2(aq)+ Na2SO4(aq) ⟶ BaSO4(s)+ 2NaCl(aq) Lrsquoeacutequation ci-dessus est une eacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee
3 Les composeacutes ioniques en solution dans lrsquoeau se dissocient en ions contrairement aux composeacutes insolubles Assure-toi que lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee
Ba(aq)2+ + 2Cl(aq)
- + 2Na(aq)+ + SO 4(aq)
2- ⟶ BaSO4(s)+ 2Na(aq)+ + 2Cl(aq)
-
Lrsquoeacutequation ci-dessus est appeleacutee eacutequation ionique complegravete eacutequation ionique totale ou eacutequation ionique
4 Biffe tous les ions spectateurs (les ions qui apparaissent des deux cocircteacutes de lrsquoeacutequation) et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation
Ba(aq)
2+ + 2Cl(aq)- + 2Na(aq)
+ + SO 4(aq)2- ⟶ BaSO4(s) + 2Na(aq)
+ + 2Cl(aq)-
Ba(aq)2+ + SO 4(aq)
2- ⟶ BaSO4(s)
Lrsquoeacutequation ci-dessus est appeleacutee eacutequation ionique nette
Voir drsquoautres exemples de problegravemes agrave lrsquoannexe 4 Animation bull Double Displacement Reaction ndash Precipitation httpwwwdltncssmedutigerFlash
molesDoubleDisp_Reaction-Precipitationhtml (reacuteaction de preacutecipitation du nitrate de plomb(II) et de lrsquoiodure de potassium (site en anglais))
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
page 120
Activiteacute de laboratoire Fournir aux eacutelegraveves des plaques agrave puits et quatre solutions inconnues dans des flacons compte-gouttes Leur demander drsquoidentifier chaque solution agrave lrsquoaide de lrsquoexpeacuterimentation des regravegles de solubiliteacute et drsquoun tableau des couleurs (voir lrsquoannexe 5) Voir un exemple de marche agrave suivre agrave lrsquoannexe 6
Lrsquoannexe 7 contient des renseignements pour lrsquoenseignant sur lrsquoeacutevaluation des habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve au laboratoire
en fin
1Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave la question suivante dans leur carnet scientifique
- Pensez-vous que lrsquoexpression laquo grandes lignes relatives agrave la solubiliteacute raquo serait preacutefeacuterable agrave laquo regravegles de solubiliteacute raquo Pourquoi 2Proposer aux eacutelegraveves de creacuteer un cycle de mots agrave partir des termes ions ions spectateurs preacutecipiteacute eacutequation moleacuteculaire eacutequation ionique totale eacutequation ionique nette et reacuteaction de deacuteplacement double
strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1 Donner aux eacutelegraveves diverses reacuteactions et leur demander de faire un diagramme illustrant la reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire et au niveau symbolique
2Lrsquoeacutevaluation des activiteacutes de laboratoire peut se faire au moyen de rapports de laboratoire formels Utiliser un cadre de rapport de laboratoire ou un format geacuteneacuteral de rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1138 et 1412)
3Se reacutefeacuterer aux annexes 8 et 9 afin drsquoeacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves
4Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer par eacutecrit les raisons pour lesquelles certains ions sont insolubles et drsquoautres sont solubles
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
page 121
5Demander aux eacutelegraveves de partager leurs reacutesultats avec les autres eacutelegraveves et de preacuteparer certaines grandes lignes relatives agrave la solubiliteacute drsquoions en solution Veacuterifier ensuite les regravegles eacutelaboreacutees par les eacutelegraveves en les comparant avec le tableau des regravegles de solubiliteacute
6Inviter les eacutelegraveves agrave utiliser leurs notes techniques pour reacutesoudre des problegravemes agrave partir drsquoune seacuterie de regravegles de solubiliteacute pour preacutedire la formation possible drsquoun preacutecipiteacute dans une reacuteaction agrave double deacuteplacement Voir les exemples de problegravemes agrave lrsquoannexe 4
7Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer par eacutecrit les eacutetapes de lrsquoeacutequation ionique nette dans leur carnet scientifique Voir les renseignements pour lrsquoenseignant agrave lrsquoannexe 10 et une feuille reproductible pour lrsquoeacutelegraveve agrave lrsquoannexe 11
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
page 122
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-04 reacutediger une eacutequation eacutequilibreacutee de neutralisation pour des reacuteactions comprenant des acides forts et des bases fortes RAG D3
C12-1-05 mener une expeacuterience pour deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre une base forte et un acide fort RAG C2
C12-1-06 calculer la concentration ou le volume drsquoun acide ou drsquoune base agrave partir de la concentration et du volume drsquoacide ou de base neacutecessaire pour la neutralisation RAG D3
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs RAG D3
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes RAG C2 C5
C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de collecte de donneacutees entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur RAG C2 C5
Bloc B la neutralisation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacutecrit les formules des composeacutes ioniques binaires et les ont nommeacutes ont appris agrave eacutequilibrer des eacutequations chimiques et ont eacutetudieacute la reacuteaction entre un acide et une base En 11e anneacutee les eacutelegraveves ont appris agrave eacutecrire les formules et les noms des composeacutes polyatomiques en respectant la nomenclature de lrsquoUnion internationale de chimie pure et appliqueacutee
en tecircte
Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur les reacuteactions de neutralisation en leur posant les questions suivantes
- Quels sont les produits formeacutes au moment drsquoune reacuteaction de neutralisation- De quel type de reacuteaction chimique la neutralisation est-elle un exemple- Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour la reacuteaction de neutralisation entre lrsquoacide chlorhydrique (HCl) et lrsquohydroxyde de calcium (Ca(OH)2)
OUFaire la deacutemonstration de quelques reacuteactions acido-basiques Demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire leurs observations sur la reacuteaction chimique qui se produit c-agrave-d de deacutecrire les reacuteactifs et les produits Voici quelques exemples de reacuteactions
bull Jus drsquoorange et flotteur agrave la fraise httpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF051600pdf (site en anglais)Cette deacutemonstration requiert le meacutelange de bicarbonate de soude et de deacutetergent Alconoxreg dans lrsquoeau Lrsquoindicateur meacutethylorange est ajouteacute au meacutelange et produit une solution ressemblant au jus drsquoorange Puis on ajoute de lrsquoacide chlorhydrique rapidement mais avec une grande prudence La reacuteaction est puissante et produit une solution faisant penser au flotteur agrave la fraise Mise en garde cette deacutemonstration peut ecirctre tregraves salissante drsquoougrave lrsquoimportance de prendre des preacutecautions
bull Tube arc-en-ciel
httpswwwflinnscicommedia62118391475pdf (site en anglais)Pour cette deacutemonstration on remplit drsquoabord un tube drsquoune solution verte Agrave une extreacutemiteacute on ajoute quelques gouttes drsquoun acide et agrave lrsquoautre quelques gouttes drsquoune base Apregraves la reacuteaction on peut voir tout le spectre des couleurs
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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bull Lrsquoeacuteponge cameacuteleacuteonhttpwwwflinnscicomDocumentsdemoPDFsChemistryCF10376pdf (site en anglais)Cette deacutemonstration illustre la transition dans le changement de couleur drsquoun indicateur partant du pH 3 (bleu) au pH 5 (rouge) Tout ce qursquoil faut crsquoest une eacuteponge de cellulose de couleur pacircle lrsquoindicateur rouge Congo du bicarbonate de soude et de lrsquoacide aceacutetique ou chlorhydrique
en quecircte
Enseignement direct ndash les regravegles de nomenclaturePreacutesenter les regravegles de nomenclature des composeacutes acides binaires et polyatomiques (voir Chimie 11 p 384 ou Chimie 11 STSE p 69-70) Pour nommer un acide binaire suivre les regravegles ci-dessous
1 Premier mot laquo acide raquo2 Ensuite le radical de lrsquoanion3 Enfin le suffixe laquo hydrique raquo
Exemple de nomenclature drsquoun acide binaire HCl Eacutetape 1 acideEacutetape 2 chlorEacutetape 3 hydrique
La nomenclature des acides polyatomiques suit des regravegles diffeacuterentes Bon nombre drsquoions polyatomiques neacutegatifs contenant de lrsquooxygegravene forment des acides qui sont nommeacutes en remplaccedilant le suffixe -ate par -ique et le suffixe -ite par -eux Pour nommer les oxyacides (acides qui contiennent lrsquoeacuteleacutement oxygegravene) les eacutelegraveves devraient pouvoir les reconnaicirctre par la formule geacuteneacuterale HaXbOc ougrave X repreacutesente un eacuteleacutement autre que lrsquohydrogegravene ou lrsquooxygegravene
Exemples drsquoacides polyatomiques
bull Si un ion H+ est ajouteacute agrave un nitrate NO 3- HNO3 est formeacute Ce composeacute est lrsquoacide nitrique
bull Si deux ions H+ sont ajouteacutes agrave un sulfate SO 42- H2SO4 est formeacute Ce composeacute est lrsquoacide
sulfuriquebull Si un ion H+ est ajouteacute agrave un nitrite NO 2
- HNO2 est formeacute Ce composeacute est lrsquoacide nitreux
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Un acide fort est un acide qui se dissocie complegravetement en ions Si par exemple 100 moleacutecules de HCl se dissolvent dans lrsquoeau cela produira 100 ions H+ et 100 ions Cl- Soulignons qursquoil nrsquoexiste que six acides forts soit lrsquoacide chlorhydrique (HCl) lrsquoacide bromhydrique (HBr) lrsquoacide iodhydrique (HI) lrsquoacide sulfurique (H2SO4) lrsquoacide nitrique (HNO3) et lrsquoacide perchlorique (HClO4)
Pour nommer une base on combine le nom du meacutetal avec celui de lrsquoanion OH- lrsquoion hydroxyde ou oxhydryle Le composeacute NaOH par exemple srsquoappelle hydroxyde de sodium Une base forte se deacutefinit comme eacutetant une base qui se dissocie complegravetement en ions Si par exemple 100 uniteacutes de formule NaOH se dissolvent dans lrsquoeau cela produira 100 ions Na+ et 100 ions OH- Les bases fortes sont des composeacutes ioniques qui contiennent lrsquoion hydroxyde (OH-) Une fois combineacutes agrave un ion hydroxyde les eacuteleacutements des groupes 1 (IA) et 2 (IIA) forment des bases fortes
Ces acides et bases sont les seuls que les eacutelegraveves eacutetudieront dans le regroupement laquo Reacuteactions en solution aqueuse raquo Quand un acide fort et une base forte sont combineacutes ils produisent une reacuteaction complegravete ce qui signifie que tous les ions hydrogegravene (de lrsquoacide) et tous les ions hydroxyde (de la base) reacuteagissent pour former de lrsquoeau
Enseignement direct ndash les reacuteactions de neutralisationRappeler aux eacutelegraveves que les acides et les bases sont des composeacutes ioniques et que par conseacutequent lorsque ces composeacutes sont placeacutes dans lrsquoeau ils se dissocient en ions et entrent dans une reacuteaction agrave double deacuteplacement produisant un sel et de lrsquoeau (voir Chimie 11 p 394- 395 Chimie 11-12 p 62 63 ou Chimie 11 STSE p 177-178)
Exemple
Eacutecris lrsquoeacutequation de la reacuteaction de neutralisation entre H2SO4 et NaOH
1 Preacutedis les produits de la reacuteaction et assure-toi drsquoeacutequilibrer lrsquoeacutequation H2SO4 + 2NaOH ⟶ H2O + Na2SO4
2 Utilise les regravegles de solubiliteacute pour deacuteterminer si chaque produit sera solide liquide ou en solution aqueuse H2SO4(aq) + 2NaOH(aq)⟶ H2O(l) + Na2SO4(aq)
Nota faire remarquer aux eacutelegraveves que lrsquoeau est un liquide puisque le solvant des solutions aqueuses est lrsquoeau
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique totale en montrant tous les ions qui entrent dans la solution
2H(aq)+ + SO 4(aq)
2- + 2Na(aq)+ + 2OH(aq)
- ⟶ 2H2O(l) + 2Na(aq)+ + SO 4(aq)
2-
4 Biffe les ions spectateurs et eacutecris lrsquoeacutequation ionique nette
2H(aq)+ + SO 4(aq)
2- + 2Na(aq)+ + 2OH(aq)
- ⟶ 2H2O(l) + 2Na(aq)+ + SO
4(aq)2-
2H(aq)+ + 2OH(aq)
- ⟶ 2H2O(l)
H(aq)+ + OH(aq)
- ⟶H2O(l) Deacutemonstration ndash eacuteveacutenement inattenduMontrer aux eacutelegraveves que les reacuteactions de neutralisation peuvent produire un volume plus grand que la somme des volumes des reacuteactifs Un exemple serait drsquoajouter 125 mL de HCl 01 molL agrave 125 mL de NaOH 01 molL dans un cylindre gradueacute de 250 mL On devrait alors observer une augmentation de 2 agrave 3 mL du volume Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer ce pheacutenomegravene agrave lrsquoaide de repreacutesentations particulaires
AnimationsInviter les eacutelegraveves agrave visionner une animation en ligne qui deacutemontre une reacuteaction de neutralisation au niveau particulaire
bull Animation neutralisation httpsicpgechdipmoodlemodresourceviewphpid=7346 Cette simulation illustre la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde desodium et de chlorure drsquohydrogegravene
bull Acid-Base Titration httpwwwmhhecomphysscichemistryanimationschang_7e_espcrm3s5_5swf(site en anglais)Cette animation illustre la reacuteaction de neutralisation entre des solutions drsquohydroxyde de sodium et de chlorure drsquohydrogegravene Les ions spectateurs sont repreacutesenteacutes dans la simulation
bull Neutralization Reactions httphigheredmheducationcomolcwebcgipluginpopcgiit=swf525530sitesdl free007351107232263309_neut_reactionsswfNeutralization Reactions (site en anglais)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Activiteacute de laboratoireFournir aux eacutelegraveves des solutions 01 molL de NaOH et de H2SO4 Leur demander de faire un microtitrage pour pouvoir comparer le rapport stœchiomeacutetrique avec le rapport molaire expeacuterimental entre les reacuteactifs (voir lrsquoannexe 12) Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 13
Enseignement direct ndash reacutesolution de problegravemesProposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser les donneacutees expeacuterimentales de lrsquoactiviteacute de laboratoire preacuteceacutedente pour deacuteterminer la concentration inconnue de lrsquoacide ou de la base Limiter lrsquoemploi de formules telles que C1V1 = C2V2 Pour mieux faire comprendre ce concept proposer le processus de reacutesolution de problegravemes ci-dessous
1 Eacutecrire une eacutequation chimique eacutequilibreacutee pour la reacuteaction2 Utiliser la concentration et le volume de la base ou de lrsquoacide connu pour calculer le nombre
de moles de la substance3 Utiliser les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour deacuteterminer le nombre de moles de la
base ou de lrsquoacide inconnu4 Calculer le volume requis ou la concentration de lrsquoacide ou de la base
Exemples de problegravemes
1 Pour une reacuteaction avec 350 mL drsquoun liquide servant agrave deacuteboucher les tuyaux contenant du NaOH il faut ajouter 5008 mL drsquoune solution HCl agrave 0409 molL pour neutraliser la base Quelle est la concentration de la base dans le produit de nettoyage
Solution
a) Eacutecris une eacutequation eacutequilibreacutee NaOH(aq) + HCl(aq) ⟶ H2O(l) + NaCl(aq)
b) Calcule le nombre de moles de HCl en multipliant la concentration par le volume mol HCl = (0409 molL)(0050 08 L) = 00205 mol de HCl
En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacutetudieacute des reacuteactions de neutralisation ayant un rapport de 11 Dans lrsquoactiviteacute de laboratoire suggeacutereacutee les eacutelegraveves verront maintenant un rapport de 21 On recommande agrave lrsquoenseignant de ne pas deacutepasser ce stade et drsquoeacuteviter les discussions sur les acides et bases Bronsted-Lowry dans le cadre de ce reacutesultat drsquoapprentissage Un titrage plus deacutetailleacute sera effectueacute dans le regroupement sur les acides et bases
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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c) Utilise lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour exprimer le rapport molaire entre HCl et NaOH et trouve le nombre de moles de NaOH
mol NaOH = 00205 mol HCl-times 1 mol NaOH-1 mol HCl
mol NaOH = 00205 mol NaOH
d) Trouve la concentration de NaOH en divisant le nombre de moles par le volume donneacute
- NaOH[ = 00205 mol
00350 L= 0586 mol] L
2 Calcule le volume de Ba(OH)2 agrave 0256 molL qui doit ecirctre ajouteacute pour neutraliser 460 mL de solution HClO4 agrave 0407 molL
Solution a) Eacutecris lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee Ba(OH)2(aq) + 2HClO4(aq) ⟶ 2H2O(l) + BaCl2(aq)
b) Calcule le nombre de moles de HClO4 en multipliant la concentration par le volume
mol HClO4 = (0407 molL) (00460 L)
= 00187 mol HClO4
c) Trouve le nombre de moles de Ba(OH)2 en eacutetablissant le rapport entre le nombre de moles et le coefficient agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee
mol HClO4
coefficient HClO4=
mol Ba(OH) 2
coefficient Ba(OH)2
00187 mol HClO=
2 mol HClO4
mol Ba(OH)2
1 mol Ba(OH)2
0009 35 mol Ba(OH ) 2 = mol Ba(OH)2
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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d) Trouve le volume de Ba(OH)2 en divisant le nombre de moles par la concentration
V = mol_c = 0009 35 mol
Volume de Ba(OH) = 365 mL2
_
en fin
1Demander aux eacutelegraveves drsquoexpliquer les eacutetapes drsquoeacutecriture des reacuteactions de neutralisation (voir lrsquoannexe 14) et de problegravemes de neutralisation agrave lrsquoaide de la technique laquo le cahier diviseacute raquo
2Inviter les eacutelegraveves agrave faire une courte recherche sur les reacuteactions acido-basiques et la cuisine (voir Chimie 11 STSE p 471)
strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Inviter les eacutelegraveves agrave eacutecrire des reacuteactions de neutralisation eacutequilibreacutees
2Se reacutefeacuterer aux annexes 8 et 9 pour eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves
3Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes de neutralisation semblables agrave ceux qui sont preacutesenteacutes agrave la section laquo En quecircte raquo
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Bloc C lrsquoidentification de solutions inconnues
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-07 eacutelaborer et mettre en œuvre une proceacutedure visant agrave identifier un certain nombre de solutions inconnues RAG C2 C4 C5
C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables indeacutependantes deacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre RAG C1 C2
C12-0-S4 seacutelectionner et employer lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees et des observations dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes RAG C2 C5
C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8
C12-0-G3 eacutevaluer les processus individuels et collectifs employeacutes RAG C2 C4 C7
C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprit scientifiques et technologiques RAG C2 C3 C4 C5
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Les eacutelegraveves devraient pouvoir utiliser les concepts eacutetudieacutes dans les reacutesultats drsquoapprentissage preacuteceacutedents pour reacutealiser cette activiteacute
Preacuteparer les solutions bien avant la peacuteriode de laboratoire Il est recommandeacute de fournir aux eacutelegraveves lrsquoinformation sur lrsquoexpeacuterience de laboratoire une semaine agrave lrsquoavance pour qursquoils puissent faire une recherche sur les produits possibles de chaque reacuteaction Inviter les eacutelegraveves agrave remettre leur plan quelques jours avant lrsquoexpeacuterience afin de veacuterifier sa validiteacute Suggeacuterer aux eacutelegraveves de se preacuteparer au laboratoire en faisant une recherche sur Internet agrave lrsquoaide de mots cleacutes tels que laquo test tube mystery raquo laquo identification de solutions inconnues raquo et laquo solutions ioniques inconnues raquo pour se renseigner sur les solutions Leur suggeacuterer de consulter le tableau des regravegles de solubiliteacute et drsquoutiliser le papier tournesol dans leurs essais pour identifier les solutions acides et basiques La couleur et lrsquoodeur des solutions peuvent aider agrave identifier les inconnues Souligner que les eacutelegraveves qui auront bien preacutepareacute leur expeacuterience de laboratoire auront plus de chances de reacuteussir agrave identifier les solutions inconnues
strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
en tecircte
Puisque les eacutelegraveves doivent planifier et mener une expeacuterience par eux-mecircmes srsquoassurer qursquoils connaissent bien la diffeacuterence entre les affirmations et les preuves Leur proposer une activiteacute telle que
bull Le sceacutenario drsquoun accident dans la ressource En mouvement qui appuie le programme de sciences de la nature de la 10e anneacutee Les eacutelegraveves doivent deacuteterminer qui a causeacute lrsquoaccident httpwwwmpimbcafrPDFsRSLR_PhysicsModule-frpdf
bull Observer et interpreacuteter des traces httpwwwucmpberkeleyedufosrecHeindel3html ou httpwwwnapeduopenbookphprecord_id=5787amppage=89
Rappeler aux eacutelegraveves qursquoune affirmation (infeacuterence) indique ce que lrsquoon sait les preuves (donneacutees observations) expliquent comment on le sait et le raisonnement agrave lrsquoappui de la preuve indique pourquoi les preuves appuient lrsquoaffirmation (lien entre les preuves et lrsquoaffirmation)
affirmation + preuve + raisonnement = explication
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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en quecircte
Activiteacute de laboratoire Fournir aux eacutelegraveves des eacutechantillons non eacutetiqueteacutes des solutions suivantes K2CrO4 ndash 02 molL
Consulter lrsquoannexe 16 pour de lrsquoinformation sur la preacuteparation de ce laboratoire Lrsquoannexe fournit une seacuterie de solutions possibles Des cleacutes drsquoidentification destineacutees agrave lrsquoenseignant sont fournies agrave lrsquoannexe 17 (qui preacutesente une grille indiquant ce que les eacutelegraveves peuvent apporter au laboratoire) et agrave lrsquoannexe 18 (un sommaire deacutetailleacute des observations attendues des eacutelegraveves apregraves le laboratoire)
AlCl3∙6H2O ndash 10 molLNa2CO3 ndash 10 molLNaCH3COO∙3H2O ndash 10 molL HCl ndash 60 molLNaOH ndash 60 molLNH4OH ndash 60 molL Fe(NO3)3∙6H2O ndash 01 molL AgNO3 ndash 01 molL CuSO4 ndash 01 molL NiCl2∙6H2O ndash 01 molL Pb(NO3)2 ndash 01 molL
Proposer aux eacutelegraveves de deacuteterminer la nature de chaque solution agrave lrsquoaide des regravegles de solubiliteacute de la couleur de lrsquoodeur du test de la flamme et du papier tournesol Leur expliquer qursquoils vont faire des infeacuterences (indiquer lrsquoidentiteacute des solutions) en utilisant leurs observations (formation ou non de preacutecipiteacute couleur des solutions test de la flamme) afin drsquoexpliquer comment ces derniegraveres permettent drsquoidentifier les solutions Voir les renseignements pour les eacutelegraveves agrave lrsquoannexe 15 Leur proposer drsquoeacutecrire un rapport de laboratoire (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 11-38 et 11-42 pour un modegravele)
en fin
Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre aux questions suivantes dans leur carnet scientifique
- Qursquoas-tu le plus aimeacute au sujet du fait de concevoir ta propre expeacuterience- Qursquoas-tu le moins aimeacute au sujet du fait de concevoir ta propre expeacuterience- Quelles ont eacuteteacute les difficulteacutes eacuteprouveacutees lorsque ton groupe a conccedilu son expeacuterience- Comment ton groupe a-t-il reacutesolu ces problegravemes
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1 Eacutevaluer les rapports de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide drsquoune eacutechelle drsquoeacutevaluation (voir lrsquoannexe 19 pour un modegravele) 2 Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 3 Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter une eacutevaluation de leur travail de groupe agrave lrsquoaide de lrsquoannexe 20
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-08 deacutefinir lrsquooxydation et la reacuteduction entre autres le gain ou la perte drsquoeacutelectrons lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur RAG D3
C12-1-09 deacuteterminer le degreacute drsquooxydation drsquoatomes dans des composeacutes et des ions RAG D3
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une
autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs
RAG D3
strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
en tecircte
La deacutemonstration ci-dessous peut servir drsquointroduction agrave ce reacutesultat drsquoapprentissage Placer 20 g de chlorure de cuivre(II) dihydrateacute (CuCl2∙2H2O) dans un beacutecher de 250 mL et faire dissoudre dans 175 mL drsquoeau Froisser leacutegegraverement un carreacute de feuille drsquoaluminium de 10 cm de cocircteacute et le placer dans la solution Encourager les eacutelegraveves agrave noter soigneusement leurs observations macroscopiques pour discussion ulteacuterieure sur lrsquoactiviteacute agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire Demander aux eacutelegraveves par exemple si un reacuteservoir en aluminium pourrait servir au transport drsquoune solution de CuCl2 Les inviter eacutegalement agrave expliquer pourquoi la reacuteaction suivante ne se produira pas Cu(s) + AlCl3
Bloc d lrsquooxydation et la reacuteduction
Cette reacuteaction est exothermique donc preacutevoir une ventilation adeacutequate ou une hotte
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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en quecircte
Enseignement direct ndash lrsquooxydation et la reacuteductionPreacutesenter aux eacutelegraveves le deacuteveloppement de notre compreacutehension des reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction (voir Chimie 11-12 p 558-562 ou Chimie 12 p 465-466) Les reacuteactions drsquooxydo- reacuteduction et la perte et le gain drsquoeacutelectrons font lrsquoobjet de recherches depuis le deacutebut des anneacutees 1800 Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et le mouvement des eacutelectrons ont attireacute lrsquoattention des scientifiques car elles pourraient aider agrave reacutesoudre notre crise eacutenergeacutetique agrave lutter contre le reacutechauffement climatique planeacutetaire et agrave ameacuteliorer la santeacute de la planegravete
Bien des scientifiques estiment que les piles agrave hydrogegravene et les piles agrave combustible sont la technologie de lrsquoavenir Si nous voulons que nos eacutelegraveves drsquoaujourdrsquohui fassent des choix judicieux dans le futur ils doivent minimalement comprendre les technologies eacutelectrochimiques actuelles qursquoils utiliseront Preacutesenter un bref survol des technologies eacutelectrochimiques afin de mieux preacuteparer les eacutelegraveves au regroupement 6 qui preacutesente une discussion deacutetailleacutee sur le sujet
Le terme laquo oxydation raquo a eacuteteacute appliqueacute tout drsquoabord agrave la combinaison drsquooxygegravene avec drsquoautres eacuteleacutements (p ex rouille du fer ou combustion du charbon ou du meacutethane) La combustion est un synonyme drsquooxydation rapide
Le terme laquo reacuteduction raquo signifiait agrave lrsquoorigine lrsquoenlegravevement de lrsquooxygegravene drsquoun composeacute Ce terme vient du fait que le meacutetal libre a une masse plus faible que son composeacute oxydeacute Il y a diminution ou reacuteduction de la masse de la matiegravere lorsque lrsquooxygegravene est extrait Preacutesenter des exemples de reacuteactions aux eacutelegraveves
Exemple 1 2Mg(s) + O2(g) ⟶ 2MgO(s)
Si la reacuteaction est eacutecrite sous forme ionique elle devient 2Mg0 + O0
⟶ 2Mg2+O2- 2
Un coup drsquoœil rapide au reacutesultat drsquoapprentissage C12-1-12 et aux renseignements qui lrsquoaccompagnent fournira agrave lrsquoenseignant suffisamment drsquoinformation pour motiver les eacutelegraveves agrave en apprendre davantage sur les processus qui sous-tendent certains pheacutenomegravenes (propulsion drsquoune fuseacutee feux drsquoartifice antioxydants photosynthegravese rouille ivressomegravetre pour ne nommer que quelques applications)
Compte tenu de leurs connaissances anteacuterieures les eacutelegraveves devraient connaicirctre certaines reacuteactions drsquooxydation par exemple la combustion et le pourrissement des aliments
En chimie 11e anneacutee les eacutelegraveves devraient avoir observeacute le brucirclage du meacutetal de magneacutesium sinon il faudrait le faire degraves maintenant pour leur rappeler que la combustion (ou le brucirclage) est la reacuteaction drsquoune substance avec lrsquooxygegravene gazeux dans lrsquoair
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Observations
bull Le magneacutesium et lrsquooxygegravene gazeux sont deux eacuteleacutements et nrsquoont aucune chargebull Les non-scientifiques appellent geacuteneacuteralement cette reacuteaction brucirclage ou combustion
mais nous scientifiques appelons cette reacuteaction laquo oxydation raquobull Nous disons que le magneacutesium a eacuteteacute oxydeacute pour produire MgO par sa reacuteaction avec
lrsquooxygegravene gazeuxbull Du point de vue des charges le meacutetal est passeacute de la charge 0 agrave la charge 2+ et le non-
meacutetal est passeacute de 0 agrave 2-
Les chimistes savent que drsquoautres eacuteleacutements non meacutetalliques se combinent agrave des substances drsquoune maniegravere semblable agrave celle de lrsquooxygegravene (p ex lrsquohydrogegravene lrsquoantimoine et le sodium brucirclent dans le chlore et le fer brucircle en preacutesence de fluor) Par conseacutequent le terme oxydation a eacuteteacute redeacutefini comme eacutetant le processus par lequel des eacutelectrons sont enleveacutes drsquoun atome ou drsquoun ion La reacuteduction a ensuite eacuteteacute deacutefinie comme eacutetant le processus par lequel un atome ou un ion gagne des eacutelectrons
Si lrsquoon considegravere le changement dans la charge ionique comme eacutetant fonction des eacutelectrons les relations suivantes peuvent ecirctre eacutetablies
Mg ⟶ Mg2++ 2e- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee Elle est eacutegale agrave 0 des deux cocircteacutes
O2 + 4e- ⟶ 2O2- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee Elle est eacutegale agrave 4 des deux cocircteacutes
En doublant la relation Mg le nombre drsquoeacutelectrons perdus par Mg est eacutegal au nombre gagneacute par lrsquooxygegravene
2 times (Mg ⟶ Mg+2+ 2e-) = 2Mg ⟶2Mg+2+ 4e-
Ceci permet drsquoavoir une eacutequation eacutequilibreacutee
2Mg ⟶ 2Mg+2+ 4e-
+ O2+ 4e- ⟶ 2O2-
2Mg + O2 ⟶ 2MgO
Agrave partir de cet exemple on peut dire que quand Mg est oxydeacute (se combine agrave lrsquooxygegravene)
bull Mg gagne une charge positive en srsquoionisantbull Cette reacuteaction entraicircne la perte drsquoeacutelectrons
Peut-on appliquer ces geacuteneacuteralisations agrave drsquoautres reacuteactions
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Exemple 2
Mg(s)+ Cl2(g) ⟶ MgCl2(g)
Eacutecrite sous forme ionique cette reacuteaction devient
2Mg0 + Cl02 ⟶ Mg2+Cl1-Cl1-
Rappeler aux eacutelegraveves que deux ions Cl1- sont neacutecessaires pour eacutequilibrer les charges 2+ de lrsquoion Mg et qursquoil y ait ainsi formation de MgCl2
Comme dans le premier exemple on peut eacutecrire la reacuteaction sous sa forme ionique
Mg ⟶ Mg2+ + 2e- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee
Elle est eacutegale agrave 0 des deux cocircteacutes
Cl2 + 2e- ⟶ 2Cl1- Dans cette eacutequation la charge est conserveacutee Elle est eacutegale agrave 2 des deux cocircteacutes Agrave partir de cet exemple on peut dire que Mg est encore oxydeacute bull Mg gagne une charge positive et devient un ion (srsquoionise)bull Il y a eu perte drsquoeacutelectrons
Une reacuteaction compleacutementaire se produit quand un atome Cl devient un ion Cl1- bull Cl est reacuteduit en un ion neacutegatifbull Crsquoest le reacutesultat drsquoun gain drsquoeacutelectrons
Srsquoappuyant sur ces eacutenonceacutes geacuteneacuteraux les chimistes deacutefinissent maintenant lrsquooxydation comme eacutetant la perte drsquoeacutelectrons et la reacuteduction comme un gain drsquoeacutelectrons
Utiliser des trucs mneacutemoniques pour aider les eacutelegraveves agrave diffeacuterencier oxydation et reacuteduction Par exemple OXPER REacuteGAIN = lrsquooxydation est la perte drsquoeacutelectrons la reacuteduction est le gain drsquoeacutelectrons
Exemple 3
Fe3+ + Cu1+ ⟶ Fe2 + Cu2+
Fe3+ + 1e- ⟶ Fe2+ gain drsquoeacutelectrons ndash reacuteduction Cu1+ ⟶ Cu2+ + 1e- perte drsquoeacutelectrons ndash oxydation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Fondamentalement il existe deux types de reacuteactions chimiques celles qui ne produisent pas de changement apparent du nombre drsquoeacutelectrons et celles qui en produisent Ce deuxiegraveme type de reacuteaction chimique est appeleacute reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
AnimationInviter les eacutelegraveves agrave visionner une animation en ligne qui deacutemontre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction au niveau particulaire
bull Choisir lrsquoanimation laquo Zinc copper REDOX transfer raquo ou laquo Lead silver REDOX transfer raquo (site en anglais) httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm
Enseignement direct ndash le degreacute drsquooxydationMaintenant que les eacutelegraveves peuvent distinguer des reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction il faut les amener agrave deacutecouvrir que dans des reacuteactions complexes il nrsquoest pas toujours eacutevident de deacuteterminer quel eacuteleacutement est reacuteduit ou oxydeacute
Les chimistes ont creacuteeacute une seacuterie de regravegles pour nous permettre de deacuteterminer plus facilement le nombre drsquooxydation drsquoun eacuteleacutement donneacute dans un composeacute ou un ion complexe
Tous les manuels de chimie fournissent des regravegles drsquoattribution des nombres drsquooxydation (voir Chimie 12 p 476 Chimie 12 STSE p 604 ou Chimie 11-12 p 583) Ces regravegles varient leacutegegraverement drsquoun manuel agrave lrsquoautre mais elles donnent toujours la mecircme valeur pour les nombres drsquooxydation Lrsquoannexe 21 fournit une seacuterie de regravegles de ce genre
Rappeler aux eacutelegraveves que la charge ionique srsquoeacutecrit 2+ alors que le nombre drsquooxydation srsquoeacutecrit +2
Les exemples ci-dessous ont eacuteteacute eacutelaboreacutes agrave partir des regravegles drsquooxydation de lrsquoannexe
Deacuteterminer le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements eacutecrits en gras Exemple 1
HNO3
La regravegle 4 indique que le nombre drsquooxydation de H1+ = +1 et la regravegle 5 indique que O2- = -2 Ces nombres peuvent ecirctre eacutecrits agrave lrsquoendroit approprieacute comme indiqueacute
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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La charge totale est calculeacutee agrave la ligne du bas c-agrave-d pour H +1 times1 = +1 pour O ndash2 times 3 = ndash6
Les nombres drsquooxydation sont eacutecrits sur la ligne du haut Les charges totales sont eacutecrites sur la ligne du bas
La regravegle 3 dit que la somme des charges du bas doit eacutegaler 0 Ainsi le sur la ligne du bas doit ecirctre +5
Comme il nrsquoy a qursquoun N le nombre drsquooxydation de N doit ecirctre +5
Exemple 2
Na3PO4
La regravegle 6 indique que le nombre drsquooxydation de Na1+ = +1 et la regravegle 5 indique que O2 = ndash2 Ces nombres peuvent ecirctre eacutecrits agrave lrsquoendroit approprieacute comme indiqueacute La charge totale est calculeacutee au bas c-agrave-d pour O ndash2 times 4 = ndash8 et pour Na +1 times 3 = +3
Les nombres drsquooxydation sont eacutecrits sur la ligne du haut Les charges totales sont eacutecrites sur la ligne du bas
La regravegle 3 indique que la somme des charges du bas doit eacutegaler 0 Ainsi le sur la ligne du bas doit ecirctre +5
Comme il nrsquoy a qursquoun P le nombre drsquooxydation de P doit ecirctre +5
+1 -2H N O3
+1 -6
+1 -2H N O3
+1 +5 -6
+1 +5 -2H N O3
+1 +5 -6
+1 -2Na3 P O4
+3 -8
+1 -2Na3 P O4
+3 +5 -8
+1 +5 -2Na3 P O4
+3 +5 -8
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Exemple 3
Cr2O2-
7
Il srsquoagit drsquoun ion complexe dont la charge totale est 2- Cette fois les charges de la ligne du bas eacutegalent 2- La regravegle 5 indique que le nombre drsquooxydation drsquoO est -2
-2Cr2 O7
-14
Selon la regravegle 3 -14 + = -2 donc le doit ecirctre +12
-2Cr2 O7
+12 -14 Cependant il y a deux atomes Cr par conseacutequent le nombre drsquooxydation de chaque Cr doitecirctre +6
+6 -2Cr2 O7
+12 -14
Autres exemples
V2O5 (+5)H2CO3 (+4) (NH4)2SO4 (-3) [Truc eacutecrire N2H8 SO4 ou utiliser lrsquoion ammonium NH+]
4
Ra(NO2)2 (+3) [Truc eacutecrire RaN2O4 ou utiliser lrsquoion complexe NO1- ]
2
Cette meacutethode est tregraves visuelle Certains textes utilisent une solution purement algeacutebrique qui fonctionne pour certains eacutelegraveves
ExerciceInviter les eacutelegraveves agrave deacuteterminer le nombre drsquooxydation du soufre dans chacun des composeacutessuivants Na2SO4 H2S S S2Cl2 SO2 et K2S2O3 Leur demander eacutegalement drsquoorganiser ces substances par ordre croissant du nombre drsquooxydation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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en fin
1Inviter les eacutelegraveves agrave compleacuteter un cadre de comparaison pour les concepts drsquooxydation et de reacuteduction (voir lrsquoannexe 22) Voir lrsquoannexe 23 pour un exemple de reacuteponse
2Proposer aux eacutelegraveves de reacutepondre aux questions suivantes dans leur carnet scientifique
- Comment le pourrissement des aliments est-il lieacute agrave lrsquooxydation et agrave la combustion- Explique en quoi la combustion et la rouille sont des processus similaires et pourtant assez diffeacuterents
en plus
Bien des textes mentionnent souvent lrsquoeacutetat drsquooxydation des hydrures des peroxydes et des superoxydes La courte note ci-dessous devrait aider lrsquoenseignant agrave fournir aux eacutelegraveves des explications claires et ecirctre consideacutereacutee comme un compleacutement au cours
1 Les hydrures ioniques sont formeacutes lorsque lrsquohydrogegravene reacuteagit avec un meacutetal reacuteactif comme ceux qui font partie des meacutetaux alcalins et de la famille des alcalino-terreux
Exemples NaH le nombre drsquooxydation de H est ndash1 BaH2 le nombre drsquooxydation de H est ndash1 AlH3 le nombre drsquooxydation de H est ndash1
2 Les hydrures covalents sont formeacutes lorsque lrsquoatome drsquohydrogegravene est lieacute en covalence agrave lrsquoatome drsquoun autre eacuteleacutement Il y a deux types drsquohydrures covalents les hydrures contenant des uniteacutes moleacuteculaires distinctes comme CH4 et NH3 et ceux qui ont des structures plus complexes tels que (BeH2)x et (AlH3)x
CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g) + 2H2O(l) reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
Le carbone de CH4 a un nombre drsquooxydation de ndash4 qui va jusqursquoagrave +4 dans CO2 tandis que lrsquoatome drsquooxygegravene va de 0 dans lrsquooxygegravene libre agrave ndash2 dans CO2 et H2O
3 Le calcium le strontium et le baryum des meacutetaux alcalino-terreux forment des peroxydes ioniques qui sont geacuteneacuteralement consideacutereacutes comme des exceptions aux regravegles normales drsquoattribution des nombres drsquooxydation de lrsquooxygegravene Les peroxydes ioniques combineacutes agrave lrsquoeau ou agrave un acide dilueacute produisent de lrsquoH2O2 et sont tous des agents oxydants puissants
Lrsquoion peroxyde est O22- dont chaque atome O a un nombre drsquooxydation de -1
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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4 Superoxydes les superoxydes sont un groupe de composeacutes comprenant lrsquoion O 2-
Dans des conditions ougrave il y a un excegraves drsquoO2 les meacutetaux alcalins subissent des reacuteactions de combustion qui geacutenegraverent plusieurs produits diffeacuterents des oxydes des peroxydes et des superoxydes Lrsquoion superoxyde O 2
- a un nombre drsquooxydation de frac12
Le potassium le rubidium et le ceacutesium forment des composeacutes superoxydes stables qui se deacutecomposent lorsqursquoils entrent en contact avec lrsquoeau libeacuterant de lrsquooxygegravene gazeux Cette reacuteaction est utiliseacutee dans les appareils respiratoires autonomes La vapeur drsquoeau de lrsquoair expireacute des poumons amorce la reacuteaction libeacuterant de lrsquooxygegravene gazeux
2KO2(s) + 2H2O(l) ⟶ 2KOH(aq) + O2(g) + H2O2(aq)
Le KO2 reacuteagit avec le dioxyde de carbone expireacute par les poumons pour libeacuterer encore plus drsquooxygegravene gazeux
4KO2(s) + 2CO2(g) ⟶ 2K2CO3(s) + 3O2(g)
Comme toujours faire lrsquoessai de tous les exemples avant de les soumettre comme problegravemes aux eacutelegraveves au cas ougrave il y aurait des nombres drsquooxydation fractionnaires Ce nrsquoest pas tellement un problegraveme dans le preacutesent reacutesultat mais cela pourrait le devenir lorsque les eacutelegraveves devront eacutequilibrer les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction dans le reacutesultat drsquoapprentissage C12-1-10 (p ex Fe3O4 ougrave le nombre drsquooxydation de Fe devrait ecirctre +83)
strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Soumettre aux eacutelegraveves une reacuteaction chimique Leur demander drsquoidentifier la substance oxydeacutee et la substance reacuteduite et de deacuteterminer le nombre drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes pour conserver la charge Les eacutelegraveves devraient pouvoir eacutecrire les demi-reacuteactions bien qursquoagrave ce stade lrsquoensei-gnant nrsquoutiliserait probablement pas ce terme On peut prendre par exemple des reacuteactions qui ont eacuteteacute eacutetudieacutees en 11e anneacutee notamment
2AgNO3(aq) + Cu(s) ⟶ 2Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)
Les eacutelegraveves devraient ecirctre en mesure drsquoenlever les ions spectateurs des reacuteactions
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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2Donner aux eacutelegraveves des reacuteactions et leur demander de deacuteterminer lesquelles seraient des reacuteac-tions drsquooxydation ou de reacuteduction Les eacutelegraveves devraient pouvoir expliquer leurs reacuteponses
Exemples
Na ⟶ Na1++ 1e- (oxydation) F + 1e- ⟶F1- (reacuteduction) Ti3+ ⟶ Ti4+ + 1e- (oxydation)
Lancer un autre deacutefi aux eacutelegraveves avec la reacuteaction suivante
MnO2 + 2e- + 4H1+ ⟶ 2H2O + Mn2+ (oxydation)
3Inviter les eacutelegraveves agrave reacutepondre agrave la question suivante
- Pourquoi les reacuteactions drsquooxydation et de reacuteduction doivent-elles se produire ensemble
4Demander aux eacutelegraveves de deacuteterminer les nombres drsquooxydation des atomes dans des composeacutes et des ions Il y a une foule de textes qui renferment des exemples et des feuilles de travail pour aider les eacutelegraveves agrave pratiquer lrsquoassignation des nombres drsquooxydation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-10 distinguer les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction de celles qui ne le sont pas entre autres lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur la substance oxydeacutee et la
substance reacuteduite RAG D3
C12-1-11 eacutequilibrer des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoaide de meacutethodes redox entre autres des solutions basiques et acides RAG D3
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation
ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs RAG D3
strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
en tecircte
deacutemonstrationPreacuteparer un beacutecher drsquoune solution de nitrate drsquoargent en faible concentration et y ajouter un bout de fil de cuivre nu enrouleacute Inviter les eacutelegraveves agrave observer et agrave se rappeler les notions relatives aux reacuteactions chimiques apprises en 11e anneacutee Leur demander de proposer une explication Est-ce que la reacuteaction inverse se produit
Utiliser une solution faible de nitrate de cuivre et de lrsquoargent pour deacutemontrer la reacuteaction inverse non spontaneacutee de la deacutemonstration ci-dessus
Bloc e les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction
Degraves la 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacuteteacute initieacutes agrave la conservation des atomes dans une reacuteaction (S2-2-06) et en chimie de 11e anneacutee agrave la conservation des atomes et de la masse dans une reacuteaction chimique (C11-3-05 C11-3-12 et C11-3-13)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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en quecircte
Enseignement direct ndash les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction Si deacutesireacute faire la deacutemonstration drsquoun certain nombre de solutions reacuteactives donnant lieu agrave des reacuteactions drsquooxydation-reacuteduction (p ex cuivre plus sulfate de zinc et zinc plus sulfate de cuivre) Les possibiliteacutes qui sont les plus eacuteloigneacutees dans le tableau du potentiel de reacuteduction normal donneraient lieu aux reacuteactions les plus rapides Preacutesenter des exemples assez deacutetail-leacutes comme ceux qui figurent ci-dessous pour aider les eacutelegraveves agrave bien comprendre les concepts drsquooxydation et de reacuteduction ainsi que la perte et le gain drsquoeacutelectrons Il est essentiel qursquoils comprennent ces notions pour reacuteussir le regroupement 6 Lrsquoeacutelectrochimie
Exemple
Eacutequation ionique
Cu(s) + 2AgNO3(aq) ⟶ Cu(NO3 )2(aq) + 2Ag(s)
Eacutequation ionique nette
Eacutelectrons perdus (oxydation) Cu0 Cu2+ + 2e1-
Cu(s)0 + 2Ag(aq)
+ Cu(aq)2+ + 2Ag(s)
0
2Ag+ + 2e1- 2Ag0 Eacutelectrons gagneacutes (reacuteduction)
Inviter les eacutelegraveves agrave noter ce qui suit
bull Un agent reacuteducteur provoque la reacuteduction drsquoune autre espegravece
bull Un agent oxydant provoque lrsquooxydation drsquoune autre espegravece
bull La substance oxydeacutee Cu0 est lrsquoagent reacuteducteur (aussi appeleacute donneur drsquoeacutelectrons)
bull Lrsquoeacuteleacutement reacuteduit Ag+ est lrsquoagent oxydant (aussi appeleacute accepteur drsquoeacutelectrons)
Dans certains manuels on deacutefinit lrsquooxydation comme lrsquoaugmentation de lrsquoeacutetat drsquooxydation et la reacuteduction comme eacutetant la diminution de lrsquoeacutetat drsquooxydation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Srsquoassurer que les eacutelegraveves comprennent que chaque atome de cuivre solide (meacutetal) perd deux eacutelectrons pour former lrsquoion cuivre (II) Deux ions argent captent chacun lrsquoun des eacutelectrons du cuivre pour former deux atomes drsquoargent Le cuivre est laquo oxydeacute raquo et lrsquoargent est laquo reacuteduit raquo ndash une reacuteaction de transfert drsquoeacutelectrons par oxydationreacuteduction ou reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
Chaque perte drsquoeacutelectrons drsquoune moleacutecule doit ecirctre compenseacutee par un gain drsquoun nombre eacutegal drsquoeacutelectrons dans une autre moleacutecule Lrsquooxydation et la reacuteduction se produisent toujours simul-taneacutement dans les reacuteactions Si une reacuteaction ne comporte pas de transfert drsquoeacutelectrons alors elle ne peut ecirctre consideacutereacutee comme une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
Activiteacute de laboratoire ndash les reacuteactions drsquooxydoreacuteductionProposer aux eacutelegraveves de mener lrsquoactiviteacute de laboratoire deacutecrite agrave lrsquoannexe 24
Reacutesolution de problegravemesProposer aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes drsquooxydoreacuteduction (voir lrsquoannexe 25) Voici un exemple de problegraveme avec la solution
Pour la reacuteaction Zn(s)+ Cu(aq)2+
+ ⟶ Zn(aq)2+ + Cu(s)
1) indique si crsquoest une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction ou non
2) si crsquoest une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction identifie la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Solution
Eacutetape 1 Assigne les nombres drsquooxydation de chaque substance drsquoapregraves les regravegles drsquoassigna-tion des nombres drsquooxydation
Zn s + Cu(aq)
2+ Zn(aq)2+ + Cu(s)
0 +2 +2 0 ( )
Eacutetape 2 Remarque quel reacuteactif perd des eacutelectrons Crsquoest la substance oxydeacutee
Zn s + Cu(aq)2+ Zn(aq)
2+ + Cu(s) 0 +2 +2 0
( )
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Lrsquoatome Zn perd deux eacutelectrons et forme Zn2+ donc il est oxydeacute Zn est aussi lrsquoagent reacuteducteur car il fournit des eacutelectrons au reacuteactif reacuteduit
Eacutetape 3 Remarque quel reacuteactif gagne des eacutelectrons Ce sera la substance reacuteduite
Zn s + Cu(aq)2+ Zn(aq)
2+ + Cu(s) 0 +2 +2 0
( )
Lrsquoion Cu2+ gagne deux eacutelectrons et forme lrsquoatome Cu donc Cu2+ est reacuteduit Cu2+ est aussi lrsquoagent oxydant car il capte des eacutelectrons du reacuteactif oxydeacute
Eacutetape 4 Veacuterifie srsquoil y a une reacuteaction de reacuteduction et une reacuteaction drsquooxydation Si les deux reacuteactions se produisent crsquoest une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
Les eacutetapes 2 et 3 confirment qursquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
AnimationMetals in Aqueous Solutions httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfolderflashfilesredoxhomehtml Ce site Web illustre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsqursquoun meacutetal est immergeacute dans une solution ionique aqueuse (site en anglais) Demander aux eacutelegraveves de preacutedire ce qui se produira avant de placer le meacutetal dans la solution
Enseignement direct ndash eacutequilibrer les reacuteactions drsquooxydoreacuteductionPreacutesenter aux eacutelegraveves les eacutetapes suivantes pour eacutequilibrer une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction selon la meacutethode de variation du nombre drsquooxydation Cette meacutethode permet drsquoeacutequilibrer une eacutequation drsquooxydoreacuteduction en comparant la diminution et lrsquoaugmentation des nombres drsquooxydation c-agrave-d le nombre drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes
Un type speacutecial de reacuteaction drsquooxydoreacuteduction se produit quand deux eacuteleacutements du mecircme composeacute changent de nombre drsquooxydation On lrsquoappelle parfois la reacuteaction de dismutation En voici deux exemples
0 +1 -1Cl2(g)+ 2OH(aq)
- (aq)⟶ OCl(aq)+ Cl(aq)+ H2O(l) -1 -2 02H2O2 ⟶ 2H2O(l)+ O2(g)
Lrsquooxydoreacuteduction a des liens directs avec lrsquoeacutelectrochimie donc le regroupement 6 pourrait ecirctre enseigneacute directement apregraves ce regroupement ou le reacutesultat drsquoapprentissage C12-1-11 pourrait ecirctre preacutesenteacute au regroupement 6 plutocirct qursquoau regroupement 1
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Exemple 1
Suivre les eacutetapes indiqueacutees pour eacutequilibrer la reacuteaction chimique ci-dessous
P(s)+ HNO3(aq) + H2O(l) ⟶ NO(g)+ H3PO4(aq)
1 Assigne les nombres drsquooxydation agrave tous les atomes de la reacuteaction Eacutecris le nombre au-dessus de lrsquoatome approprieacute
0 +1+5-2 +1-2 +2-2 +1+5-2 P(s)+ HNO3(aq)+ H2O(l) ⟶ NO(g)+ H3PO4(aq)
2 Indique quels atomes sont oxydeacutes et lesquels sont reacuteduits Trace une ligne pour relier les atomes qui sont oxydeacutes et ceux qui sont reacuteduits Eacutecris le nombre drsquoeacutelectrons gagneacutesperdus agrave mi-chemin de la ligne
P(s) + HNO3(aq) + H2O(l) NO(g) + H3PO4(aq) 0 +1+5-2 +1 -2 +2 -2 +1 +5 -2
5 eacutelectrons perdus
3 eacutelectrons gagneacutes |
oxydation
3 Eacutequilibre les nombres drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes en placcedilant les coefficients comme suit
P(s) + HNO3(aq) + H2O(l) NO(g) + H3PO4(aq) 0 +1+5-2 +1 -2 +2 -2 +1 +5 -2
5 times (3 eacutelectrons gagneacutes)
3 times (5 eacutelectrons perdus)oxydation
reacuteduction
Il existe deux meacutethodes de base pour eacutequilibrer les reacuteactions drsquooxydo- reacuteduction Eacutetant donneacute que cette courte section a eacuteteacute conccedilue en tant qursquointroduction agrave lrsquooxydoreacuteduction seule la meacutethode fondeacutee sur le nombre drsquooxydation est preacutesenteacutee Lrsquoautre meacutethode efficace fondeacutee sur les demi-reacuteactions sera preacutesenteacutee plus en deacutetail au regroupement 6 au cours drsquoune discussion sur le potentiel drsquooxydation et la seacuterie eacutelectrochimique De faccedilon geacuteneacuterale si la reacuteaction est eacutecrite sous forme moleacuteculaire comme dans le premier exemple on tiendra deacutejagrave compte de la base ou de lrsquoacide dans la reacuteaction Dans le cas de reacuteactions ioniques en solution aqueuse des ions H+ ou OHndash doivent ecirctre ajouteacutes du cocircteacute approprieacute pour eacutequilibrer la charge ionique et les espegraveces eacuteleacutementaires Les exemples preacutesenteacutes illustrent clairement ce concept
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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4 Place le coefficient 3 devant P(s) et H3PO4 et place le coefficient 5 devant HNO3 et NO
3P(s) + 5HNO3(aq) + H2O(l)⟶ 5NO(g) + 3H3PO4(aq)
5 Eacutequilibre tous les atomes comme il se doit et fais une veacuterification finale pour voir si tous les atomes et les charges sont eacutequilibreacutes Eacutequilibre drsquoabord les meacutetaux puis les non-meacutetaux Ensuite fais de mecircme pour lrsquohydrogegravene et termine avec lrsquooxygegravene En suivant ces eacutetapes souvent les nombres plus complexes de lrsquoatome O sont deacutejagrave deacutetermineacutes
3P(s) + 5HNO3(aq) + 2H2O(l)⟶ 5NO(g) + 3H3PO4(aq)
Exemple 2 Solution acide
Eacutequilibre la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction en solution aqueuse qui se produit en solution acide
BiO 3(aq)- + MnO2(aq) ⟶ Bi(aq)
3+ + MnO 4(aq)-
1 Assigne les nombres drsquooxydation agrave tous les atomes de la reacuteaction Eacutecris le nombre au-dessus des atomes approprieacutes et indique le nombre drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes
BiO3(aq)- + MnO2(aq) Bi(aq)
3+ + MnO4(aq)-
+5 -2 +4 -2 +3 +7 -2
3 eacutelectrons perdus
oxydation
2 eacutelectrons gagneacutes reacuteduction
2 Eacutequilibre les nombres drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes en utilisant les coefficients approprieacutes
BiO3 (aq)- + MnO2 (aq) Bi3+
(aq)+ MnO4 (aq)-
+5 -2 +4 -2 +3 +7 -2
reacuteduction
3 times (2 eacutelectrons gagneacutes)
2 times (3 eacutelectrons perdus)oxydation
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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3 Eacutecris les coefficients devant lrsquoespegravece approprieacutee
3BiO 3(aq)- + 2MnO2(aq) ⟶ 3Bi(aq)
3+ + 2MnO 4(aq)-
4 Additionne les charges ioniques et eacutequilibre la reacuteaction avec H+ sachant que la reacuteaction se produit dans une solution acide
3BiO3(aq)
- + 2MnO2(aq) 3Bi(aq)3+ + 2MnO4(aq)
- (3-) + 0
(3-)
(9+) + (2 )
(7+)
Il faudrait ajouter 10 ions H+ du cocircteacute gauche de la reacuteaction pour eacutequilibrer les charges ioniques
3BiO3(aq)- + 2MnO2(aq) + 10H+ 3Bi(aq)
3+ + 2MnO4(aq)-
5 Ajoute ensuite de lrsquoeau du cocircteacute opposeacute pour eacutequilibrer les nombres drsquoatomes H et O
3BiO3(aq)- + 2MnO2(aq) + 10H+ 3Bi(aq)
3+ + 2MnO4(aq)- + 5H2O(l)
Exemple 3 Solution basique
Eacutequilibre la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction aqueuse suivante qui se produit en solution basique
MnO4(aq)- + C2O4(aq)
2- MnO2(s) + CO3(aq)2-
1 Assigne les nombres drsquooxydation agrave tous les atomes de la reacuteaction Eacutecris ces nombres au-dessus des atomes approprieacutes et indique les nombres drsquoeacutelectrons perdus et gagneacutes
MnO4(aq)- + C2O4(aq)
2- MnO2(s) + CO3(aq)2-
+7 -2 +3 -2 +4 -2 +4 -2
2 eacutelectrons perdus par C2 oxydation
3 eacutelectrons gagneacutes
reacuteduction
-
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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2 Eacutequilibre les eacutelectrons perdus et gagneacutes en utilisant les coefficients
MnO4(aq)- + C2O4(aq)
2- MnO2(s) + CO3(aq)2-
+7 -2 +3 -2 +4 -2 +4 -2
3(2 eacutelectrons perdus par C2) oxydation
2(3 eacutelectrons gagneacutes)
reacuteduction
3 Eacutecris les coefficients devant les espegraveces approprieacutees 2MnO4(aq)
- + 3C2O4(aq)2- 2MnO2(s) + 6CO3(aq)
2-
Remarque qursquoil faut 6CO32- pour eacutequilibrer les atomes C dans 3C2O4-
2-
4 Additionne les charges ioniques et fais lrsquoeacutequilibrage avec les ions OHndash sachant que la reacuteaction se produit en solution basique
2MnO4(aq)- + 3C2O4(aq)
2- 2MnO2(s) + 6CO3(aq)2-
(2-) + (6-) 0 + (12-)
8- 12-
Il faudrait ajouter quatre ions OHndash agrave la partie gauche de la reacuteaction pour eacutequilibrer la charge ionique
2MnO4(aq)- + 3C2O4(aq)
2- + 4OH(aq)- 2MnO2(s) + 6CO3(aq)
2-
5 Ajoute alors de lrsquoeau au cocircteacute opposeacute de la reacuteaction pour eacutequilibrer le nombre drsquoatomes H et O 2MnO4(aq)
- + 3C2O4(aq) 2- + 4OH(aq)
- 2MnO2(s) + 6CO (aq)2- + 2H2O(l)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Deacutemonstration Le test agrave lrsquoivressomegravetre srsquoappuie sur la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction indiqueacutee ci-dessous On peut lancer un deacutefi aux eacutelegraveves et leur demander drsquoeacutequilibrer cette reacuteaction CH3CH2OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr2( SO + 2K2SO4+ 11H2O (jaune-orange) (vert)
)34
Historiquement avant que la spectrophotomeacutetrie laser occupe une place preacutedominante dans lrsquoeacutequipement mobile drsquoanalyse du taux drsquoalcool dans lrsquohaleine le conducteur devait souffler dans une solution de dichromate de potassium de couleur orange vert Lorsque lrsquoeacutethanol (srsquoil eacutetait preacutesent dans lrsquoeacutechantillon) reacuteagissait avec lrsquoacide la solution devenait de plus en plus verte Le degreacute de changement eacutetait ensuite mesureacute au moyen drsquoun simple spectrophotomegravetre Agrave mesure que la longueur drsquoonde de la lumiegravere eacutemise srsquoapprochait du vert elle indiquait une plus grande quantiteacute drsquoalcool dissous dans lrsquoair expireacute Ces reacuteactifs traditionnels sont facilement accessibles dans la plupart des laboratoires drsquoeacutecole On peut bacirctir un ivressomegravetre rudimentaire et y injecter des bulles drsquoeacutethanol deacutenatureacute pour tester le changement de couleur Un rince bouche ordinaire repreacutesente une source efficace et seacutecuritaire drsquoalcool pour simuler lrsquohaleine drsquoun conducteur avec les faculteacutes affaiblies
Poser la question suivante aux eacutelegraveves
- Qursquoarriverait-il si on ajoutait du meacutethanol ou de lrsquoisopropanol au lieu de lrsquoeacutethanol
en fin
Inviter les eacutelegraveves agrave creacuteer une analogie illustrant chacun des termes suivants oxydation reacuteduction agent oxydant et agent reacuteducteur
strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Proposer aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes visant agrave identifier les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et celles qui nrsquoen sont pas Les eacutelegraveves pourront eacutegalement identifier lrsquoagent oxydant lrsquoagent reacuteducteur la substance oxydeacutee et la substance reacuteduite dans une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Ici nous utiliserons la convention selon laquelle la laquo substance raquo est geacuteneacuteralement une espegravece atomique donc nous nrsquoutiliserons pas une notation ionique (p ex N au lieu de N+5) Lrsquoenseignant peut utiliser srsquoil le deacutesire drsquoautres faccedilons de deacutecrire la substance oxydeacutee ou reacuteduite mais il est important de toujours utiliser la mecircme notation
Pour ces exemples de reacuteactions identifier la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteura) Ag(aq)
+ + Cu(s)0 Ag(s)
0 + Cu(aq)2+
(La reacuteaction srsquoeacutecrit comme suit Cu(s)+ 2AgNO3(aq) Cu( NO3) 2(aq) + 2Ag(s))
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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b) 2HNO3(aq) + 3H2S(g) 2NO(g) + 3S(s)0 + 4H2O(l)
Quelle substance est oxydeacutee a) Cu(s) 0 b) S
Quelle substance est reacuteduite a) Ag(aq) + b) N
Quel est lrsquoagent oxydant a) Cu(s) 0 b) HNO3(aq)
Quel est lrsquoagent reacuteducteur a) Cu(s) 0 b) H2S(g)
2Demander aux eacutelegraveves de deacutecrire les termes agent oxydant agent reacuteducteur substance oxydeacutee et substance reacuteduite agrave lrsquoaide de lrsquoapproche tripartite (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1022)
3Inviter les eacutelegraveves agrave eacutequilibrer les eacutequations drsquooxydoreacuteduction agrave lrsquoaide des notes explicatives (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1314)
4Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9
5Eacutevaluer le rapport drsquoexpeacuterience des eacutelegraveves
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-1-12 mener une recherche sur les applications pratiques des reacuteactions redox par exemple carburant agrave fuseacutee feux drsquoartifice agent de blanchiment photographie extraction de meacutetaux agrave partir de minerai fabrication de lrsquoacier recyclage de lrsquoaluminium piles agrave combustible batteries enlegravevement des taches de ternissure horloge agrave fruit mise en eacutevidence de sang agrave des fins judiciaires agrave lrsquoaide de luminol chimioluminescencebioluminescence deacutegraissage eacutelectrolytique eacutelectrodeacuteposition (galvanoplastie) gravure chimique antioxydantsagents de conservation RAG B1 B2 B4 D3
C12-0-R1 tirer des informations drsquoune varieacuteteacute de sources et en faire la synthegravese entre autres imprimeacutees eacutelectroniques et humaines RAG C2 C4 C6
C12-0-R2 eacutevaluer lrsquoinformation obtenue afin de deacuteterminer lrsquoutiliteacute des renseignements par exemple lrsquoexactitude scientifique la fiabiliteacute le degreacute drsquoactualiteacute la pertinence lrsquoobjectiviteacute les preacutejugeacutes RAG C2 C4 C5 C8
C12-0-R3 citer ou noter des reacutefeacuterences bibliographiques selon les pratiques accepteacutees RAG C2 C6
C12-0-R4 communiquer lrsquoinformation sous diverses formes en fonction du public cible de lrsquoobjectif et du contexte RAG C5 C6
C12-0-G1 collaborer avec les autres afin drsquoassumer les responsabiliteacutes et drsquoatteindre les objectifs drsquoun groupe RAG C2 C4 C7
C12-0-G2 susciter et clarifier des questions des ideacutees et des points de vue divers lors drsquoune discussion et y reacuteagir RAG C2 C4 C7
C12-0-G3 eacutevaluer les processus individuels et collectifs employeacutes RAG C2 C4 C7
Bloc F applications pratiques des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des applications de la chimie RAG A1 A3 A5 B2
C12-0-T2 expliquer lrsquointeraction de la recherche scientifique et de la technologie dans la production et la distribution de mateacuteriaux RAG A5 B1 B2
C12-0-T3 illustrer comment des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne RAG A5 B2
strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
en tecircte
Inviter les eacutelegraveves agrave faire une recherche rapide dans Internet sur diffeacuterentes applications des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et agrave partager leurs reacutesultats avec la classe
en quecircte
Recherche ndash applications pratiques de reacuteactions drsquooxydoreacuteductionProposer aux eacutelegraveves de faire une recherche sur une application pratique de reacuteactions drsquooxy-doreacuteduction (voir lrsquoannexe 26) Leur deman-der de partager lrsquoinformation recueillie selon la meacutethode de leur choix (p ex exposeacute oral brochure informative affiche) Des eacuteleacutements de contenu pour cette preacutesentation pourraient inclure la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction eacutequili-breacutee lrsquoeffet du processus sur lrsquoenvironnement et la consommation drsquoeacutenergie par cette reacuteaction Deacuteterminer les critegraveres drsquoeacutevaluation avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient inclure des eacuteleacutements touchant le contenu et la preacutesentation
Les renseignements qui suivent visent agrave servir drsquointroduction pour chacun des exemples dansle reacutesultat drsquoapprentissage et pourraient srsquoajouter agrave la liste eacutetablie par les eacutelegraveves dans la sectionlaquo En tecircte raquo Choisir des exemples qui correspondent aux inteacuterecircts et expeacuteriences des eacutelegraveves et de lrsquoenseignant Compleacuteter le mateacuteriel preacutesenteacute agrave la page suivante par des recherches drsquoinfor-mation dans les ressources habituelles comme Internet certains manuels encyclopeacutedies et
Ce reacutesultat drsquoapprentissage a eacuteteacute placeacute ici pour que lrsquoenseignant puisse assigner aux eacutelegraveves une recherche degraves le deacutebut de lrsquoanneacutee scolaire afin qursquoils rassemblent des donneacutees et des ideacutees sur une longue peacuteriode Organiser des preacutesentations de groupe durant le regroupement sur lrsquoeacutelectrochimie agrave la fin du cours Attirer lrsquoattention des eacutelegraveves sur lrsquoeffet de ces processus sur lrsquoenvironnement et sur leur consommation drsquoeacutenergie
Encourager les eacutelegraveves agrave faire des recherches et agrave preacuteparer des deacutemonstrations pour appuyer leurs preacutesentations
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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revues et aupregraves de speacutecialistes Ideacutealement demander aux eacutelegraveves de fournir de lrsquoinformation provenant de leur propre sphegravere drsquoexpeacuteriences
Carburant agrave fuseacuteeChaque propulseur fuseacutee solide de la navette spatiale utiliseacute durant les deux premiegraveres mi-nutes du lancement contient 495 000 kg drsquoun meacutelange explosif de perchlorate drsquoammonium et drsquoaluminium
NH4ClO4(s) + Al(s) Al2O3(g) + HCl(g) + N2(g) + H2O(g) Feux drsquoartificeLa chaleur et la pousseacutee produites par une piegravece pyrotechnique sont le reacutesultat de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction exothermiques En geacuteneacuteral une piegravece pyrotechnique est composeacutee drsquoun agent oxydant comme le perchlorate de potassium drsquoun combustible comme lrsquoaluminium ou le magneacutesium drsquoun liant et de certaines substances chimiques pour les effets speacuteciaux (cou-leurs eacutetincelles et fumeacutee) Agrave titre drsquoexemple la couleur verte des feux drsquoartifice est produite gracircce agrave un composeacute de baryum et les eacutetincelles doreacutees sont produites gracircce agrave lrsquoajout de limaille de fer ou de charbon
Agent de blanchiment pour lrsquoentretien meacutenagerGracircce au processus drsquooxydation les couleurs indeacutesirables (taches) sont enleveacutees (oxydeacutees) par lrsquoagent de blanchiment La couleur est le reacutesultat du mouvement drsquoeacutelectrons entre diffeacuterents niveaux drsquoeacutenergie des atomes du mateacuteriel OCl(aq)
- + moleacutecule de substance coloreacutee(s) Cl(aq)- + moleacutecule de substance oxydeacutee (incolore)(s)
PhotographieIl existe trois reacuteactions drsquooxydoreacuteduction diffeacuterentes en photographie noir et blanc
1 Le neacutegatif du film est une eacutemulsion de bromure drsquoargent
Ag(aq)+ + Br(aq)
- AgBr(s)
2 Le film est traiteacute et lrsquoAg+(aq) reacutesiduel est converti en argent libre par un agent reacuteducteur La
partie AgBr qui nrsquoa pas reacuteagi est enleveacutee par immersion dans une solution approprieacutee Cette eacutetape produit le neacutegatif
3 Le neacutegatif est ensuite imprimeacute sur du papier photographique
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Extraction de meacutetaux agrave partir de mineraiLrsquoaluminium est extrait de lrsquooxyde drsquoaluminium (bauxite raffineacutee) par eacutelectrolyse suivant le proceacutedeacute de Hall-Heroult cathode Al(aq)
3+ + 3e- Al(s) anode 2O(aq)
2- O2(g ) + 4e-
reacuteaction en cellule nette 4Al(aq)3+ + 6O(aq)
2- 4Al(s) + 3O2(g)
Ce proceacutedeacute consomme drsquoeacutenormes quantiteacutes drsquoeacutenergie eacutelectrique Le recyclage de lrsquoaluminium est beaucoup plus eacuteconomique que le proceacutedeacute effectueacute agrave partir de la bauxite
Le cuivre lrsquoargent lrsquoor le platine et le palladium sont les seuls meacutetaux de transition qui preacute-sentent une reacuteactiviteacute assez faible pour ecirctre preacutesents dans la nature sans ecirctre combineacutes agrave drsquoautres eacuteleacutements
Production de lrsquoacierLe proceacutedeacute agrave lrsquooxygegravene constitue la meacutethode de base la plus courante pour purifier le fer Les mitrailles drsquoacier sont meacutelangeacutees au fer de fonte dans un haut fourneau puis on ajoute de lrsquooxygegravene (par injection) pour oxyder les impureteacutes
Recyclage de lrsquoaluminiumTous les produits de lrsquoaluminium peuvent ecirctre recycleacutes apregraves usage Les rebuts en aluminium sont geacuteneacuteralement transporteacutes par camion jusqursquoau centre de recyclage ougrave ils sont veacuterifieacutes et trieacutes pour en deacuteterminer la composition et la valeur Srsquoil est impossible de deacuteterminer leur qualiteacute lrsquoaluminium sera drsquoabord passeacute entre de gros aimants pour enlever tout meacutetal ferreux et selon le type de contamination preacutesent certains rebuts devront ecirctre soumis agrave drsquoautres trai-tements Pour les canettes de boissons par exemple il faut enlever la laque qui les recouvre avant de pouvoir reacutecupeacuterer lrsquoaluminium Piles agrave combustibleLa pile agrave combustible la plus courante est la pile hydrogegravene-oxygegravene utiliseacutee dans la navette spatiale Certains constructeurs drsquoautomobiles utilisent maintenant des piles agrave combustiblecomme sources drsquoeacutenergie
oxydation ( H2(g) + 2OH(aq)- 2H2O(l) + 2e-) times 2
reacuteduction O2(g) + 2H2O(l) + 4e- 4OH(aq)-
reacuteaction globale 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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BatteriespilesLe flux des eacutelectrons dans une pile ou une batterie est geacuteneacutereacute par lrsquooxydation du zinc dans la pile et la reacuteduction de MNO2 Voici les reacuteactions qui se produisent
oxydation Zn(s) Zn(aq)2+ + 2e-
reacuteduction 2MnO2(s) + 2NH4(aq)
+ + 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
Enlegravevement des ternissuresLa ternissure de lrsquoargent est faite drsquoAg2S et reacutesulte de la reacuteaction drsquooxydoreacuteduction mettant en jeu des sulfures de lrsquoenvironnement Pour enlever les ternissures on fait reacuteagir lrsquoaluminium comme suit
3Ag2S(s) + 2Al(s) Al2S3(s) + 6Ag(s)
Horloge agrave fruitEn inseacuterant deux eacutelectrodes de diffeacuterents meacutetaux dans un morceau de fruit (comme le citron) et en les reliant par des fils eacutelectriques on peut geacuteneacuterer un courant eacutelectrique et alimenter une horloge rudimentaire agrave cristaux liquides
Zn(s)+ Cu(aq)2+ Zn(aq)
2+ + Cu(s)
Mise en eacutevidence de sang agrave des fins judiciaires agrave lrsquoaide de luminolPour reacutealiser un test au luminol les criminalistes nrsquoont qursquoagrave vaporiser la solution de luminol partout ougrave ils pensent trouver des taches de sang Si le meacutelange de luminol vient en contact avec des globules rouges le fer de lrsquoheacutemoglobine acceacuteleacuterera une reacuteaction entre le peroxyde drsquohydrogegravene et le luminol Dans cette reacuteaction drsquooxydation le luminol perd des atomes drsquoazote et drsquohydrogegravene et capte des atomes drsquooxygegravene drsquoougrave la formation drsquoun composeacute appeleacute 3-aminophthalate Le 3-aminophthalate se preacutesente agrave lrsquoeacutetat exciteacute les eacutelectrons des atomes drsquooxygegravene eacutetant propulseacutes sur une orbite supeacuterieure Les eacutelectrons retombent rapidement agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute (eacutetat fondamental) en eacutemettant un surplus de luminescence sous forme de photon lumineux Quand le fer acceacutelegravere la reacuteaction la lumiegravere eacutemise est assez brillante pour qursquoon la voie dans le noir
ChimioluminescencebioluminescenceLa plupart des meacutethodes de chimioluminescence nrsquoutilisent que quelques composants chimiques pouvant produire de la lumiegravere La chimioluminescence du luminol et celle du peroxyoxalate sont toutes deux utiliseacutees dans des meacutethodes bioanalytiques Dans chaque sys-tegraveme un laquo combustible raquo est chimiquement oxydeacute pour geacuteneacuterer un produit agrave lrsquoeacutetat exciteacute Dans bien des meacutethodes utilisant le luminol crsquoest ce produit exciteacute qui eacutemet la lumiegravere signalant la preacutesence de sang Dans la chimioluminescence lieacutee au peroxyoxalate le produit initial agrave lrsquoeacutetat exciteacute nrsquoeacutemet pas de lumiegravere du tout il reacuteagit plutocirct avec un autre composeacute souvent un com-poseacute qui est aussi viable comme colorant fluorescent et crsquoest ce fluorophore qui devient exciteacute et eacutemet de la lumiegravere
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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La bioluminescence est une lumiegravere produite par une reacuteaction chimique agrave lrsquointeacuterieur drsquoun organisme Au moins deux produits chimiques sont en preacutesence celui qui produit la lumiegravere est geacuteneacuteralement appeleacute laquo lucifeacuterine raquo et celui qui alimente ou catalyse la reacuteaction srsquoappelle laquo lucifeacuterase raquo
Deacutegraissage eacutelectrolytiqueLa couche de sels de mer sur des objets de meacutetal est enleveacutee agrave lrsquoaide drsquoun processus eacutelectrochi-mique Une pile voltaiumlque est coupleacutee agrave une cathode lrsquoobjet lui-mecircme et agrave une anode drsquoacier inoxydable dans une solution basique Les ions chlorure sont enleveacutes au passage du courant eacutelectrique
Dans une autre meacutethode les bacteacuteries convertissent les ions sulfate en un gaz (sulfure drsquohydrogegravene) permettant le deacutepocirct drsquoune couche de sulfure drsquoargent sur les piegraveces de monnaie et les lingots drsquoargent apregraves une longue peacuteriode drsquoimmersion au fond de lrsquooceacutean Dans une pile eacutelectrolytique lrsquoargent du sulfure drsquoargent peut ecirctre reacuteduit sous sa forme meacutetallique et reacutecupeacutereacute (Dingrando et al 2005 684)
EacutelectrodeacutepositionLa technique utiliseacutee dans la galvanoplastie srsquoappelle lrsquoeacutelectrodeacuteposition (p ex dans la production de CD) Lrsquoobjet agrave recouvrir est placeacute dans un contenant renfermant une solution drsquoun ou de plusieurs sels meacutetalliques Lrsquoobjet est brancheacute agrave un circuit eacutelectrique formant la cathode (eacutelectrode neacutegative) du circuit tandis qursquoune eacutelectrode geacuteneacuteralement faite du mecircme meacutetal agrave appliquer forme lrsquoanode (positive) Quand un courant eacutelectrique passe dans le circuit les ions meacutetalliques en solution sont attireacutes vers lrsquoobjet formant une couche du meacutetal sur lrsquoobjet Cependant il faut une grande habileteacute et une bonne maicirctrise du proceacutedeacute pour assu-rer lrsquouniformiteacute du deacutepocirct meacutetallique sur le produit fini Ce proceacutedeacute est similaire agrave une pile galvanique inverseacutee
Gravure photochimiqueCe proceacutedeacute consiste agrave utiliser les rayons ultraviolets pour transfeacuterer un motif sur une piegravece de meacutetal Les produits chimiques sont ensuite appliqueacutes pour enlever certaines parties du motif creacuteant ainsi un dessin complexe sur le meacutetal (Dingrando et al 2005 641)
Antioxydantsagents de preacuteservationLrsquooxydation peut faire pourrir les aliments et deacutegrader drsquoautres matiegraveres organiques (p ex la peau chez les humains) Les antioxydants aident agrave reacuteduire la deacutegradation de certains acides amineacutes essentiels et la perte de certaines vitamines Les antioxydants comme la vitamine C la vitamine E le BHT (butylhydroxytoluegravene) le HAB (butylhydroxyanisole) les sulfites et le dioxyde de soufre reacuteagissent plus facilement avec lrsquooxygegravene que les aliments ce qui empecircche la deacutegradation des aliments
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Stimulateur cardiaqueMis au point par un Canadien (John Hopps) dans les anneacutees 1940 le stimulateur cardiaque envoie des impulsions eacutelectriques au muscle cardiaque afin de reacutegulariser les battements du cœur Lrsquoeacutenergie du stimulateur cardiaque est fournie par une pile qui dure sept ans
Preacutevention de la corrosionLrsquoutilisation de peinture ou drsquoun autre revecirctement protecteur permet de proteacuteger les structures drsquoacier de la corrosion Des anodes sacrificielles de magneacutesium de zinc ou drsquoun autre meacutetal actif sont aussi utiliseacutees pour preacutevenir la corrosion
en fin
Inviter les eacutelegraveves agrave faire une autoeacutevaluation de leur travail de groupe (voir lrsquoannexe 27)
strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Eacutevaluer les preacutesentations des eacutelegraveves selon les critegraveres eacutetablis
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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LiSTE DES ANNExES
ANNEXE 1 Eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute 162
ANNEXE 2 Eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 163
ANNEXE 3 Regravegles de solubiliteacute 166
ANNEXE 4 Preacutediction des reacuteactions de preacutecipitation 167
ANNEXE 5 Tableau des couleurs 169
ANNEXE 6 Identification de solutions inconnues ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 170
ANNEXE 7 Habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve en laboratoire ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 172
ANNEXE 8 Liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash Habileteacutes geacuteneacuterales 175
ANNEXE 9 Liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash Capaciteacute de raisonnement 176
ANNEXE 10 Notes explicatives ndash Eacutecriture des eacutequations ioniques nettes 177
ANNEXE 11 Exercice ndash Eacutecriture des eacutequations ioniques nettes 178
ANNEXE 12 Laboratoire de titrage 179
ANNEXE 13 Laboratoire de titrage ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 182
ANNEXE 14 Eacutequilibrage des reacuteactions de neutralisation 185
ANNEXE 15 Expeacuterience ndash Douze solutions mystegraveres 186
ANNEXE 16 Douze solutions mystegraveres ndash Guide de preacuteparation 188
ANNEXE 17 Cleacute no 1 pour lrsquoenseignant 190
ANNEXE 18 Cleacute no 2 pour lrsquoenseignant 191
ANNEXE 19 Eacutelaboration drsquoune eacutechelle drsquoeacutevaluation de lrsquoexpeacuterience 193
ANNEXE 20 Eacutevaluation ndash Processus de collaboration 194
ANNEXE 21 Regravegles sur les nombres drsquooxydation 195
ANNEXE 22 Cadre de comparaison ndash Oxydation et reacuteduction 196
ANNEXE 23 Cadre de comparaison ndash Exemple de reacuteponse 197
ANNEXE 24 Expeacuterience ndash Les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction 198
ANNEXE 25 Exercice ndash Identification des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction 1102
ANNEXE 26 Exemple de recherche 1103
ANNEXE 27 Reacuteflexion individuelle sur le travail de groupe 1104
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 1 eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute
Objectif Au cours de cette activiteacute de laboratoire tu devras observer des reacuteactions de preacutecipitation pour des solutions ioniques diffeacuterentes et eacutetablir un ensemble de regravegles de solubiliteacute
Mateacuteriel bull Plaque agrave puitsbull Compte-gouttesbull Solutions
Seacuterie A ions argent (Ag+) ions baryum (Ba2+) ions sodium (Na+) ions ammonium (NH4
+) ions calcium (Ca2+) ions chlorure (Cl-) ions carbonate
(CO32-) ions sulfate (SO4
2-) ions nitrate (NO3- ) et ions phosphate (PO4
3-) Seacuterie B ions zinc (Zn2+) ions fer (Fe3+) ions sodium (Na+) ions magneacutesium
(Mg2+) ions potassium (K+) ions chlorure (Cl-) ions hydroxyde (OH-) ions
bromure (Br-) ions carbonate (CO32-) et ions aceacutetate (C2H3O2
- )
-
-
Deacutemarche Eacutelabore ta propre meacutethode pour deacuteterminer des regravegles de solubiliteacute Ton enseignant te remettra soit la seacuterie A soit la seacuterie B
Conseil avant de commencer agrave meacutelanger les solutions dessine une grille pour organiser tes observations
Analyse1 Les scientifiques ont eacutelaboreacute une seacuterie de regravegles de solubiliteacute en fonction de la solubiliteacute drsquoanions avec de nombreux cations a) Eacutenumegravere les cations qui nrsquoont pas formeacute de preacutecipiteacute b) Pour chaque anion eacutenumegravere les cations avec lesquels lrsquoanion eacutetait insoluble (a formeacute un preacutecipiteacute) c) Eacutecris les eacutequations moleacuteculaire ionique et ionique nette pour chaque reacuteaction (nrsquooublie pas drsquoinclure les eacutetats)
2 Dresse la liste des regravegles de solubiliteacute que tu as eacutetablies Consulte un groupe qui a utiliseacute la seacuterie de solutions autre que la tienne et mettez en commun vos observations afin de compleacuteter la liste des regravegles de solubiliteacute Consultez ensuite le tableau de lrsquoannexe 5 pour deacuteterminer comment vos reacutesultats srsquoy comparent
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 2 eacutelaboration de regravegles de solubiliteacute ndash Renseignements pour lrsquoenseignant
Proposer agrave des groupes drsquoeacutelegraveves de faire lrsquoexpeacuterience de laboratoire en utilisant soit la seacuterie Asoit la seacuterie B et les inviter agrave mettre en commun leurs observations
Remarques Des solutions de 10 molL peuvent ecirctre preacutepareacutees au lieu de solutions 01 molL srsquoil y a lieu Lrsquoenseignant peut aussi demander aux eacutelegraveves drsquoaider agrave la preacuteparation des solutions Il peut ecirctre souhaitable pour les eacutelegraveves que les ions participant agrave la reacuteaction proviennent de solutions seacutepareacutees Dans une laquo seacuterie A raquo par exemple une solution 01 molL de NaCl pourrait ecirctre la source drsquoions Na+ et une solution 01 molL de Na2CO3 serait la source drsquoions CO3
2- Ces solutions remplaceraient les 2 solutions 01 molL de carbonate de sodium (Na2CO3) eacutetiqueteacutees Na+ et CO3
2- mentionneacutees ci-dessous Si cette strateacutegie nrsquoest pas suivie les eacutelegraveves observeront sans aucun doute des preacutecipiteacuteslaquo anormaux raquo (pheacutenomegravenes) et inattendus qui peuvent ecirctre difficiles agrave expliquer Il pourrait srsquoensuivre une confusion crsquoest pourquoi il est recommandeacute de proceacuteder selon le niveau de difficulteacute deacutesireacute pour les eacutelegraveves qui doivent expliquer les reacutesultats
Solutions Preacuteparer deux seacuteries de solutions dans des flacons compte-gouttes de 25 mL
Seacuterie A
1 solution 01 molL de nitrate drsquoargent (AgNO3 ) eacutetiqueteacutee Ag+
2 solutions 01 molL de chlorure de baryum (BaCl2 ) eacutetiqueteacutees Ba2+ et Cl-
2 solutions 01 molL de carbonate de sodium (Na2CO3 ) eacutetiqueteacutees Na+ et CO32-
2 solutions 01 molL de sulfate drsquoammonium ((NH4 )2SO4 ) eacutetiqueteacutees NH4+ et SO4
2-
2 solutions 01 molL de nitrate de calcium (Ca(NO3 )2 ) eacutetiqueteacutees Ca2+ et NO3-
1 solution 01 molL de phosphate de potassium (K3PO4 ) eacutetiqueteacutee PO43-
Seacuterie B
1 solution 01 molL drsquoaceacutetate de zinc (Zn(C2H3O2 )2 ) eacutetiqueteacutee Zn2+
2 solutions 01 molL de chlorure de fer(III) (FeCl3) eacutetiqueteacutees Fe3+ et Cl-
2 solutions 01 molL drsquohydroxyde de sodium (NaOH) eacutetiqueteacutees Na+ et OH-
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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1 solution 01 molL de bromure de magneacutesium (MgBr2) eacutetiqueteacutee Mg2+
1 solution 01 molL de bromure de sodium (NaBr) eacutetiqueteacutee Br-
2 solutions 01 molL de carbonate de potassium (K2CO3) eacutetiqueteacutees K+ et CO32-
1 solution 01 molL drsquoaceacutetate de sodium (NaC2H3O2) eacutetiqueteacutee C2H3O2-
Reacutesultats probables
Seacuterie A
Cl- CO32- SO4
2- NO3- PO4
3-
Ag+ PPT PPT PPT pas de reacuteaction PPT
Ba2+ pas de
reacuteaction PPT PPT pas de reacuteaction PPT
Na+ pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction
NH4+
pas de reacuteaction
pas de reacuteaction
pas de reacuteaction
pas de reacuteaction
pas de reacuteaction
Ca2+ pas de
reacuteaction PPT PPT pas de reacuteaction PPT
PPT = preacutecipiteacute
1 a) Les cations qui nrsquoont pas formeacute de preacutecipiteacute sont Na+ et NH4
+
b) Cl- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+
CO32- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+ Ba2+ et Ca2+
SO42- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+ Ba2+ et Ca2+ Mentionnons que Ag2SO4 est faiblement
soluble donc il peut y avoir preacutecipiteacute ou non
NO3- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation
PO43- a formeacute un preacutecipiteacute avec Ag+ Ba2+ et Ca2+
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Seacuterie B
Cl- OH- Br- CO32- C2H3O2
-
Zn2+ pas de
reacuteaction PPT pas de reacuteaction PPT pas de
reacuteaction
Fe3+ pas de
reacuteaction PPT pas de reacuteaction
pas de reacuteaction
pas de reacuteaction
Na+ pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction
Mg2+ pas de
reacuteaction PPT pas de reacuteaction PPT pas de
reacuteaction
K+ pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction pas de
reacuteaction
1 a) Les cations qui nrsquoont pas formeacute de preacutecipiteacute sont Na+ et K+
b) Cl- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation OH- a formeacute un preacutecipiteacute avec Zn2+ Fe3+ et Mg2+ Br- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation CO3
2- a formeacute un preacutecipiteacute avec Zn2+ et Mg2+ C2H3O2
- nrsquoa formeacute de preacutecipiteacute avec aucun cation
2 Regravegles de solubiliteacute i) La plupart des sels nitrates (NO3
- ) sont solubles ii) La plupart des sels contenant des ions meacutetalliques alcalins (Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+) et lrsquoion ammonium (NH4
+) sont solubles iii) La plupart des sels de chlorure (Cl-) de bromure (Br-) et drsquoiodure (I-) sont solubles Les sels contenant des ions Ag+ Pb2+ et Hg
22+sont des exceptions marquantes
iv) La plupart des sels de sulfate (SO42- ) sont solubles BaSO4 PbSO4 HgSO4 et CaSO4 sont
des exceptions marquantes v) La plupart des sels hydroxydes sont faiblement solubles NaOH et KOH sont les hydroxydes solubles importants Les composeacutes Ba(OH)2 Sr(OH)2 et Ca(OH)2 sont faiblement solubles vi) La plupart des sels de sulfure (S2-) de carbonate (CO3
2- ) de chromate (CrO42- ) et de
phosphate (PO43- ) sont faiblement solubles
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 3 Regravegles de solubiliteacuteions neacutegatifs ions positifs Solubiliteacute
ions alcalins (Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+)
solubles
essentiellement tous ion hydrogegravene H(aq)+ solubles
essentiellement tous ion ammonium (NH4+) solubles
nitrate NO3-
aceacutetate CH3COO- essentiellement tous (SAUF Ag+)
solubles
chlorure Cl- bromure Br- iodure I-
Ag+ Pb2+ Hg22+ Cu+ Tl+ faiblement solubles
sulfate SO42- Ca2+ Sr2+ Ba2+ Pb2+ Ra2+ faiblement solubles
sulfure S2- ions alcalins H(aq)+ NH4
+ Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Ra2+
solubles
hydroxyde OH- ions alcalins H(aq)+ NH4
+ Sr2+ Ba2+ Ra2+ Tl+
solubles
phosphate PO43-
carbonate CO32-
sulfite SO32-
ions alcalins H(aq)+ NH4
+ solubles
chromate CrO42- Ba2+ Sr2+ Pb2+ Ag+ faiblement solubles
essentiellement tous
essentiellement tous solubles
tous les autres solubles
tous les autres solubles
tous les autres faiblement solubles
tous les autres faiblement solubles
faiblement solublestous les autres
tous les autres solubles
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 4 preacutediction des reacuteactions de preacutecipitation
Agrave partir drsquoun tableau des solubiliteacutes
a) preacutedis les produits des reacuteactions suivantesb) eacutecris une eacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee et veacuterifie le tableau pour deacuteterminer la solubiliteacute des produitsc) eacutecris une eacutequation ionique totaled) eacutecris une eacutequation ionique nette
Exemple 1
AlCl3 reacuteagit avec KOH
a) Al3+ se combine avec OH- pour former Al(OH)3 et K+ se combine avec Cl- pour former KCl
b) Lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee sera
AlCl3(aq) + 3KOH(aq) rarr Al(OH)3(s) + 3KCl(aq)
Remarque dans le tableau des solubiliteacutes que lrsquoion Al3+ est insoluble avec lrsquoion OH- et forme un preacutecipiteacute
c) Les composeacutes qui sont eacutecrits comme eacutetant aqueux se seacuteparent en leurs cations et anions respectifs Les solides sont eacutecrits sous leur forme moleacuteculaire
Al + 3Cl + 3K + 3OH rarr Al(OH)3(s) + 3K + 3Cl
d) Les ions qui se trouvent des deux cocircteacutes de la reacuteaction sont appeleacutes ions spectateurs Ils sont biffeacutes (annuleacutes) quand on eacutecrit lrsquoeacutequation ionique nette
Al + 3Cl + 3K + 3OH rarr Al(OH)3(s) + 3K + 3Cl
Lrsquoeacutequation ionique nette serait Al + 3OH rarr Al(OH)3(s)
(aq)3+
(aq)-
(aq)+
(aq)-
(aq)+
(aq)-
(aq)3+
(aq)-
(aq)+
(aq)-
(aq)+
(aq)-
(aq)3+
(aq)-
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Exemple 2
AgNO3 reacuteagit avec CaI2
a) Ag+ se combine avec I- pour former AgI et Ca2+ se combine avec NO 3- pour former
Ca(NO3)2
b) Lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee sera 2AgNO3(aq) + CaI2(aq) rarr 2AgI(s) + Ca(NO3)2(aq)
Remarque dans le tableau des solubiliteacutes que lrsquoion Ag+ est insoluble lorsqursquoil est combineacute agrave lrsquoion I- et forme donc un preacutecipiteacute
c) Les composeacutes qui sont eacutecrits comme eacutetant aqueux se seacuteparent en leurs cations et anions respectifs Les solides sont eacutecrits sous leur forme moleacuteculaire
2Ag + 2NO3(aq)+ Ca(aq)2+ + 2I(aq)rarr 2AgI(s) + Ca(aq)
2+ + 2NO3(aq)
d) Les ions qui se trouvent des deux cocircteacutes de la reacuteaction sont appeleacutes ions spectateurs Ils sont biffeacutes (annuleacutes) quand on eacutecrit lrsquoeacutequation ionique nette
2Ag(aq)+ + 2NO3(aq) + Ca + 2I(aq)rarr 2AgI(s) + Ca + 2NO3(aq)
Lrsquoeacutequation ionique nette serait 2Ag (aq)+ + 2I rarr 2AgI(s)
(aq)+
(aq)2+
(aq)2+
(aq)-
- - -
- - -
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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ANNExE 5 Tableau des couleurs
ion Symbole Couleur Chrome(II) Cr2+ Bleu
Chrome(III) Cr3+ Vert
Cobalt(II) Co2+ Rose
Chromate CrO42- Jaune
Bichromate Cr2O72- Orange
Cuivre(I) Cu+ Vert
Cuivre(II) Cu2+ Bleu
Fer(II) Fe2+ Vert
Fer(III) Fe3+ Jaune pacircle
Manganegravese(II) Mn2+ Rose Permanganate MnO4
- Mauve Nickel(II) Ni2+ Vert
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 6 identification de solutions inconnues ndash Renseignements pour lrsquoenseignant
Former des groupes drsquoeacutelegraveves et leur preacutesenter quatre solutions inconnues Leur proposer drsquoidentifier chaque solution en utilisant seulement une plaque agrave puits un bacirctonnet agrave cafeacute le tableau des regravegles de solubiliteacute et les solutions Les groupes de solutions utiliseacutees par les eacutelegraveves peuvent inclure des solutions 01 molL de
Seacuterie 1 Ba(NO3)2 NaOH Na2CO3 CuSO4 Seacuterie 2 Co(NO3)2 Na3PO4 Na2SO4 AgNO3 Seacuterie 3 Cr2(SO4)3 MnSO4 Ba(NO3)2 Zn(NO3)2 Seacuterie 4 Fe(NO3)3 KI Pb(NO3)2 NaOH Seacuterie 5 NiSO4 Na2CO3 MnSO4 NaCl Seacuterie 6 CuSO4 NaCl Na3PO4 Zn(NO3)2
Inviter les eacutelegraveves agrave identifier correctement les quatre solutions et agrave expliquer comment ils ont fait pour identifier chaque solution agrave partir des regravegles de solubiliteacute Leur demander de reacutepondre aux questions suivantes
1 Peux-tu identifier ces solutions inconnues agrave partir de lrsquoinformation contenue dans le tableau montrant la couleur des ions communs en solution aqueuse
2 Quelles solutions ont formeacute un preacutecipiteacute quand tu les as meacutelangeacutees Peux-tu identifier des solutions inconnues agrave partir de ce reacutesultat
3 Y a-t-il des reacuteactions qui nrsquoont formeacute aucun preacutecipiteacute Peux-tu identifier des solutions inconnues drsquoapregraves ce reacutesultat
Guide de preacuteparationPreacuteparer des solutions 01 molL de chacune des substances suivantes
Seacuterie 1 Solution 1 2613 g de Ba(NO3)2 dans 100 mL de solutionSolution 2 040 g de NaOH dans 100 mL de solutionSolution 3 106 g de Na2CO3 dans 100 mL de solutionSolution 4 250 g de CuSO4∙5H2O dans 100 mL de solution
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Seacuterie 2 Solution 1 291 g de Co(NO3)2∙6H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 268 g de Na3PO4∙7H2O dans 100 mL de solutionSolution 3 1421 g de Na2SO4 dans 100 mL de solutionSolution 4 1699 g de AgNO3 dans 100 mL de solution
Seacuterie 3 Solution 1 3923 g de Cr2(SO4)3 dans 100 mL de solutionSolution 2 169 g de MnSO4∙H2O dans 100 mL de solutionSolution 3 2613 g de Ba(NO3)2 dans 100 mL de solutionSolution 4 297 g de Zn(NO3)2∙6H2O dans 100 mL de solution
Seacuterie 4 Solution 1 404 g de Fe(NO3)3∙9H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 166 g de KI dans 100 mL de solutionSolution 3 3312 g de Pb(NO3)2 dans 100 mL de solutionSolution 4 040 g de NaOH dans 100 mL de solution
Seacuterie 5 Solution 1 263 g de NiSO4∙6H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 106 g de Na2CO3 dans 100 mL de solutionSolution 3 169 g de MnSO4∙H2O dans 100 mL de solutionSolution 4 0584 g de NaCl dans 100 mL de solution
Seacuterie 6 Solution 1 250 g de CuSO4∙5H2O dans 100 mL de solutionSolution 2 0584 g de NaCl dans 100 mL de solutionSolution 3 268 g de Na3PO4∙7H2O dans 100 mL de solutionSolution 4 297 g de Zn(NO3)2∙6H2O dans 100 mL de solution
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 7 habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve en laboratoire ndash Renseignements pour lrsquoenseignant
Les habileteacutes de lrsquoeacutelegraveve en laboratoire portent sur deux aspects les activiteacutes de lrsquoeacutelegraveve dans le laboratoire et le rapport qursquoil eacutecrit Trop souvent les enseignants consacrent plus drsquoeacutenergie agrave eacutevaluer le rapport plutocirct qursquoagrave eacutevaluer le processus de reacuteflexion et le travail durant le laboratoire Les eacutelegraveves comprennent-ils pourquoi ils font ce laboratoire Obtiennent-ils les reacutesultats attendus Ont-ils confiance en leur technique de laboratoire lorsqursquoils voient les autres obtenir des reacutesultats diffeacuterents Prenez en consideacuteration les suggestions qui suivent avant de concevoir votre approche drsquoeacutevaluation du travail en laboratoire des eacutelegraveves
Avant le laboratoireHabituellement les enseignants soulignent le but la deacutemarche les meacutethodes de collecte des donneacutees et les mesures de seacutecuriteacute durant la discussion qui preacutecegravede le laboratoire Ils posent aussi des questions au groupe pour veacuterifier la compreacutehension des eacutelegraveves Ces derniers savent-ils ce qursquoils ont agrave faire et les raisons pour lesquelles on favorise cette approche Le fait de srsquoadresser agrave tout le groupe continue drsquoecirctre lrsquoapproche la plus approprieacutee pour une introduction
Durant le laboratoireAgrave ce point vous avez lrsquooccasion drsquoassigner agrave chaque eacutelegraveve une tacircche individuelle Les aptitudes geacuteneacuterales en laboratoire comme le releveacute des observations ou lrsquoutilisation de lrsquoeacutequipement approprieacute peuvent ecirctre porteacutees sur une liste de controcircle
Vous pouvez eacutegalement interviewer les eacutelegraveves entre les eacutetapes afin de veacuterifier la profondeur de leur compreacutehension Cela peut se faire en posant une seacuterie de questions agrave chacun En quoi ce laboratoire est-il relieacute agrave ce que vous avez appris en classe Quelle eacutetait la logique derriegravere votre hypothegravese Obtenez-vous les reacutesultats attendus Avez-vous eacuteprouveacute des difficulteacutes avec la deacutemarche
Une eacutevaluation de ce type peut paraicirctre longue mais peut ecirctre alleacutegeacutee en utilisant une liste de controcircle et en rencontrant un nombre limiteacute drsquoeacutelegraveves agrave chaque laboratoire En utilisant la mecircme liste de controcircle pour chaque eacutelegraveve durant tout le cours vous pouvez noter les progregraves chaque fois que vous proceacutedez agrave une eacutevaluation
Apregraves le laboratoireVous dirigerez votre activiteacute postlaboratoire habituelle Le gros des analyses fera lrsquoobjet drsquoune discussion par le groupe eacutelargi avant que les eacutelegraveves reacutedigent leurs rapports individuels Vous dirigerez le groupe vers une compreacutehension des grandes lignes que vous appuierez avec des deacutetails agrave partir de lrsquoexpeacuterience du groupe
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Par la suite vous voudrez peut-ecirctre poser des questions agrave certains eacutelegraveves pour veacuterifier leur compreacutehension Que pouvez-vous conclure agrave partir de vos reacutesultats Donnez-moi une preuve preacutecise pour appuyer votre conclusion Quelles eacutetaient les sources drsquoerreur dans votre cas Que feriez-vous de diffeacuterent une prochaine fois
Mecircme si ces questions peuvent ecirctre eacutecrites dans le rapport de laboratoire le fait de prendre du temps pour en discuter avec certains eacutelegraveves vous permet drsquoen savoir davantage et de renforcer la compreacutehension Encore une fois il suffit peut-ecirctre de questionner certains eacutelegravevessur une base rotative
Refaire le laboratoireOn demande souvent aux eacutelegraveves drsquoidentifier les sources drsquoerreur possibles Ils ont rarement la chance de resserrer les variables de controcircle et de reacutepeacuteter le laboratoire Peut-ecirctre veulent-ilschanger complegravetement drsquoapproche pour reacutesoudre le problegraveme et tester agrave nouveauVous pourriez eacuteliminer un nouveau laboratoire du cours pour que vos eacutelegraveves effectuent un laboratoire deacutejagrave fait Les eacutelegraveves ont besoin de mettre en pratique leurs habileteacutes analytiques en essayant plus drsquoune fois Apregraves tout ne reacutepegravete-t-on pas qursquoun eacutechantillon plus large est plus pertinent
Produits varieacutesLes eacutelegraveves peuvent reacutesumer leur expeacuterience dans un rapport de laboratoire Vous pourriez aussi vous servir de protocoles de laboratoire ou de carnets de laboratoire Les protocoles de laboratoire permettent agrave lrsquoenseignant drsquoobtenir des reacuteponses bien preacutecises Le carnet de laboratoire permet aux eacutelegraveves de noter leur travail au fur et agrave mesure qursquoils reacutealisent le laboratoire ce qui reflegravete davantage le processus que le produit Vous pouvez faire les analyses reacutepondre aux questions et tirer les conclusions apregraves le laboratoire
Le tableau qui suit propose un cadre geacuteneacuteral pour un rapport de laboratoire Il existe plusieurs autres formats qui peuvent ecirctre utiliseacutes (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1126-1129 et 1411-1412 ou drsquoautres ressources pour plus drsquoideacutees)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Introduction
lrsquoobjectif ou la question lrsquohypothegravese ou la preacutediction
Doit ecirctre appuyeacutee drsquoeacuteleacutements rationnels (que va-t-on trouver et pourquoi)
Meacutethodologie mateacuteriel meacutethode ndash deacutemarche
Remarque dans beaucoup de laboratoires cette information sera fournie Dans les laboratoires conccedilus par lrsquoeacutelegraveve cette partie est plus importante et est eacutetablie par lrsquoeacutelegraveve
Reacutesultats Observations geacuteneacuterales peut comprendre des tableaux de donneacutees des graphiques et des calculs
Analyse Cette partie devrait comprendre nrsquoimporte lequel des eacuteleacutements suivants qui sont pertinents au laboratoire
interpreacutetation ndash discussions autour des reacutesultats
lrsquohypothegravese a-t-elle eacuteteacute corroboreacutee signification des reacutesultats liens entre les reacutesultats et des connaissances
anteacuterieures reacuteponses aux questions analyse des erreurs ndash sources drsquoerreur reacutesumeacute
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 8 liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash habileteacutes geacuteneacuterales
Habileteacutes geacuteneacuterales Attentes Attentes pas encore satisfaites
Attentes satisfaites
- est preacutepareacute agrave reacutealiser le laboratoire
- a lu drsquoavance le sommaire du laboratoire fait des tableaux pose les questions qui preacutecisent la tacircche plutocirct que demander laquo Qursquoest-ce que je fais maintenant raquo
- preacutepare et utilise lrsquoeacutequipement correctement
- choisit le bon eacutequipement se preacutepare bien (p ex veacuterifie que la hauteur de lrsquoanneau sur le treacutepied agrave anneau est approprieacutee) et utilise correctement lrsquoeacutequipement (p ex allumer un bec Bunsen ou anestheacute-sier les mouches des cerises)
- suit des proceacutedures seacutecuritaires
- fait la deacutemonstration de proceacutedures geacuteneacuterales seacutecuritaires aussi bien que de faits preacutecis indiqueacutes dans le preacutelaboratoire
- note les observations - note ses observations personnelles au cours de lrsquoaction utilise des approches quantitative et qualita-tive comme on lui demande prend des notes de faccedilon organiseacutee (p ex en utilisant un tableau ou une cleacute)
- travaille de faccedilon indeacutependante (labo individuel) ou en collaboration (labo de groupe)
- connaicirct les tacircches et se met tout de suite au travail OU partage les tacircches et observations sait eacutecouter et est reacuteceptif au point de vue des autres eacutelegraveves
- gegravere le temps efficace-ment
- divise les tacircches et les ordonne afin de respecter les eacutecheacuteances
- nettoie convenable-ment
- laisse la table et lrsquoeacutevier propres range lrsquoeacutequipement lave la surface de la table se lave les mains
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 9 liste de controcircle des habileteacutes de laboratoire ndash Capaciteacute de raisonnement
Capaciteacute de raisonnement Questions
Compreacutehension du laboratoire
Limiteacutee Geacuteneacuterale Approfondie Connaissance ndash compreacutehension
ndash Quel est le but de ce laboratoire
ndash Comment est-il relieacute agrave ce que tu eacutetudies en classe
ndash Quels sont les fondements de ton hypothegravese
ndash Pourquoi as-tu besoin de consignes speacuteciales relatives agrave la seacutecuriteacute pour ce laboratoire
ndash Quels conseils as-tu reccedilus pour eacuteliminer les produits chimiques
Mise en application ndash analyse
ndash Comment as-tu deacutecideacute de la deacutemarche
ndash Cette deacutemarche preacutesente-t-elle des difficulteacutes
ndash Obtiens-tu les reacutesultats attendus
ndash Quel graphique diagramme ou tableau concevrais-tu pour illustrer ces reacutesultats
ndash Vois-tu une tendance dans tes donneacutees
ndash Y a-t-il des points de donneacutees qui ne suivent pas la tendance
Synthegravese ndash eacutevaluation
ndash Que peux-tu conclure agrave partir de tes reacutesultats
ndash Donne une preuve preacutecise pour appuyer ta conclusion
ndash Quelles eacutetaient les sources drsquoerreur pour cet essai
ndash Que ferais-tu de diffeacuterent dans un second essai Que ferais-tu de la mecircme faccedilon
ndash Comment tes deux essais se comparent-ils
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 10 notes explicatives ndash eacutecriture des eacutequations ioniques nettes
Reacutesous le problegraveme en indiquant toutes les eacutetapes Deacutecris en mots chaque eacutetape du processus
Na2S + FeSO4 ⟶ Na2SO4 + FeS
Eacutetape 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction agrave double deacuteplacement et assure-toi que lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee
Na2S(aq) + FeSO4 (aq) ⟶ Na2SO4(aq) + FeS(s)
Eacutetape 2 Ajoute laquo aq raquo ou laquo s raquo en indice agrave chaque espegravece pour indiquer srsquoil srsquoagit drsquoun produit soluble ou faiblement soluble (c-agrave-d eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire)
2Na(aq)+ + S(aq)
2- + Fe(aq)2+ + SO4(aq)
2- rarr 2Na(aq)+ + SO4(aq)
2- + FeS(s) Eacutetape 3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique
en seacuteparant les espegraveces solubles en leurs ions
2Na(aq)+ + S(aq)
2- + Fe(aq)2+ + SO4(aq)
2- rarr 2Na(aq)+ + SO4(aq)
2- + FeS(s) Eacutetape 4 Annule (biffe) tous les
ions spectateurs et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation
S(aq)2- + F e(aq)
2+ rarr FeS(s) Ce qui donne lrsquoeacutequation ionique nette
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 11 exercice ndash eacutecriture des eacutequations ioniques nettes
Reacutesous le problegraveme en indiquant toutes les eacutetapes
Deacutecris en mots chaque eacutetape du processus
BaCl2 + Na(PO4)3 ⟶ Eacutetape 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction agrave double deacuteplacement et assure-toi que lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee
Eacutetape 2 Ajoute laquo aqraquo ou laquosraquo en indice agrave chaque espegravece pour indiquer srsquoil srsquoagit drsquoun produit soluble ou faiblement soluble (c-agrave-d eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire)
Eacutetape 3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique en seacuteparant les espegraveces solubles en leurs ions
Eacutetape 4 Annule (biffe) tous les ions spectateurs et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation
Ce qui donne lrsquoeacutequation ionique nette
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 12 laboratoire de titrage
Le titrage est un proceacutedeacute qui sert geacuteneacuteralement agrave deacuteterminer la concentration inconnue de substances Dans cette expeacuterience tu dois ajouter des gouttes drsquoune solution de concentration connue drsquohydroxyde de sodium agrave un beacutecher contenant une concentration connue drsquoacide sulfurique jusqursquoagrave ce qursquoil y ait neutralisation Le nombre de moles de chaque reacuteactif peut ensuite ecirctre calculeacute agrave partir des volumes preacutesents de sorte que leur rapport puisse ecirctre compareacute au rapport des coefficients dans lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee
Mateacuteriel bull 1 beacutecher de 50 mLbull 3 micropipettesbull indicateur agrave la pheacutenolphtaleacuteinebull cylindre gradueacute 10 mLbull eau distilleacuteebull solution 01 molL de NaOH bull solution 01 molL de H2SO4
Deacutemarche1 Agrave lrsquoaide drsquoun cylindre gradueacute 10 mL et drsquoune micropipette compte et inscris le nombre de
gouttes ajouteacutees pour obtenir 10 mL drsquoeau distilleacutee Reacutepegravete cette eacutetape deux autres fois REMARQUE pour maximiser la reproductibiliteacute et la preacutecision des reacutesultats tiens la
micropipette verticalement et appuie sur la poire doucement Eacutevite de faire entrer des bulles drsquoair dans la tige de la pipette car tu pourrais obtenir des demi-gouttes ou des quarts de gouttes
2 Ajoute 5 mL drsquoeau distilleacutee et une goutte drsquoindicateur agrave la pheacutenolphtaleacuteine agrave un beacutecher de 50 mL Meacutelange bien en faisant tourner le liquide dans le beacutecher
3 Utilise une deuxiegraveme micropipette (pour eacuteviter la contamination des solutions) pour ajouter 20 gouttes drsquoune solution 01 molL de H2SO4 au beacutecher Meacutelange bien la solution
4 Avec une troisiegraveme micropipette ajoute la solution 01 molL de NaOH goutte agrave goutte jusqursquoagrave ce que la couleur de la solution soit permanente Meacutelange doucement la solution apregraves lrsquoajout de chaque goutte en la faisant tourner lentement dans le beacutecher Inscris le nombre de gouttes neacutecessaires pour atteindre le point de virage (la fin du titrage)
REMARQUE le point de virage correspond au moment ougrave une goutte drsquoun acide ou drsquoune base change de faccedilon permanente la couleur de lrsquoindicateur utiliseacute pour le titrage
5 Rince le contenu des beacutechers dans lrsquoeacutevier en faisant couler beaucoup drsquoeau (le rinccedilage final doit ecirctre fait agrave lrsquoeau distilleacutee) et reacutepegravete les eacutetapes 2 agrave 4 deux autres fois (trois au total)
Les nombres de gouttes des trois essais ne doivent pas diffeacuterer de plus drsquoune goutte Si tu as fait une erreur si tu manques le point de virage ou si tu as oublieacute de compter des gouttes recommence lrsquoessai Nrsquoefface pas tes reacutesultats mais indique ce qui a mal fonctionneacute
Observations qualitatives ndash Deacutecris chaque solution avant la reacuteaction ndash Deacutecris la solution apregraves avoir ajouteacute les gouttes de pheacutenolphtaleacuteine
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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Tableau des donneacutees quantitatives
Analyse1 Eacutecris une eacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee pour la reacuteaction2 Dessine une repreacutesentation particulaire de la reacuteaction eacutequilibreacutee3 Calcule le nombre moyen de gouttes neacutecessaires pour obtenir 10 mL drsquoeau distilleacutee4 Drsquoapregraves les donneacutees obtenues agrave lrsquoeacutetape 2 calcule le volume de NaOH ajouteacute pour chaque
essai5 Calcule le nombre moyen de moles de NaOH neacutecessaires pour neutraliser lrsquoeacutechantillon de
H2SO46 Drsquoapregraves les donneacutees obtenues agrave lrsquoeacutetape 2 calcule le volume de H2SO4 ajouteacute pour chaque
essai7 Agrave partir de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee deacutetermine le nombre moyen de moles preacutesentes dans
lrsquoeacutechantillon de H2SO48 Utilise les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour deacuteterminer le rapport entre le nombre
de moles drsquohydroxyde de sodium et de moles drsquoacide sulfurique9 Utilise le nombre de moles obtenu aux eacutetapes 4 et 5 pour deacuteterminer le rapport entre le
nombre de moles drsquohydroxyde de sodium et drsquoacide sulfurique
Conclusion Indique la relation stœchiomeacutetrique entre lrsquohydroxyde de sodium et lrsquoacide sulfurique
Essai Gouttes drsquoeau dans 10 mL 1 2 3
Moyenne
Volume drsquoeau utiliseacute (mL)
Gouttes drsquoacide sulfurique
Volume drsquoacide sulfurique (mL)
Gouttes drsquohydroxyde
de sodium
Volume drsquohydroxyde
de sodium (mL)
5 20 5 20 5 20
Moyenne
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Questions 1 a) Dessine une repreacutesentation particulaire de la reacuteaction entre lrsquohydroxyde de baryum et lrsquoacide sulfurique b) Eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee pour la reacuteaction entre lrsquohydroxyde de baryum et lrsquoacide sulfurique c) Utilise les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour calculer le volume drsquohydroxyde de baryum neacutecessaire pour reacuteagir avec 20 mL drsquoacide sulfurique
2 a) Dessine une repreacutesentation particulaire de la reacuteaction entre lrsquohydroxyde drsquoaluminium et lrsquoacide sulfurique b) Eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire eacutequilibreacutee de la reacuteaction entre lrsquohydroxyde drsquoaluminium et lrsquoacide sulfurique c) Utilise les coefficients de lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour calculer le volume drsquohydroxyde drsquoaluminium neacutecessaire pour reacuteagir avec 30 mL drsquoacide sulfurique
Sources drsquoerreurQuelles seraient des sources drsquoerreur possibles pour cette activiteacute de laboratoireQuelles erreurs auraient pu se produire dans ton activiteacute de laboratoire
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 13 laboratoire de titrage ndash Renseignements pour lrsquoenseignant
Objectif Deacutemontrer la stœchiomeacutetrie drsquoune reacuteaction de neutralisation entre un acide fort et une base forte
Observations qualitativeseau distilleacutee liquide clair incoloreacide sulfurique liquide clair incolorehydroxyde de sodium liquide clair incolorepheacutenolphtaleacuteine liquide clair incolore
Tableau des donneacutees quantitatives Essai Gouttes drsquoeau dans 10 mL
1 232 243 23
Moyenne 23
Volume drsquoeau utiliseacute (mL)
Gouttes drsquoacide sulfurique
Volume drsquoacide sulfurique
(mL)
Gouttes drsquohydroxyde
de sodium
Volumedrsquohydroxyde
de sodium(mL)
5 20 0858 69 2965 20 0858 68 2925 20 0858 70 300
Moyenne 20 0858 69 296
Calculs1 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) rarr Na2SO4(aq) + 2H2O(l)2 La taille de la moleacutecule illustreacutee nrsquoest pas une repreacutesentation fidegravele de la taille reacuteelle du
composeacute
Na
OH
+
SO4
H
H
Na OH
Na
SO4
Na
OH H
OH H
+
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
page 183
3 23 + 24 + 233 = 233 gouttes4 volume de NaOH = (1 mL233 gouttes) times 69 gouttes = 296 mL de NaOH5 moles de NaOH = 010 molL times 296 times 10-3 L = 0000 296 mol de NaOH6 volume de H2SO4 = (1 mL233 gouttes) times 20 gouttes = 0858 mL de H2SO47 moles de H2SO4 = 010 molL times 0858 times 10-3 L = 0000 085 8 mol de H2SO4 8 coefficient NaOHH2SO4 = 21 = 29 moles de NaOHmoles de H2SO4 = 0000 2960000 085 8 = 345
Conclusion Les reacuteponses varieront Par exemple le rapport stœchiomeacutetrique entre lrsquohydroxyde de sodium et lrsquoacide sulfurique dans lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee est de 2 pour 1 alors que le rapport expeacuterimental est de 345 pour 1
Questions1 a)
b) Ba(OH)2(aq) + H2SO4(aq) BaSO4(aq) + 2H2O(l)
c) Le volume drsquohydroxyde de baryum neacutecessaire pour reacuteagir avec 20 mL drsquoacide sulfurique est de 20 mL
2 a)
+ +
Ba
OH
OH
H SO4
H
Ba
SO4
H OH
H OH
+
Al
OH
OH OH
Al
OH
OH OH
SO4
H
H
SO4
H
H
SO4
H
H
SO4
Al
Al +
H OH
H OH
H OH
H OH
H OH
H OH
SO4
SO4
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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b) 2Al(OH)3(aq) + 3H2SO4(aq) rarr Al2(SO4)3(aq) + 6H2O(l) c) Le volume drsquohydroxyde drsquoaluminium neacutecessaire pour reacuteagir avec 30 mL drsquoacide sulfurique est de 20 mL
Sources drsquoerreurParmi les sources drsquoerreur possibles mentionnons lrsquoeacutetalonnage de la micropipette et ducylindre gradueacute et lrsquoexactitude des concentrations des solutions utiliseacutees
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 14 eacutequilibrage des reacuteactions de neutralisation
Reacutesous le problegraveme en indiquant toutes les eacutetapes Deacutecris en mots chaque eacutetape du processus
H2SO4+ NaOH ⟶ Na2SO4+ H2O
Eacutetape 1 Preacutedis les produits de la reacuteaction de neutralisation Souviens-toi qursquoil y a formation drsquoun sel et drsquoeau
H2SO4 aq+ 2NaOHaq ⟶ Na2SO4(aq)+H2O(l)
Eacutetape 2 Veacuterifie si lrsquoeacutequation est eacutequilibreacutee Utilise les symboles laquo aq raquo ou laquo l raquo en indice pour identifier chaque espegravece comme eacutetant soluble ou faiblement soluble (eacutecris lrsquoeacutequation moleacuteculaire)
2H(aq)+ +SO4(aq)
2- +2Na(aq)+ +2OH(aq)
- rarr 2Na(aq)+ + SO4(aq)
2- + 2H2O(l)
Eacutetape 3 Eacutecris lrsquoeacutequation ionique totale et indique tous les ions en solution
2H(aq)+ +SO4(aq)
2- +2Na(aq)+ +2OH(aq)
- rarr 2Na(aq)+ + SO4(aq)
2- + 2H2O(l)
Eacutetape 4 Annule (biffe) tous les ions spectateurs et reacuteeacutecris lrsquoeacutequation
H+aq+ OH-aq ⟶ H2O(l)
Eacutecris lrsquoeacutequation ionique nette
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 15 expeacuterience ndash douze solutions mystegraveres
ObjectifTout comme des deacutetectives les chimistes tentent drsquoidentifier des substances inconnues gracircce agrave des analyses minutieuses et astucieuses Ils doivent notamment observer les couleurs les odeurs et les reacuteactions des substances inconnues et les comparer avec celles de substances connues Dans cette expeacuterience tu tenteras drsquoidentifier douze composeacutes chimiques diffeacuterents en les mettant en reacuteaction les uns avec les autres en observant les reacutesultats et en comparant ces reacutesultats avec les caracteacuteristiques connues de certains produits chimiques communs
Composeacutes chimiquesLes douze produits chimiques sont les suivants (sans aucun ordre particulier)
bull chromate de potassium (K2CrO4)bull chlorure drsquoaluminium (AlCl3)bull carbonate de sodium (Na2CO3)bull aceacutetate de sodium (NaCH3COO)bull acide chlorhydrique (HCl)bull hydroxyde de sodium (NaOH)bull hydroxyde drsquoammoniumammoniaque (NH4OH)bull nitrate de fer(III) (Fe(NO3)3)bull nitrate drsquoargent (AgNO3)bull sulfate de cuivre(II) (CuSO4)bull chlorure de nickel(II) (NiCl2)bull nitrate de plomb(II) (Pb(NO3)2)
Recherche et planificationAvant drsquoamorcer lrsquoexpeacuterience tu dois faire des recherches pousseacutees sur la couleur caracteacuteristique des solutions leur odeur caracteacuteristique la coloration de flamme et la couleur de tout preacutecipiteacute susceptible drsquoecirctre creacuteeacute par la combinaison de chaque espegravece diffeacuterente Ton plan eacutecrit doit inclure un tableau de donneacutees indiquant chaque espegravece les couleurs de la solution de la flamme et du preacutecipiteacute potentiel et toute autre information qui pourrait trsquoaider agrave identifier la substance inconnue
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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MateacuterielLe jour du laboratoire on te fournira le mateacuteriel suivant
bull douze eacuteprouvettes contenant chacun 8 mL drsquoune solution diffeacuterentebull plaques agrave puitsbull bacirctonnets agrave cafeacute ou cure-dentsbull cotons-tigesfil de platine pour le test agrave la flamme ou tiges de bois humecteacuteesbull brucircleur Bunsenbull allumettesbull papier de tournesolbull 10 micropipettesbull gants bull eau distilleacutee
Essaie de ne pas gaspiller tes eacutechantillons parce qursquoon ne pourra pas trsquoen fournir drsquoautres Ne suppose pas que les seacuteries de solutions que les autres groupes utilisent ont eacuteteacute numeacuteroteacutees de la mecircme faccedilon ndash ce nrsquoest pas le cas
Rapport de laboratoireApregraves avoir consigneacute toutes tes observations au laboratoire tu auras du temps pour essayer drsquoidentifier chacune des solutions inconnues Le rapport de laboratoire doit inclure une explication logique de la meacutethode qui trsquoa permis drsquoidentifier chaque solution Indique les eacutequations ioniques de tout preacutecipiteacute que tu auras observeacute
Conseils de seacutecuriteacuteToutes les solutions doivent ecirctre traiteacutees comme si elles eacutetaient toxiques et corrosives Eacutevite drsquoinhaler les vapeurs Certaines reacuteactions peuvent se produire tregraves rapidement et drsquoautres plus lentement Observe chaque reacuteaction pendant au moins deux minutes avant drsquoeacuteliminer les produits Les reacuteactions gazeuses (formation de bulles) sont immeacutediates Rince complegravetement le bacirctonnet agrave cafeacute apregraves chaque usage Deacutepecircche-toi car le temps est limiteacute Fais-en bon usage
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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annexe 16 douze solutions mystegraveres ndash guide de preacuteparation
Faire ces solutions agrave lrsquoavance ou demander aux eacutelegraveves de les preacuteparer dans le cadre du RAS C11-4-15 (en 11e anneacutee) Preacuteparer une solution compte tenu de la masse du soluteacute (en grammes) et du volume de solution (en millilitres) et deacuteterminer la concentration en moleslitre
MateacuterielPlaques agrave puits bacirctonnets agrave cafeacute cotons-tigesfil pour le test agrave la flamme ou tiges de bois humecteacutees brucircleurs Bunsen allumettes papier de tournesol micropipettes (10 par groupe) gants eau distilleacutee portoir agrave eacuteprouvettes (12 times 10groupe = 120 eacuteprouvettes) bouchonsfilm de paraffine ou de plastique pour couvrir les eacuteprouvettes
100 mL des solutions suivantes
bull 02 molL de K2CrO4 ndash preacuteparation dissoudre 388 g de K2CrO4 dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 10 molL de AlCl36H2O ndash preacuteparation dissoudre 2414 g de AlCl3 dans 100 mL drsquoeau
distilleacuteebull 10 molL de Na2CO3 ndash preacuteparation dissoudre 106 g de Na2CO3 dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 10 molL de NaCH3COO3H2O ndash preacuteparation dissoudre 1361 g de NaCH3COO dans
100 mL drsquoeau distilleacuteebull 60 molL de HCl ndash preacuteparation meacutelanger 496 mL dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 60 molL de NaOH ndash preacuteparation dissoudre 240 g de NaOH dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 60 molL de NH4OH ndash preacuteparation meacutelanger 405 mL dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 01 molL de Fe(NO3)39H2O ndash preacuteparation dissoudre 404 g de Fe(NO3)39H2O dans
100 mL drsquoeau distilleacuteebull 01 molL de AgNO3 ndash preacuteparation dissoudre 17 g de AgNO3 dans 100 mL drsquoeau distilleacuteebull 01 molL de CuSO4 ndash preacuteparation dissoudre 25 g de CuSO45H2O dans 100 mL drsquoeau
distilleacuteebull 01 molL de NiCl26H2O ndash preacuteparation dissoudre 238 g de NiCl2 dans 100 mL drsquoeau
distilleacuteebull 01 molL de Pb(NO3)2 ndash preacuteparation dissoudre 331 g de Pb(NO3)2 dans 100 mL drsquoeau
distilleacutee
Les solutions de 100 mL doivent ecirctre faites agrave lrsquoavanceLes eacuteprouvettes peuvent ecirctre eacutetiqueteacutees au preacutealable seacuterie 1 eacuteprouvette 1 etcDonner agrave chaque eacutelegraveve un eacutechantillon de 8 agrave 10 mL de chaque solution (12 eacuteprouvettes diffeacuterentes) placeacutees dans un portoir
Voir la cleacute pour lrsquoenseignant fournie pour chaque seacuterie drsquoeacuteprouvettes
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Cleacute pour lrsquoenseignant par seacuterie de solutions
Substance Groupes 1 et 9
Groupes 2 et 10
Groupes 3 et 6
Groupes 4 et 7
Groupes 5 et 8
K2CrO4 3 1 2 3 4
AlCl3 5 5 6 7 8
Na2CO3 6 9 10 11 12
NaCH3COO 1 4 1 2 3
HCl 11 8 5 6 7
NaOH 4 12 9 10 11
NH4OH 7 3 4 1 2
Fe(NO3)3 10 7 8 5 6
AgNO3 2 11 12 9 10
CuSO4 8 2 3 4 1
NiCl2 12 6 7 8 5
Pb(NO3)2 9 10 11 12 9
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ann
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17
Cleacute
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annexe 18 Cleacute no 2 pour lrsquoenseignant Substance Couleur odeur
de la solutionCouleur du papier de tournesol
Coloration de flamme
Reacuteagit avec Pour former Couleur du ppt
K2CrO4 Jaune Bleu Violet AgNO3Pb(NO3)2
Ag2CrO4PbCrO4
Rouge briqueJaune
AlCl3 Neutre
Na2CO3NaOHAgNO3
Pb(NO3)2
Al2(CO3)3Al(OH)3
AgClPbCl2
BlancBlancBlancJaune
Na2CO3 Bleu Jaune
HClFe(NO3)3AgNO3CuSO4NiCl2
Pb(NO3)2AlCl3
BullesFe(CO3)3AgCO3CuCO3NiCO3PbCO3
Al2(CO3)3
BullesBlancBlancBlancBlancBlanc
NaCH3COO Bleu Jaune AgNO3 AgCH3COO Blanc
HCl RoseAgNO3
Pb(NO3)2Na2CO3
AgClPbCl2Bulles
BlancJauneBulles
NaOH Bleu
Fe(NO3)3AgNO3CuSO4NiCl2
Pb(NO3)2AlCl3
Fe(OH)3AgOH
Cu(OH)2Ni(OH)2Pb(OH)2Al(OH)3
BlancBrunBlancBlancBlancBlanc
NH4OH Forte odeur Bleu
Fe(NO3)3AgNO3CuSO4NiCl2
Pb(NO3)2AlCl3
Fe(OH)3AgOH
Cu(OH)2Ni(OH)2Pb(OH)2Al(OH)3
BlancBrunBlancBlancBlancBlanc
Fe(NO3)3 Jaune pacircle Neutre Na2CO3NaOH
Fe2(CO3)3Fe(OH)3
BlancBlancbrun
AgNO3 Neutre
NiCl2K2CrO4AlCl3
Na2CO3NaCH3COO
AgClAg2CrO4
AgClAg2CO3
AgCH3COO
BlancRouge brique
BlancBlancBlanc
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annexe 18 Cleacute no 2 pour lrsquoenseignant (suite)
Substance Couleur odeur de la solution
Couleur du papier de tournesol
Coloration de flamme
Reacuteagit avec Pour former Couleur du ppt
AgNO3 Neutre
NiCl2K2CrO4AlCl3
Na2CO3NaCH3COO
HClNaOHCuSO4
AgClAg2CrO4
AgClAg2CO3
AgCH3COOAgCl
AgOHAg2SO4
BlancRouge brique
BlancBlancBlancBlancBrun
Blanc
CuSO4 Bleu Neutre Vert bleuteacutePb(NO3)2Na2CO3NaOH
PbSO4CuCO3
Cu(OH)2
BlancBlancBlanc
NiCl2 Vertbleu vert Neutre
Pb(NO3)2Na2CO3NaOHAgNO3
PbCl2NiCO3
Ni(OH)2AgCl
JauneBlancBlancBlanc
Pb(NO3)2 Neutre Blanc bleuteacute
K2CrO4AlCl3
Na2CO3HCl
NaOHCuSO4NiCl2
PbCrO4PbCl2PbCO3PbCl2
Pb(OH)2PbSO4PbCl2
JauneJauneBlancJauneBlancBlancJaune
La plupart des preacutecipiteacutes drsquoargent ont drsquoabord une couleur blanche ou blanc grisacirctre mais virent ensuite au mauve brun ou noir
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annexe 19 eacutelaboration drsquoune eacutechelle drsquoeacutevaluation de lrsquoexpeacuterience
Nom ___________________________________________________________
Titre de lrsquoexpeacuterience _______________________________________________
1 2 3 4
La meacutethodologie expeacuterimentale veacuterifie lrsquohypothegravese
Lrsquoeacutenonceacute du problegraveme justifie la neacutecessiteacute de lrsquoexpeacuterience
La deacutemarche est complegravete claire et deacutecrite de maniegravere seacutequentielle
Une variable indeacutependante est clairement identifieacutee
Le plan permet de controcircler et mesurer avec exactitude la variable indeacutependante
Une variable deacutependante est clairement identifieacutee
Le concept fait en sorte que la variable deacutependante est mesureacutee avec exactitude
Lrsquoexpeacuterience comprend des mesures de controcircle adeacutequates
La marge drsquoerreur est indiqueacutee et on a ajouteacute un commentaire reacutefleacutechi sur la reacuteduction des erreurs
Une liste complegravete du mateacuteriel neacutecessaire est fournie
On deacutecrit une strateacutegie conforme drsquoutilisation de mesures et drsquoessais reacutepeacuteteacutes
La meacutethodologie expeacuterimentale tient compte des mesures de seacutecuriteacute indiqueacutees
Le compte rendu est soigneacute preacutesentable et bien organiseacute
On utilise une langue et un vocabulaire adeacutequats et des phrases complegravetes
Des instructions sont donneacutees pour le nettoyage et lrsquoeacutelimination des deacutechets
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annexe 20 eacutevaluation ndash processus de collaboration
eacutevaluation du travail drsquoeacutequipe
eacutevaluer les processus de collaboration agrave lrsquoaide de lrsquoeacutechelle suivante
eacutechelle drsquoeacutevaluation
4 ndash Nous avons eacuteteacute systeacutematiquement forts sur ce point
3 ndash Nous avons eacuteteacute geacuteneacuteralement efficaces sur ce point
2 ndash Nous avons eacuteteacute parfois efficaces sur ce point
1 ndash Nous nrsquoavons pas eacuteteacute efficaces sur ce point Nous avons eu des problegravemes que nous nrsquoavons pas essayeacute de reacutesoudre
Processus de groupe Notebull Nous avons respecteacute les visions et les forces individuelles
des membres du groupe
bull Nous avons encourageacute chaque personne agrave participer aux discussions de groupe et aux processus de prise de deacutecisions
bull Nous avons remis en question les ideacutees de chacun sans toutefois faire drsquoattaque personnelle
bull Nous avons essayeacute drsquoexplorer un large eacuteventail drsquoideacutees et de perspectives avant de prendre des deacutecisions
bull Nous avons fait un partage eacutequitable des tacircches et des responsabiliteacutes
bull Nous avons reacutegleacute avec succegraves les problegravemes lieacutes agrave lrsquoabsence ou au deacutesinteacuterecirct des membres
bull Nous avons pris des deacutecisions consensuelles
bull Nous avons fait un usage productif de notre temps
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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annexe 21 Regravegles sur les nombres drsquooxydation
Regravegle 1 Le nombre drsquooxydation de tout atome libre (ou de ses multiples) est 0 Exemples C = 0 H2 = 0 O2 = 0
Regravegle 2 Le nombre drsquooxydation drsquoun ion (simple ou complexe) correspond agrave la charge ionique de celui ci Exemples Na+ = +1 P3+ = +3 S2- = -2
Regravegle 3 Dans un composeacute la somme de tous les nombres drsquooxydation de chaque partie doit eacutegaler la charge totale de ce composeacute ou de cet ion complexe
Exemples NaCl CaCl2 SO +1 ndash1 +2 ndash2 +6 ndash2 ndash2 ndash2 ndash2 =ndash2
Regravegle 4 Le nombre drsquooxydation de lrsquohydrogegravene est +1 sauf dans le cas des hydrures meacutetalliquesougrave H est lrsquoanion (p ex CaH2 LiH) Dans leur cas le nombre drsquooxydation de lrsquohydrogegravene
est ndash1
Regravegle 5 Le nombre drsquooxydation de lrsquooxygegravene est ndash2 sauf dans le cas des peroxydes (H2O2 Na2O2) ougrave il est eacutegal agrave 1 et lorsque lrsquooxygegravene est combineacute au fluor (O = +2)
Regravegle 6 Le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements du groupe 1 (IA) est +1
Regravegle 7 Le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements du groupe 2 (IIA) est +2
Regravegle 8 Dans la plupart des cas le nombre drsquooxydation des eacuteleacutements de la 17e colonne du tableau peacuteriodique (groupe VIIA) est ndash1
Regravegle 9 Dans un composeacute formeacute drsquoions complexes le nombre drsquooxydation de chaque eacuteleacutement peut ecirctre deacutetermineacute en utilisant la charge de lrsquoion complexe Exemple
bull Le composeacute Ni2(SO4)3 contient les ions Ni3+ et SO42-
bull Puisque le nombre drsquooxydation de lrsquooxygegravene est ndash2 selon la regravegle 5 (pour une charge totale de ndash8) S doit ecirctre +6 afin de reacutesulter en une charge de ndash2 pour lrsquoion sulfate
bull Donc
+6 -2
Ni2 (SO4)3 +18 -24
devient+ 3 +6 -2
Ni2 (SO4)3 +6 +18 -24
42-
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annexe 22 Cadre de comparaison - Oxydation et reacuteduction
Oxydation Reacuteduction Deacutefinition historique Exemple
Deacutefinition historique Exemple
Deacutefinition actuelle Exemple
Deacutefinition actuelle Exemple
Truc pour meacutemoriser
Truc pour meacutemoriser
Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Une substance est ______________ cette substance est aussi lrsquoagent ____________ Son nombre drsquooxydation (augmente ou diminue) _________________
Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction Une substance est ______________ cette substance est aussi lrsquoagent ____________ Son nombre drsquooxydation (augmente ou diminue) _________________
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annexe 23 Cadre de comparaison - exemple de reacuteponse
Oxydation ReacuteductionDeacutefinition historique
Gain drsquooxygegravene
Exemple
4Fe + 3O2 rarr 2Fe2O3
CH4 + 2O2 rarr CO2 + 2H2O
Deacutefinition historique
Perte drsquooxygegravene
Exemple
2Fe2O3 + 3C rarr 4Fe + 3CO2
Deacutefinition actuelle
Perte drsquoeacutelectrons
Exemple
Mg + S rarr MgS (Mg est oxydeacute)
Deacutefinition actuelle
Gain drsquoeacutelectrons
Exemple
Mg + S rarr MgS (Le soufre est reacuteduit)
Truc pour meacutemoriser
OxPER
Truc pour meacutemoriser
REacuteGAiN
Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydo- reacuteduction
Une substance est oxydeacutee cette substance est aussi lrsquoagent reacuteducteur
Son nombre drsquooxydation augmente
Quand on eacutequilibre une reacuteaction drsquooxydoreacuteduction
Une substance est reacuteduite cette substance est aussi lrsquoagent oxydant
Son nombre drsquooxydation diminue
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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ANNExE 24 expeacuterience - les reacuteactions drsquooxydoreacuteductionObjectifsCette activiteacute de laboratoire te permettra de visiter 13 stations ameacutenageacutees dans le laboratoire en compagnie drsquoun ou de plusieurs partenaires Agrave chaque station vous devrez observer une reacuteaction chimique deacuteterminer srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifier les substances oxydeacutees et reacuteduites ainsi que les agents oxydants et reacuteducteurs
MateacuterielStation 1 solution de HCl 01 molL ruban de magneacutesium de 2 cm allumettes eacuteprouvette no 1Station 2 solution de H2SO4 01 molL copeaux de CaCO3 allumettes eacuteprouvette no 2 Station 3 solution de NaOH 01 molL indicateur universel HCl 01 molL eacuteprouvette no 3Station 4 cristaux de AgNO3 eau distilleacutee fil de cuivre eacuteprouvette no 4Station 5 solution de CuCl2 01 molL papier drsquoaluminium eacuteprouvette no 5Station 6 solution de KI 01 molL solution de Pb(NO3)2 01 molL eacuteprouvette no 6Station 7 solution de CuSO4 01 molL solution de NaOH 01 molL eacuteprouvette no 7Station 8 ruban de magneacutesium pinces agrave creuset brucircleur eacuteprouvette no 8Station 9 solution de H2O2 3 solution satureacutee de KI eacuteclisse de bois allumettes eacuteprouvette no 9Station 10 vinaigre (solution drsquoacide aceacutetique 5 ) bicarbonate de soude eacuteprouvette no 10Station 11 CaCO3 pinces agrave eacuteprouvettes brucircleur bouchon de caoutchouc agrave un trou avec tube de verre eacuteprouvette contenant une solution de Ca(OH)2 eacuteprouvette no 11Station 12 ruban de Mg solution de CuSO4 01 molL eacuteprouvette no 12Station 13 calcium eau distilleacutee eacuteclisse de bois allumettes eacuteprouvette no 13
DeacutemarcheStation 1 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 1 agrave frac14 avec la solution de HCl Ajoutez-y le ruban de magneacutesium Notez vos observations Veacuterifiez la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit drsquohydrogegravene vous devriez entendre un leacuteger eacuteclatement
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Station 2 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 2 agrave frac14 avec la solution drsquoacide sulfurique (H2SO4) Ajoutez-y un morceau de carbonate de calcium (CaCO3) Notez vos observations Veacuterifiez la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit de dioxyde de carbone la flamme devrait srsquoeacuteteindre
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 3 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 3 agrave frac14 avec la solution drsquohydroxyde de sodium (NaOH) Ajoutez-y quelques gouttes drsquoindicateur universel Lrsquoindicateur change de couleur selon le pH Le bleu et le violet signifient qursquoil srsquoagit drsquoune base Le rouge lrsquoorange et le jaune signifient qursquoil srsquoagit drsquoun acide Le vert signifie que la solution est neutre Quelle est la couleur de lrsquoindicateur dans la solution drsquohydroxyde de sodium Ajoutez des gouttes drsquoacide chlorhydrique (HCl) jusqursquoagrave ce que la solution devienne verte
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 4 Placez un cristal de nitrate drsquoargent (AgNO3) dans lrsquoeacuteprouvette no 4 Remplissez lrsquoeacuteprouvette agrave frac34 avec de lrsquoeau distilleacutee Enroulez un fil de cuivre autour de votre doigt afin de creacuteer une bobine de fil Placez le fil dans la solution de nitrate drsquoargent Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 5 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 5 agrave frac14 avec la solution de chlorure de cuivre(II) (CuCl2) Ajoutez-y un morceau de papier drsquoaluminium Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
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Station 6 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 6 agrave frac14 avec la solution drsquoiodure de potassium (KI) Ajoutez-y quelques gouttes de nitrate de plomb(II) (Pb(NO3)2) Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutementDeacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur Station 7 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 7 agrave frac14 avec la solution de sulfate de cuivre(II) (CuSO4) Ajoutez-y quelques gouttes drsquohydroxyde de sodium (NaOH) Notez vos observations Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 8 Tenez un morceau de ruban de magneacutesium agrave lrsquoaide de pinces agrave creuset Allumez le brucircleur et faites chauffer le magneacutesium Une fois que le magneacutesium commence agrave brucircler placez-le dans lrsquoeacuteprouvette no 8 Notez vos observations ATTENTION eacutevitez drsquoobserver directement le magneacutesium lorsqursquoil brucircle La lumiegravere pourrait endommager vos yeux Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 9 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 9 agrave frac14 avec la solution de peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2)Ajoutez-y quelques gouttes de la solution satureacutee drsquoiodure de potassium (KI) Cette solution ne participe pas agrave la reacuteaction Elle permet simplement au peroxyde drsquohydrogegravene de se deacutecomposer Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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Station 10 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 10 agrave frac14 avec du vinaigre (acide aceacutetique) Ajoutez-y un peu de bicarbonate de soude Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 11 Placez un peu de carbonate de calcium (CaCO3) dans lrsquoeacuteprouvette no 11 et scellezlrsquoeacuteprouvette agrave lrsquoaide drsquoun bouchon de caoutchouc et un tube de verre inseacutereacute dans le trou du bouchon Faites chauffer doucement lrsquoeacuteprouvette agrave lrsquoaide drsquoun brucircleur Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 12 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 12 agrave frac14 avec la solution de sulfate de cuivre(II)(CuSO4) Ajoutez-y un morceau de ruban de magneacutesium drsquoune longueur drsquoenviron 2 cm Notez vos observations
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
Station 13 Remplissez lrsquoeacuteprouvette no 13 agrave frac14 avec de lrsquoeau distilleacutee Ajoutez-y un morceau decalcium (Ca) Notez vos observations Veacuterifiez la preacutesence de gaz en placcedilant une allumette qui brucircle agrave lrsquoembouchure de lrsquoeacuteprouvette Srsquoil srsquoagit drsquohydrogegravene vous devriez entendre un leacuteger eacuteclatement
Eacutecrivez lrsquoeacutequation eacutequilibreacutee pour cette reacuteaction chimique De quel type de reacuteaction srsquoagit-il Assignez un nombre drsquooxydation agrave chaque eacuteleacutement Deacuteterminez srsquoil srsquoagit drsquoune reacuteaction drsquooxydoreacuteduction et si oui identifiez la substance oxydeacutee la substance reacuteduite ainsi que lrsquoagentoxydant et lrsquoagent reacuteducteur
_______________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Redox Reactions ndash C12 1 12 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 18 deacutecembre 2012) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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ANNExE 25 exercice ndash identification des reacuteactions drsquooxydoreacuteduction
Pour chacune des reacuteactions suivantes preacutedis les produits de la reacuteaction eacutequilibre la reacuteaction identifie srsquoil srsquoagit drsquoune oxydoreacuteduction et si oui indique la substance oxydeacutee la substance reacuteduite lrsquoagent oxydant et lrsquoagent reacuteducteur
1 Ag + S ⟶ (synthegravese)
2 Fe2O3⟶ (deacutecomposition)
3 Ca + O2⟶ (synthegravese)
4 Al + Fe2O3⟶ (deacuteplacement simple)
5 CuF2 + H2SO4⟶ (deacuteplacement double)
6 Mg + HCl ⟶ (deacuteplacement simple)
7 C4H10 + O2⟶ (combustion)
8 LiOH + HCl ⟶ (neutralisation)
9 Pb(OH)4 + KI ⟶ (deacuteplacement double)
10 C6H6 + O2 ⟶ (combustion)
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSE Chimie12e anneacutee
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ANNExE 26 exemple de recherche
Pour en apprendre davantage sur les reacuteactions drsquooxydoreacuteduction qui se produisent autour devous formez des groupes de deux ou trois eacutelegraveves et preacuteparez une preacutesentation sur lrsquoun dessujets suivants
bull carburant agrave fuseacuteebull feux drsquoartifice (piegraveces pyrotechniques)bull agents de blanchimenteau de Javel (enlegravevement des taches deacutesinfection par chloration)bull photographiebull extraction de meacutetaux du mineraibull fabrication de lrsquoacierbull recyclage de lrsquoaluminiumbull piles agrave combustiblebull pilesbatteriesbull enlegravevement des ternissures (de lrsquoargent)bull horloge agrave fruitbull deacutetection de taches de sang agrave lrsquoaide du luminol en criminologiebull corrosion (rouille) processus et meacutethodes de preacuteventionbull chimioluminescencebioluminescencebull deacutegraissage eacutelectrolytiquebull eacutelectrodeacutepositionbull gravure photochimiquebull antioxydantsagents de conservation
Ressources disponibles
bull bibliothegravequebull Internetbull manuels scolairesbull courriel (communication avec un scientifique peut-ecirctre)bull entrevuesbull journaux peacuteriodiques
Votre preacutesentation devrait inclure lrsquoinformation suivante
bull reacuteaction drsquooxydoreacuteduction du processus choisibull renseignements sur les substances oxydeacutees et reacuteduites lors de la reacuteactionbull agents oxydants et reacuteducteursbull effets du processus sur lrsquoenvironnement et apport drsquoeacutenergie neacutecessaire pour le processus
LES REacuteACTIONS EN SOLUTION AQUEUSEChimie12e anneacutee
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ANNExE 27 Reacuteflexion individuelle sur le travail de groupe
Leacutegende 1 - peu satisfait(e)
3 - satisfait(e)
5 - tregraves satisfait(e)
Jrsquoai bien participeacute
Le groupe srsquoest bien concentreacute
sur la tacircche
Je me suis consciemment efforceacute(e)
de collaborer
Le groupe a bien collaboreacute
Jrsquoai eacutecouteacute les autres et jrsquoai bien accueilli leur
apport
Tout le monde a contribueacute
La prochaine fois je pourrais
La prochaine fois le groupe pourrait
Reacutefleacutechis au travail que toi et ton groupe avez fait ensemble et eacutevalue-leApreacutes ta reacuteflexion discute de tes reacuteponses avec les membres de ton groupe
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
LA STRUCTURE ATOMIQUE
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LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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APERCcedilU DU REGROUPEMENT
Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront de faccedilon geacuteneacuterale le lien entre le spectre eacutelectromagneacutetique et la structure atomique le deacuteveloppement historique du modegravele quantique de lrsquoatome et la configuration eacutelectronique de lrsquoatome Ils examineront aussi le lien entre les tendances peacuteriodiques des eacuteleacutements et leur configuration eacutelectronique
CONSEILS DrsquoORDRE GEacuteNEacuteRAL
En 8e anneacutee les eacutelegraveves ont compareacute et diffeacuterencieacute les divers types de rayonnements eacutelectromagneacutetiques en fonction de lrsquoeacutenergie de la longueur drsquoonde de la freacutequence et de la perception humaine En 9e anneacutee ils ont dessineacute le modegravele atomique de Bohr pour les 18 premiers eacuteleacutements En 10e anneacutee ils ont eacuteteacute initieacutes aux diagrammes de Lewis Enfin en physique de 11e anneacutee les eacutelegraveves se sont familiariseacutes avec les termes longueur drsquoonde et freacutequence sujets dont on traite dans le regroupement sur les ondes
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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BLOCS DrsquoENSEIGNEMENT SUGGEacuteREacuteS
Afin de faciliter la preacutesentation des renseignements et des strateacutegies drsquoenseignement et drsquoeacutevaluation les RAS de ce regroupement ont eacuteteacute disposeacutes en blocs drsquoenseignement Il est agrave souligner que tout comme le regroupement lui-mecircme les blocs drsquoenseignement ne sont que des pistes suggeacutereacutees pour le deacuteroulement du cours de chimie Lrsquoenseignant peut choisir de structurer son cours et ses leccedilons en privileacutegiant une autre approche Les eacutelegraveves doivent cependant reacuteussir les RAS prescrits par le Ministegravere pour la chimie 12e anneacutee
Outre les RAS propres agrave ce regroupement plusieurs RAS transversaux de la chimie 12e anneacutee ont eacuteteacute rattacheacutes aux blocs afin drsquoillustrer comment ils peuvent ecirctre enseigneacutes pendant lrsquoanneacutee scolaire
Titre du bloc RAS inclus dans le bloc Dureacutee suggeacutereacutee
Bloc A Le spectre eacutelectromagneacutetique C12-2-01 C12-2-02 C12-2-03 C12-0-S1 C12-0-R1 C12-0-T1 C12-0-A3
3 h
Bloc B Lrsquoeacutevolution historique du modegravele meacutecanique quantique
C12-2-04 C12-0-N1 C12-0-N2 C12-0-N3
15 h
Bloc C La configuration eacutelectronique C12-2-05 C12-2-06 C12-0-C1 C12-0-C2
25 h
Bloc D Les tendances peacuteriodiques C12-2-07 C12-0-C1 C12-0-S5 C12-0-S7
3 h
Reacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 hNombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 11 h agrave 12 h
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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RESSOURCES EacuteDUCATIvES POUR LrsquoENSEIGNANT
Vous trouverez ci-dessous une liste de ressources eacuteducatives qui se precirctent bien agrave ce regroupement Il est possible de se procurer la plupart de ces ressources agrave la Direction des ressources eacuteducatives franccedilaises (DREF) ou de les commander aupregraves du Centre de ressources drsquoapprentissage du Manitoba (CRA)
[R] indique une ressource recommandeacutee
LIvRES
[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97382)
[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97383)
[R] CLANCY Christina et al Chimie 12 STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 98878)
[R] EDWARDS Lois et al Chimie 12 STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 91609)
FLAMAND Eddy et Jean-Luc ALLARD Chimie geacuteneacuterale 2e eacutedition Mont-Royal Eacuted Modulo 2004 (DREF 541 F577c)
HILL John W et al Chimie geacuteneacuterale Saint-Laurent Eacuted du Renouveau peacutedagogique 2008
(DREF 541 H646c 2008)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96139)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 97715)
[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire Une ressource didactique Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2000 (DREF PD 50712 E59 CRA 93965) [strateacutegies de peacutedagogie diffeacuterencieacutee]
[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LrsquoENSEIGNEMENT SUPEacuteRIEUR La seacutecuriteacute en sciences de la nature Un manuel ressource agrave lrsquointention des enseignants des eacutecoles et des
divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015(DREF PD37235 5446 CRA 98839)
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91609)
[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91610)
AUTRES IMPRIMEacuteS
LrsquoActualiteacute Eacuteditions Rogers Media Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 20 fois lrsquoan articles drsquoactualiteacute canadienne et internationale]
Ccedila mrsquointeacuteresse Prisma Presse Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle beaucoup de contenu STSE excellentes illustrations]
Deacutecouvrir la revue de la recherche Association francophone pour le savoir Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue bimestrielle de vulgarisation scientifique recherches canadiennes]
Pour la science Eacuted Beacutelin Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle version franccedilaise de la revue ameacutericaine Scientific American]
[R] Queacutebec Science La Revue Queacutebec Science Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 10 fois lrsquoan]
[R] Science et vie junior Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle excellente preacutesentation de divers dossiers scientifiques explications logiques avec beaucoup de diagrammes]
[R] Science et vie Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles plus techniques]
Sciences et avenir La Revue Sciences et avenir Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles deacutetailleacutes]
DISQUES NUMEacuteRISEacuteS ET LOGICIELS
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoeacutevaluation informatiseacutee Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96140)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoimages Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96141)
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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SITES WEB
Agence Science-Presse httpwwwsciencepresseqcca (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [excellent reacutepertoire des actualiteacutes scientifiques issues de nombreuses sources internationales dossiers tregraves informatifs]
Atomic spectra httpwwwcoloradoeduphysics2000quantumzonelines2html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site en anglais]
[R] La chimienet httpwwwlachimienet (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site avec beaucoup drsquoinformation et drsquoexercices]
[R] Feu drsquoartifice httpfrwikipediaorgwikiFeu_drsquoartifice (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)
[R] Flammes coloreacutees httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=Flammes_colorC3A9es (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)
[R] Lrsquohistoire du modegravele de lrsquoatome httpwwwc4h10netmodresourceviewphpid=75 (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation sur lrsquohistoire du modegravele de lrsquoatome]
[R] Le modegravele de Bohr lrsquoatome drsquohydrogegravene httpreadecclicqccadec_virtuelChimie202-NYA-05Chimie_generaleModeles_atomiquesModele_de_Bohr (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)
[R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 31 deacutecembre 2000) [excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]
[R] Tableau peacuteriodique des eacuteleacutements httpwwwperiodnicomdownloadtableau_vierge_de_la_classification_periodiquepdf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [tableau peacuteriodique vide]
The Glowing Pickle httpmyglowingpicklecom (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [deacutemonstration qui consiste agrave appliquer un courant eacutelectrique agrave travers un cornichon Les atomes de sodium exciteacutes eacutemettent une lumiegravere jaune lorsqursquoils reviennent agrave lrsquoeacutetat fondamental (site en anglais)]
The Science of Stuff httpspantherfileuwmeduawschwabwwwspecwebhtm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [fabrication drsquoun mini spectroscope (site en anglais)]
[R] Spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption httpwwwostralonet3_animationsswfspectres_abs_emswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [site qui permet drsquoobserver le spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption pour les eacuteleacutements du tableau peacuteriodique]
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE ThEacuteMATIQUES
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-2-01 deacutecrire qualitativement le spectre eacutelectromagneacutetique en termes de freacutequences de longueurs drsquoonde et drsquoeacutenergie
RAG D3 C12-2-02 reconnaicirctre par lrsquoobservation directe que les eacuteleacutements ont un spectre de raies unique entre autres au moyen de la coloration de flamme de tubes agrave deacutecharge
gazeuse drsquoun spectroscope ou drsquoun reacuteseau de diffraction RAG C2 D3
C12-2-03 deacutecrire des applications etou des occurrences naturelles de spectres de raies par exemple lrsquoastronomie les aurores boreacuteales les feux drsquoartifice les lumiegraveres
au neacuteon RAG C5 A5
C12-2-04 retracer dans les grandes lignes lrsquoeacutevolution historique du modegravele de meacutecanique quantique de lrsquoatome
RAG A1 A2 A4 D3
C12-2-05 tracer la configuration eacutelectronique drsquoeacuteleacutements du tableau peacuteriodique entre autres des eacuteleacutements choisis dont le numeacutero atomique ne deacutepasse pas 36 (krypton) RAG A2 D3
C12-2-06 lier la configuration eacutelectronique drsquoun eacuteleacutement agrave ses eacutelectrons de valence et agrave sa position dans le tableau peacuteriodique
RAG D2 D4 E1
C12-2-07 expliquer des tendances peacuteriodiques de proprieacuteteacutes drsquoeacuteleacutements et lier ces tendances agrave leur configuration eacutelectronique
entre autres les rayons atomiques les rayons ioniques lrsquoeacutenergie drsquoionisation lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute
RAG D3 D4 E1
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
Deacutemonstration de la compreacutehension
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une
autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs
RAG D3
Eacutetude scientifique
C12-0-S1 faire preuve drsquohabitudes de travail qui tiennent compte de la seacutecuriteacute personnelle et collective et qui teacutemoignent de son respect pour lrsquoenvironnement
entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes
RAG B3 B5 C1 C2
C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes
RAG C2
C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables
deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre
RAG C1 C2
C12-0-S4 seacutelectionner et utiliser lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire
par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias
des logiciels des sondes RAG C2 C5
C12-0-S6 estimer et mesurer avec exactitude en utilisant des uniteacutes du Systegraveme international (SI) ou drsquoautres uniteacutes standard
entre autres les conversions SI les chiffres significatifs RAG C2
C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de collecte de donneacutees
entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur
RAG C2 C5
C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres
explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8
Recherche et communication
C12-0-R1 tirer des informations drsquoune varieacuteteacute de sources et en faire la synthegravese entre autres imprimeacutees eacutelectroniques et humaines RAG C2 C4 C6
C12-0-R2 eacutevaluer lrsquoinformation obtenue afin de deacuteterminer lrsquoutiliteacute des renseignements par exemple lrsquoexactitude scientifique la fiabiliteacute le degreacute drsquoactualiteacute la pertinence
lrsquoobjectiviteacute les preacutejugeacutes RAG C2 C4 C5 C8
C12-0-R3 citer ou noter des reacutefeacuterences bibliographiques selon les pratiques accepteacutees RAG C2 C6
C12-0-R4 communiquer lrsquoinformation sous diverses formes en fonction du public cible de lrsquoobjectif et du contexte
RAG C2 C6
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)
Travail en groupe
C12-0-G1 collaborer avec les autres afin drsquoassumer les responsabiliteacutes et drsquoatteindre les objectifs drsquoun groupe
RAG C2 C4 C7
C12-0-G2 susciter et clarifier des questions des ideacutees et des points de vue divers lors drsquoune discussion et y reacuteagir
RAG C2 C4 C7
C12-0-G3 eacutevaluer les processus individuels et collectifs employeacutes RAG C2 C4 C7
Nature de la science
C12-0-N1 expliquer le rocircle que jouent les theacuteories les donneacutees et les modegraveles dans lrsquoeacutelaboration de connaissances scientifiques
RAG A1 A2
C12-0-N2 deacutecrire drsquoun point de vue historique la faccedilon dont les observations et les travaux expeacuterimentaux de nombreuses personnes ont abouti agrave la compreacutehension moderne de la matiegravere
RAG A1 A4
C12-0-N3 deacutecrire comment des connaissances scientifiques eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et agrave mesure que de nouvelles ideacutees et de nouvelles interpreacutetations sont avanceacutees
RAG A1 A2
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)
STSE
C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des applications de la chimie
RAG A1 A3 A5 B2
C12-0-T2 expliquer lrsquointeraction de la recherche scientifique et de la technologie dans la production et la distribution de mateacuteriaux
RAG A5 B1 B2
C12-0-T3 illustrer comment des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne
RAG A5 B2
Attitudes
C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sa capaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie
RAG C2 C5
C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprits scientifiques et technologiques
RAG C2 C3 C4 C5
C12-0-A3 manifester un inteacuterecirct soutenu et plus eacuteclaireacute pour la chimie et pour les carriegraveres et les enjeux lieacutes agrave la chimie
RAG B4
C12-0-A4 se sensibiliser agrave lrsquoeacutequilibre qui doit exister entre les besoins humains et un environnement durable et le deacutemontrer par ses actes
RAG B5 C4
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-2-01 deacutecrire qualitativement le spectre eacutelectromagneacutetique en termes de freacutequences de longueurs drsquoonde et drsquoeacutenergie
RAG D3
C12-2-02 reconnaicirctre par lrsquoobservation directe que les eacuteleacutements ont un spectre de raies unique
entre autres au moyen de la coloration de flamme de tubes agrave deacutecharge gazeuse drsquoun spectroscope ou drsquoun reacuteseau de diffraction
RAG C2 D3
C12-2-03 deacutecrire des applications etou des occurrences naturelles de spectres de raies par exemple lrsquoastronomie les aurores boreacuteales les feux drsquoartifice les lumiegraveres au
neacuteon RAG C5 A5
C12-0-S1 faire preuve drsquohabitudes de travail qui tiennent compte de la seacutecuriteacute personnelle et collective et qui teacutemoignent de son respect pour lrsquoenvironnement
entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes
RAG B3 B5 C1 C2
C12-0-R1 tirer des informations drsquoune varieacuteteacute de sources et en faire la synthegravese entre autres imprimeacutees eacutelectroniques et humaines RAG C2 C4 C6
C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des
applications de la chimie RAG A1 A3 A5 B2
C12-0-A3 manifester un inteacuterecirct soutenu et plus eacuteclaireacute pour la chimie et pour les carriegraveres et les enjeux lieacutes agrave la chimie
RAG B4
Bloc A Le spectre eacutelectromagneacutetique
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte
Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur les ondes et le spectre eacutelectromagneacutetique en les invitant agrave reacutepondre aux questions de lrsquoannexe 1 et de lrsquoannexe 2 (reacuteponses 1 Lumiegravere visible 2 Rayons gamma 3 Rayonnement ultraviolet 4 Micro-ondes 5 Ondes radio 6 Rayons X 7 Rayons infrarouges)
En quecircte
Activiteacute ndash les ondes Inviter les eacutelegraveves agrave utiliser un ressort pour montrer la relation entre la freacutequence et la longueur drsquoonde En tenant une extreacutemiteacute du jouet bouger la main lentement en un mouvement de va-et-vient
Cette expeacuterience est la deacutemonstration drsquoune onde longue (grande distance entre deux crecirctes successives) de faible freacutequence En acceacuteleacuterant le mouvement de va-et-vient on raccourcit la longueur drsquoonde Dans les deux cas la vitesse est la mecircme Srsquoassurer que les eacutelegraveves comprennent que la vitesse drsquoune onde est directement proportionnelle agrave la freacutequence et agrave la longueur drsquoonde et que la freacutequence et la longueur drsquoonde sont inversement proportionnelles ( = 1f )Cependant il nrsquoest pas neacutecessaire que les eacutelegraveves traitent ce rapport de faccedilon matheacutematique
En 8e anneacutee les eacutelegraveves comparent et diffeacuterencient les divers types de rayonnements eacutelectromagneacutetiques en fonction de lrsquoeacutenergie de la longueur drsquoonde de la freacutequence et de la perception humaine Dans le cours de physique de 11e anneacutee les eacutelegraveves se familiarisent avec les termes longueur drsquoonde et freacutequence abordeacutes dans le regroupement sur les ondes
Lrsquoeacutetude de la structure atomique vise entre autres agrave comprendre le rocircle des eacutelectrons dans lrsquoatome Au tournant du XXe siegravecle les scientifiques venaient de deacutecouvrir cette particule subatomique mais ils ne comprenaient pas complegravetement lrsquoamplitude des types drsquoeacutenergie associeacutes agrave lrsquoeacutelectron En poursuivant leurs eacutetudes du domaine les scientifiques espeacuteraient pouvoir mieux expliquer le comportement des substances dans les reacuteactions chimiques La preacutesente section eacutetablit le lien entre le spectre eacutelectromagneacutetique et la structure atomique Le spectre eacutelectromagneacutetique est formeacute de rayonnements eacutelectromagneacutetiques qui correspondent agrave la libeacuteration et au transfert drsquoeacutenergie sous forme drsquoondes eacutelectromagneacutetiques Ces ondes forment un champ eacutelectrique perpendiculaire agrave un champ magneacutetique
Les diffeacuterentes composantes (rayons gamma rayons X micro-ondes lumiegravere visible etc) du spectre eacutelectromagneacutetique varient en raison des diffeacuterences de longueur drsquoonde et de freacutequence mais elles voyagent toutes agrave la mecircme vitesse 3 x 108 ms Lrsquoeacutenergie est transfeacutereacutee gracircce aux ondes ou plus preacuteciseacutement en ce qui a trait agrave la structure atomique aux ondes eacutelectromagneacutetiques
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Inviter les eacutelegraveves agrave expliquer la relation entre la longueur drsquoonde la freacutequence et lrsquoeacutenergie Les eacutelegraveves devraient comprendre que si une onde a une haute freacutequence elle transportera une forte quantiteacute drsquoeacutenergie Les rayons gamma par exemple sont des ondes agrave haute eacutener-gie car leur freacutequence est tregraves eacuteleveacutee (1020 Hz) Les ondes radio sont des ondes agrave faible eacutener-gie puisque leur freacutequence est drsquoenviron 106 Hz Dans le spectre de la lumiegravere visible crsquoest la lumiegravere rouge qui a la longueur drsquoonde la plus grande (faible freacutequence) Agrave lrsquoautre extreacutemiteacute du spectre la lumiegravere violette a la longueur drsquoonde la plus courte (et la freacutequence la plus eacuteleveacutee)
Deacutemonstration ndash le spectre visiblePlusieurs deacutemonstrations permettent drsquoillustrer le spectre visible Lrsquoenseignant peut tenir un prisme devant un projecteur et la lumiegravere blanche qui traverse le prisme se deacutecomposera en une gamme de couleurs qui peut ecirctre projeteacutee au mur de la classe au plafond ou agrave lrsquoeacutecran drsquoun projecteur Une deuxiegraveme deacutemonstration toute simple consiste agrave observer la diffraction de la lumiegravere qui frappe un CD On peut voir tout un spectre de couleurs
LES ONDESPhysique
Secondaire 3Regroupement 1
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Il existe plusieurs types dondes par exemple le son la lumiegravere et les vagues De plus il existe de nombreuxpheacutenomegravenes que lon peut repreacutesenter sous forme dondes par exemple le mouvement dun pendule oudune masse suspendue agrave un ressort
Une onde est une perturbation qui produit un transfert deacutenergie dun endroit agrave lautre On peut classer lesondes en deux cateacutegories selon quelles neacutecessitent un milieu ou non Une onde meacutecanique comme le sonneacutecessite un milieu alors quune onde eacutelectromagneacutetique comme la lumiegravere nen neacutecessite pas et peut donctraverser le vide
On peut eacutegalement classer les ondes selon le sens de mouvement Le mouvement des ondes transversalesest perpendiculaire agrave la perturbation Dans le diagramme ci-dessous les particules du milieu vibrent de hauten bas alors que la perturbation avance de gauche agrave droite Les ondes eacutelectromagneacutetiques sont un exempledondes transversales Les champs magneacutetique et eacutelectrique qui engendrent les ondes eacutelectromagneacutetiquessont perpendiculaires lun agrave lautre et au sens du mouvement des ondes
Le mouvement des ondes longitudinales est parallegravele agrave la perturbation Dans le diagramme ci-dessous lesparticules du milieu vibrent de gauche agrave droite tout comme la perturbation qui avance de gauche agrave droite
Malgreacute leurs diffeacuterences sur le plan physique les ondes transversales et longitudinales ont deuxcaracteacuteristiques importantes en commun soit lamplitude et la longueur donde Cela dit on peutrepreacutesenter les deux par le mecircme modegravele matheacutematique
ANNEXE 1 Les ondes ndash Renseignements pour lenseignant
Bloc A
mouvement de lrsquoonde
mouvement du milieu crecircte
creux
amplitude
amplitude
longueur drsquoonde (λ)
longueur drsquoonde (λ)
mouvement de lrsquoonderareacutefaction
compression
mouvement du milieu
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Deacutemonstration ndash le spectre de raies bull Cette deacutemonstration fonctionne bien
dans une piegravece sombre Prendre une bobine Tesla et la tenir pregraves drsquoune tige de graphite (carbone) fixeacutee par une pince agrave un support annulaire Lrsquoeacutetin-celle qui se produit fait apparaicirctre un eacuteclair formeacute par le spectre de lrsquoazote Cette expeacuterience peut ecirctre lieacutee agrave des apparitions naturelles des spectres lumineux comme les arcs-en-ciel ou les aurores boreacuteales Voir le professeur de physique de lrsquoeacutecole pour demander une bobine Tesla
bull Une autre deacutemonstration est celle du
laquo cornichon eacutelectrique raquo qui consiste agrave appliquer un courant agrave travers un cor-nichon Les atomes de sodium exciteacutes eacutemettent une lumiegravere jaune (589 nm) quand ils reviennent agrave lrsquoeacutetat fondamen-tal Voir le site The real Glowing Pickle Page agrave lrsquoadresse httpmyglowing-picklecom (site en anglais)
Activiteacutes de laboratoireLe but de ces activiteacutes consiste agrave amener les eacutelegraveves agrave observer des spectres continus et des spectres de raies On peut diffeacuterencier ces deux types de spectres en faisant lrsquoanalogie suivante une rampe drsquoaccegraves pour fauteuil roulant est semblable agrave un spectre continu tan-dis qursquoun spectre de raies peut ecirctre compareacute agrave un escalier Les eacutelegraveves devraient savoir que chaque eacuteleacutement a son propre spectre de raies Pour ces activiteacutes fournir des spectroscopes commerciaux aux eacutelegraveves ou leur proposer de fabriquer le leur
bull Observation de la lumiegravere avec un prisme ou un spectroscope Proposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser un prisme ou un spectroscope pour observer la lumiegravere blanche drsquoune ampoule incandescente Mise en garde ne pas laisser les eacutelegraveves regar- der directement le soleil Les eacutelegraveves verront un spectre continu de couleurs allant du rouge au violet
Le spectre drsquoeacutemission peut exister sous forme de spectre continu ou de spectre de raies (ou de lignes) Dans un spectre continu toutes les longueurs drsquoonde de la lumiegravere forment un motif ininterrompu comme dans la deacutemonstration avec le prisme de verre et le projecteur Le pheacutenomegravene le plus commun que les eacutelegraveves connaissent sucircrement est lrsquoarc-en-ciel une seacutequence ininterrompue de couleurs allant du rouge au violet En revanche le spectre de raies est formeacute de lignes brillantes distinctes apparaissant sur fond noir agrave diffeacuterents endroits du spectre visible Crsquoest cette caracteacuteristique distinctive des atomes gazeux qui fournit aux scientifiques une laquo empreinte raquo unique pour chaque eacuteleacutement En effet comme chaque eacuteleacutement preacutesente un nombre drsquoeacutelectrons ndash ou niveau drsquoeacutenergie ndash qui lui est propre on peut affirmer que chacun a son propre spectre de raies Ces lignes brillantes indiquent que certaines eacutenergies seulement sont possibles agrave lrsquointeacuterieur de lrsquoatome La brillance des lignes spectrales deacutepend du nombre de photons de la mecircme longueur drsquoonde qui sont eacutemis
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Inviter les eacutelegraveves agrave regarder des ampoules fluorescentes au spectroscope Ils verrontdes spectres de raies superposeacutes au spectre de lumiegravere visible (spectres continus) Ce pheacutenomegravene srsquoexplique par le fait que les atomes de mercure eacutemettent une lumiegravere ultra-violette qui nrsquoest pas visible agrave lrsquoœil nu Cette lumiegravere UV est absorbeacutee par la couche de phosphore du tube fluorescent Quand les eacutelectrons de phosphore retournent agrave leur eacutetat fondamental ils eacutemettent une lumiegravere blanche qui a plus de bleu et moins de rouge que la lumiegravere solaire Il existe diffeacuterents types de tubes fluorescents chacun eacutemettant un spectre de couleurs unique Consulter Internet pour obtenir de lrsquoinformation sur les spectres de ces tubes
Proposer aux eacutelegraveves de fabriquer leur propre mini spectroscope Voir le site Web de The Science of Stuff (httpspantherfileuwmeduawschwabwwwspecwebhtm) Pour fabriquer un mini spectroscope il faut un patron agrave deacutecouper dans du carton un morceau triangulaire drsquoun CD des ciseaux et du ruban adheacutesif
bull Tubes agrave deacutecharge gazeuse Inviter les eacutelegraveves agrave observer des exemples de spectres drsquoeacutemission de lumiegravere agrave partir de tubes agrave deacutecharge gazeuse (si disponibles) ou de la coloration de flamme Lrsquoannexe 3 indique les longueurs drsquoonde et les couleurs drsquoeacuteleacutements preacutecis
Mise en garde crsquoest lrsquoenseignant qui doit manipuler le bloc drsquoalimentation et les tubes agrave deacutecharge gazeuse Recommander aux eacutelegraveves de faire attention aux tubes pendant la deacutemonstration car ils chauffent tregraves rapidement et peuvent causer des brucirclures
Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner les spectres de raies reacuteels et agrave indiquer la couleur et lrsquoendroit approximatif des lignes spectrales Les inviter agrave comparer les lignes spectrales observeacutees aux spectres de raies connus afin drsquoidentifier lrsquoeacuteleacutement preacutesent dans le meacutelange de gaz On peut par exemple les amener agrave observer les quatre lignes spectrales de lrsquohydrogegravene violet bleu violet bleu vert et rouge Souligner le fait que ces raies du spectre visible repreacutesentent les transitions des eacutelectrons agrave partir des niveaux drsquoeacutenergie 3 4 5 et 6 vers le niveau drsquoeacutenergie 2 (voir Chimie 12 p 124-125 ou Chimie 12 STSE p 195)
bull Coloration de flamme Faire la deacutemonstration deacutecrite agrave lrsquoannexe 4
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bull Flammes coloreacutees On peut aussi inviter les eacutelegraveves agrave observer des eacuteclisses de bois trempeacutees dans diffeacuterentes solutions de sels meacutetalliques pendant quelques jours Desolutions satureacutees de baryum de calcium de cuivre(II) de potassium et de sodium peuvent ecirctre utiliseacutees Les eacutelegraveves devraient pouvoir observer la couleur speacutecifique du meacutetal pendant quelquesinstants Voir lrsquoannexe 5 ou le site Science amusante (httpwikiscienceamusantenetindexphptitle=Flammes_colorC3A9es)pour une description de ce type drsquoactiviteacute
Enseignement direct ndash applications et apparition naturelle des spectres de raiesMaintenant que les eacutelegraveves ont vu et dessineacute des spectres de raies ils devraient pouvoir par-ler des applications de ce type de spectre Ils devraient connaicirctre les feux drsquoartifice et les lumiegraveres neacuteon Cependant la plupart drsquoentre eux ne savent probablement pas que le gaz neacuteon produit une lumiegravere rouge orangeacute
Les lignes spectrales sont produites par un atome agrave lrsquoeacutetat exciteacute Cet atome doit drsquoabord absorber de lrsquoeacutenergie Lrsquoeacutelectron migre alors agrave un niveau drsquoeacutenergie plus eacuteleveacute pendant qursquoil absorbe lrsquoeacutenergie Quand lrsquoeacutelectron revient agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute il eacutemet simul-taneacutement une couleur de lumiegravere On pourrait dire aussi qursquoil y a eacutemission drsquoune lumiegravere drsquoune seule longueur drsquoonde ou drsquoune seule freacutequence ou drsquoun seul paquet drsquoeacutenergie Ce pheacutenomegravene correspond agrave la distance que lrsquoeacutelectron a parcourue Comme le nombre de transi-tions drsquoeacutelectrons possibles entre les niveaux drsquoeacutenergie est grand un atome agrave lrsquoeacutetat exciteacute pro-duit beaucoup de lignes spectrales (voir Chimie 12 p 126 129 ou Chimie 12 STSE p 170-172)
Dans lrsquoatome drsquohydrogegravene quand lrsquoeacutelectron revient du troisiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutener-gie une couleur rouge est eacutemise Crsquoest un reacutesultat logique puisque lrsquoeacutelectron parcourt la plus courte distance qui correspond agrave la plus faible freacutequence de la lumiegravere visible soit le rouge Si un eacutelectron laquo tombe raquo du quatriegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie une lumiegravere verte est eacutemise du cinquiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie crsquoest une couleur indigo qui apparaicirct et du sixiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie la lumiegravere eacutemise est violette
Bien des manuels donnent des exemples de spectres de raies pour au moins quelques-uns des eacuteleacutements Les eacutelegraveves peuvent alors comprendre que chaque eacuteleacutement peut avoir un spectre de raies unique Ces spectres pourraient ensuite servir agrave lrsquoanalyse des constituants drsquoune source lumineuse notamment en astronomie On peut penser agrave lrsquoastronome qui capte la lumiegravere ve-nant drsquoune source lointaine agrave travers un spectroscope pour deacuteterminer les eacuteleacutements contenus dans cette lumiegravere Les sources de lumiegravere peuvent ecirctre des eacutetoiles des neacutebuleuses lrsquoexplo-sion drsquoune supernova dans une autre galaxie etc Les astronomes peuvent aussi deacutetecter des formes de radiation autres que la lumiegravere visible
Le site Spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption drsquoun eacuteleacutement (httpwwwostralonet3_animationsswfspectres_abs_emswf) permet drsquoobserver le spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption des eacuteleacutements du tableau peacuteriodique
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Les rayons X et les rayons gamma par exemple sont eacutemis agrave partir drsquoeacutetoiles agrave neutrons tregraves denses ou eacutemanent de trous noirs Il est important de savoir drsquoun point de vue historique que lrsquoeacuteleacutement heacutelium a drsquoabord eacuteteacute identifieacute dans le spectre du soleil avant drsquoecirctre deacutetecteacute dans lrsquoatmosphegravere terrestre (drsquoougrave son nom qui vient du greclaquo helios raquo qui deacutesigne le dieu grec du soleil) Cet eacutepisode constitue un excellent lien historique entre la physique et la chimie qui meacuterite drsquoecirctre exploreacute
Les eacutelegraveves auront peut-ecirctre utiliseacute une flamme nue pour observer des spectres de raies La fabrication de feux drsquoartifice constitue une application eacutevidente de ce principe Voici la cou-leur de certains eacuteleacutements lorsqursquoils brucirclent
Baryum jaune vertStrontium rouge vifCalcium rouge orangeacuteSodium jaune vifPotassium violet pacircleLithium rouge violetCuivre vert
Internet renferme une foule de renseignements sur la chimie et la fabrication des feux drsquoarti-fice (piegraveces pyrotechniques) mais plusieurs sites ne sont disponibles qursquoen anglais
Voici un lien qui pourrait ecirctre utile
bull Feu drsquoartifice httpfrwikipediaorgwikiFeu_drsquoartifice
RechercheInviter les eacutelegraveves agrave se renseigner sur les applications et les apparitions naturelles des spectres de raies agrave lrsquoaide de la strateacutegie Jigsaw (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secon-daire p 321) Diviser la classe en groupes drsquoexperts et assigner agrave chacun une application ou un exemple drsquoapparition naturelle des spectres de raies par exemple les feux drsquoartifice et lrsquousage des spectres de raies agrave des fins drsquoanalyse Si la deacutemonstration sur les tubes agrave deacutecharge gazeuse a eacuteteacute faite les eacutelegraveves savent maintenant que le gaz neacuteon produit seulement la lumiegravere rouge orangeacute et que les autres gaz produisent drsquoautres couleurs dans les tubes agrave deacutecharge gazeuse (pex argonvert heacuteliumrose orangeacute kryptonlavande xeacutenonbleu)
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Les eacutelegraveves pourraient aussi faire une recherche sur la faccedilon dont les astrophysiciens peuvent deacuteterminer quels eacuteleacutements composent notre soleil et drsquoautres eacutetoiles Comme une eacutetoile est faite de gaz chauds et brillants la lumiegravere qursquoelle eacutemet peut ecirctre capteacutee par un teacutelescope et analyseacutee Agrave partir de spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption atomique de la lumiegravere les eacuteleacute-ments preacutesents dans lrsquoeacutetoile peuvent ecirctre identifieacutes
Pour srsquoassurer que chaque membre du groupe drsquoexperts est en mesure drsquoexpliquer son sujet inviter les eacutelegraveves agrave faire des explications agrave tour de rocircle agrave lrsquointeacuterieur du groupe drsquoexperts Ensuite former des groupes heacuteteacuterogegravenes (laquo familles raquo) pour qursquoils partagent leurs nouvelles connaissances
En fin
Inviter les eacutelegraveves agrave dresser un cadre de concept sur les spectres drsquoeacutemission (voir Lrsquoenseigne-ment des sciences de la nature au secondaire p 1123 1126 et p 1136)
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner une seacuterie de diagrammes montrant la relation entre la freacutequence et la longueur drsquoonde drsquoune onde eacutelectromagneacutetique et agrave faire le lien entre la freacutequence du rayonnement eacutelectromagneacutetique et la quantiteacute drsquoeacutenergie contenue dans une onde de ce type Leur demander de reacutepondre aux questions suivantes
- Qursquoadvient-il de lrsquoeacutenergie quand la freacutequence est doubleacutee - Qursquoadvient-il de lrsquoeacutenergie quand la freacutequence est diminueacutee de moitieacute
2Demander aux eacutelegraveves drsquoeffectuer lrsquoexercice de lrsquoannexe 6 sur les spectres de raies
3Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 du regroupement 1
4Pour veacuterifier la compreacutehension des eacutelegraveves utiliser la strateacutegie des tecirctes numeacuteroteacutees (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 312)
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-2-04 retracer dans les grandes lignes lrsquoeacutevolution historique du modegravele de meacutecanique quantique de lrsquoatome
RAG A1 A2 A4 D3 C12-0-N1 expliquer le rocircle que jouent les theacuteories les donneacutees et les modegraveles dans lrsquoeacutelaboration
de connaissances scientifiques RAG A1 A2
C12-0-N2 deacutecrire drsquoun point de vue historique la faccedilon dont les observations et les travaux expeacuterimentaux de nombreuses personnes ont abouti agrave la compreacutehension moderne de la matiegravere
RAG A1 A4
C12-0-N3 deacutecrire comment des connaissances scientifiques eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et agrave mesure que de nouvelles ideacutees et de nouvelles interpreacutetations sont avanceacutees
RAG A1 A2
Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees Le deacuteveloppement historique du modegravele meacutecanique quantique de lrsquoatome est un sujet theacuteorique complexe Bien que la plupart des textes de chimie renferment de lrsquoinformation sur le sujet la porteacutee et la complexiteacute du traitement varient avec chaque texte La preacutesentation aux eacutelegraveves devrait ecirctre aussi simple et logique que possible On trouvera dans ce bloc drsquoenseignement une seacutequence drsquoeacuteveacutenements suggeacutereacutee La contribution drsquoEinstein a deacutelibeacutereacutement eacuteteacute mise de cocircteacute eacutetant donneacute que lrsquoeffet photoeacutelectrique nrsquoentre pas dans le cadre de la progression historique
En tecircte
Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves sur la structure atomique de base (protons neutrons et eacutelectrons) le nombre atomique et la masse atomique moyenne des eacuteleacutements Les eacutelegraveves devraient pouvoir utiliser ces connaissances pour repreacutesenter divers atomes avec le modegravele de Bohr
En quecircte
Recherche ndash deacuteveloppement historique du modegravele de lrsquoatomeInviter les eacutelegraveves agrave effectuer une recherche sur un scientifique qui a contribueacute au deacuteveloppement du modegravele de meacutecanique quantique de lrsquoatome (voir lrsquoannexe 7)
Bloc B Lrsquoeacutevolution historique du modegravele de meacutecanique quantique
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Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 8 Chaque groupe drsquoeacutelegraveves pourra ensuite trouver un moyen de preacutesenter ses reacutesultats par exemple en creacuteant une affiche Deacuteterminer les critegraveres drsquoeacutevaluation avec les eacutelegraveves Les critegraveres devraient inclure des eacuteleacutements touchant le contenu et la preacutesentation Proposer aux eacutelegraveves de prendre en note les renseignements importants pendant les preacutesentations
Animations ndash orbites eacutelectroniquesLes animations preacutesenteacutees ci-dessous montrent lrsquoabsorption et lrsquoeacutemission de photons par un atome drsquohydrogegravene Inviter les eacutelegraveves agrave observer la faccedilon dont un eacutelectron absorbe de lrsquoeacutenergie et passe agrave une orbite supeacuterieure autour du noyau Ils verront que lrsquoeacutelectron agrave lrsquoeacutetat exciteacute eacutemet un photon et revient agrave un niveau drsquoeacutenergie infeacuterieur Inviter les eacutelegraveves agrave noter que lrsquoeacutelectron nrsquoest pas tregraves stable agrave lrsquoeacutetat exciteacute et qursquoil preacutefegravere revenir agrave son orbitale eacutenergeacutetique infeacuterieure
bull Le modegravele de Bohr lrsquoatome drsquohydrogegravene httpreadecclicqccadec_virtuelChimie202 NYA 05Chimie_generaleModeles_atomiquesModele_de_Bohr
bull Lrsquohistoire du modegravele atomique httpwwwc4h10netmodresourceviewphpid=75
bull Atomic spectra (site en anglais) httpwwwcoloradoeduphysics2000quantumzonelines2html
ActiviteacutedeacutemonstrationProposer aux eacutelegraveves de faire une maquette du spectre drsquoeacutemission agrave partir de ce qui suit
bull des balles de couleur (ou marqueurs agrave transparents de couleur) repreacutesentant diffeacuterents photons avec une eacutenergie correspondant agrave leur couleur
bull un espace sur le plancher qui repreacutesente lrsquoeacutetat fondamentalbull une chaise un tabouret et un comptoir qui repreacutesentent les niveaux drsquoeacutenergie supeacuterieurs
Lrsquoeacutecart entre le plancher et la chaise doit ecirctre plus grand qursquoentre la chaise et le tabouret et le comptoir doit ecirctre plus eacuteleveacute que le tabouret
Jouer le rocircle drsquoun eacutelectron (ou demander agrave un eacutelegraveve de le faire) qui passe entre les diffeacuterents niveaux drsquoeacutenergie Donner aux eacutelegraveves des balles rouges jaunes vertes bleues violettes et noires et garder une balle rouge une balle bleue et une balle violette Le premier eacutelegraveve lance une balle violette agrave lrsquoenseignant En attrapant la balle lrsquoenseignant saute du plancher (premier niveau drsquoeacutenergie) au tabouret (troisiegraveme niveau drsquoeacutenergie)
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Cette transition repreacutesente lrsquoabsorption drsquoun photon violet Immeacutediatement apregraves lrsquoenseignant sort une balle violette de sa poche la jette dans une direction diffeacuterente de celle de la balle qursquoil a reccedilue et redescend au plancher ce qui repreacutesente la libeacuteration drsquoun photon et correspond agrave la raie violette dans le spectre drsquoeacutemission de lrsquohydrogegravene Si un eacutelegraveve jette une balle bleue lrsquoenseignant grimpe au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie puis il sort une balle bleue de sa poche et la jette dans une direction diffeacuterente de celle qursquoil a reccedilue et redescend au plancher Ce pheacutenomegravene repreacutesente lrsquoeacutemission drsquoun photon et correspond agrave la ligne bleue du spectre drsquoeacutemission de lrsquohydrogegravene Lrsquoexercice continue avec les balles rouges qui illustrent la ligne rouge du spectre drsquoeacutemission de lrsquohydrogegravene Dans lrsquoatome drsquohydrogegravene quand lrsquoeacutelectron revient du troisiegraveme au deuxiegraveme niveau drsquoeacutenergie donc du tabouret agrave la chaise le rouge est eacutemis Crsquoest un reacutesultat logique puisque lrsquoeacutelectron parcourt la plus courte distance qui correspond agrave la plus faible freacutequence de la lumiegravere visible soit le rouge Si un eacutelegraveve lance une balle jaune lrsquoenseignant doit lrsquoignorer puisque le jaune ne correspond agrave aucune transition entre des niveaux drsquoeacutenergie de lrsquohydrogegravene Enfin lrsquoenseignant attrape une balle noire (repreacutesentant lrsquoultraviolet) monte sur le comptoir et se libegravere du noyau illustrant le pheacutenomegravene drsquoionisation
Cette deacutemonstration illustre des notions cleacutes de la theacuteorie atomique de Bohr et des spectres drsquoeacutemission Les balles de couleur repreacutesentent les diffeacuterents niveaux drsquoeacutenergie et les diffeacuterentes eacutenergies correspondent agrave des sauts (eacutecarts) de diffeacuterentes grandeurs Le photon eacutemis est geacuteneacuteralement propulseacute dans une direction diffeacuterente de celle du photon incident Les sauts de lrsquoeacutelectron correspondent agrave une petite seacuterie de valeurs drsquoeacutenergie preacutecises
En fin
Inviter les eacutelegraveves agrave dessiner une nouvelle repreacutesentation de lrsquoatome et de la comparer agrave celle qui est dessineacutee agrave la section laquo En tecircte raquo Y-a-t-il des diffeacuterences Des ressemblances
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Eacutevaluer les preacutesentations des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des critegraveres drsquoeacutevaluation eacutetablis
2Proposer aux eacutelegraveves drsquoutiliser un diagramme pour expliquer la structure de lrsquoatome en parlant drsquoabsorption drsquoeacutenergie et de mouvement subseacutequent des eacutelectrons drsquoun niveau drsquoeacutenergie agrave lrsquoautre
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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Bloc C La configuration eacutelectronique
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-2-05 tracer la configuration eacutelectronique drsquoeacuteleacutements du tableau peacuteriodique entre autres des eacuteleacutements choisis dont le numeacutero atomique ne deacutepasse pas 36
(krypton) RAG A2 D3 C12-2-06 lier la configuration eacutelectronique drsquoun eacuteleacutement agrave ses eacutelectrons de valence et agrave sa
position dans le tableau peacuteriodique RAG D2 D4 E1
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une
autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs
RAG D3
Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte
Activer les connaissances anteacuterieures des eacutelegraveves en les invitant agrave discuter des questions suivantes
- Qursquoest-ce que la peacuteriode dans un tableau peacuteriodique- Qursquoest-ce que la famille- Pourquoi regroupe-t-on les eacuteleacutements dans des familles chimiques- Comment cette organisation du tableau peacuteriodique peut-elle aider agrave comprendre le comportement des eacuteleacutements- Qursquoest-ce qursquoun eacutelectron de valence- Qursquoest-ce qui arrive aux eacutelectrons de valence au moment de la formation drsquoun composeacute chimique
En 9e anneacutee les eacutelegraveves ont dessineacute le modegravele atomique de Bohr pour les 18 premiers eacuteleacutements (S1-2-05) Ils devraient aussi comprendre la disposition des eacuteleacutements dans le tableau peacuteriodique (S1-2-06 S2-2-01 S2-2-02) En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont eacuteteacute initieacutes aux diagrammes de Lewis (S2-2-01)
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En quecircte
Enseignement direct ndash la configuration eacutelectroniquePreacutesenter aux eacutelegraveves les principes qui deacutefinissent la faccedilon dont les eacutelectrons peuvent se placer dans une orbitale atomique (voir Chimie 12 p 131-146 ou Chimie 12 STSE p 174-188) Une orbitale est la reacutegion de lrsquoespace dans laquelle il y a une probabiliteacute de trouver un eacutelectron
La disposition des eacutelectrons dans un atome est appeleacutee configuration eacutelectronique de lrsquoatome Une combinaison de nombres et de lettres permet de deacuteterminer le niveau drsquoeacutenergie des eacutelectrons dans un atome
bull Le nombre repreacutesente le niveau drsquoeacutenergie principal (1 2 3 4 etc) Dans chaque niveau drsquoeacutenergie il peut y avoir un nombre preacutecis drsquoorbitales deacutetermineacute agrave lrsquoaide de la valeur n2
bull Les lettres (s p d f g h etc) sont lieacutees agrave la forme de lrsquoorbitale (la reacutegion drsquoemplacement probable des eacutelectrons)
Niveaux drsquoeacutenergieNombre quan-
tique principal (n)Sous-niveaux
ou sous-couches preacutesents (types ou formes drsquoorbitales)
Nombre drsquoorbitales pour chaque sous-ni-veau ou sous-couche
Nombre total drsquoorbitales lieacutees au niveau drsquoeacutenergie
principal (n2)1 s 1 1
2s
p
1
34
3
s
p
d
1
3
5
9
4
s
p
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f
1
3
5
7
16
Trois principes ou regravegles deacutefinissent la faccedilon dont les eacutelectrons peuvent se placer dans une orbitale atomique
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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1 Le principe drsquoAufbau Le nom drsquoAufbau vient du mot allemand aufbauen qui signifie laquo remplissage raquo et a eacuteteacute proposeacute par le physicien danois Neils Bohr (1885-1962) Le principe drsquoAufbau veut que chaque eacutelectron occupe lrsquoorbitale drsquoeacutenergie la plus faible disponible Voir le diagramme qui suit
Dans le diagramme chaque case repreacutesente une orbitale atomique Toutes les orbitales du mecircme sous-niveau (ou sous-couche) ont la mecircme eacutenergie Les eacutelectrons du sous-niveau 2p par exemple ont tous la mecircme quantiteacute drsquoeacutenergie Les divers sous-niveaux drsquoeacutenergie dans un niveau drsquoeacutenergie principal ont diffeacuterentes eacutenergies Lrsquoorbitale 2s par exemple a un niveau drsquoeacutenergie infeacuterieur agrave celui de lrsquoorbitale 2p Les orbitales lieacutees aux sous- niveaux drsquoeacutenergie dans un niveau drsquoeacutenergie principal peuvent chevaucher des orbitales lieacutees agrave des sous-niveaux drsquoeacutenergie drsquoun autre niveau principal Lrsquoeacutenergie de lrsquoorbitale 4s par exemple est infeacuterieure agrave celle des orbitales 3d
2 Le principe drsquoexclusion de PauliCe principe veut que deux eacutelectrons au maximum puissent occuper une mecircme orbitale atomique mais seulement si les eacutelectrons ont des spins opposeacutes (tournent dans des sens opposeacutes) Wolfgang Pauli a proposeacute ce principe apregraves avoir observeacute des atomes agrave lrsquoeacutetat exciteacute Lrsquoorbitale atomique renfermant deux eacutelectrons ayant des spins opposeacutes srsquoeacutecrit
eacutener
gie
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
7p 6d
6p
5p
4p
3p
2p
5d
4d
3d
5f
4f
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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3 La regravegle de HundLa regravegle de Hund veut que des eacutelectrons simples ayant le mecircme spin doivent occuper chaque orbitale de la mecircme eacutenergie avant que drsquoautres eacutelectrons ayant un spin opposeacute ne puissent occuper les mecircmes orbitales Les trois orbitales 2p par exemple se rempliraient comme suit
Le diagramme suivant peut aider les eacutelegraveves agrave comprendre la faccedilon dont srsquoeacutecrit la configura-tion eacutelectronique
Avec ce diagramme on remplit les orbitales en suivant la direction des flegraveches comme suit 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s etc
Exercice ndash eacutecrire des configurations eacutelectroniquesInviter les eacutelegraveves agrave dessiner la configuration eacutelectronique suivant la notation fondeacutee sur les gaz nobles (ou gaz rares) Agrave titre drsquoexemple la configuration eacutelectronique complexe de lrsquoaluminium est 1s22s22p63s23p1 tandis qursquoavec la notation fondeacutee sur les gaz nobles sa configuration serait [Ne] 3s23p1
1 eacutelectron
2 eacutelectrons
3 eacutelectrons
4 eacutelectrons
7s 7p 6s 6p 6d 6f
5s 5p 5d 5f
4s 4p 4d 4f
3s 3p 3d
2s 2p
1s
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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Activiteacute ndash structure du tableau peacuteriodiqueExpliquer aux eacutelegraveves la faccedilon dont le tableau peacuteriodique moderne a eacuteteacute conccedilu en fonction de la structure de lrsquoatome ou plus preacuteciseacutement en fonction des eacutelectrons de valence et de la reacuteactiviteacute chimique des eacuteleacutements
Fournir aux eacutelegraveves un tableau peacuteriodique vide Voir lrsquoannexe 9 ou un site Web tel que le tableau vierge de la classification peacuteriodique (httpwwwperiodnicomdownloadtableau_vierge_de_la_classification_periodiquepdf) Leur demander drsquoy ajouter les eacutelectrons de valence et lrsquoorbitale correspondante Une fois le tableau compleacuteteacute lrsquoorganisation du tableau devrait ecirctre apparente
En fin
1Inviter les eacutelegraveves agrave jouer agrave un bingo Place aux eacutelectrons ougrave la carte de jeu comporte des sym-boles drsquoeacuteleacutements Appeler des configurations eacutelectroniques (p ex 1s2) pour que les eacutelegraveves puissent les appliquer aux eacuteleacutements correspondants (p ex heacutelium)
2Proposer aux eacutelegraveves une reacuteflexion et une discussion sur lrsquoanalogie entre la regravegle de Hund et le comportement de deux parfaits eacutetrangers qui montent agrave bord drsquoun autobus (Dingrando et al 2005 137)
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees 1Demander aux eacutelegraveves drsquoeacutecrire la configuration eacutelectronique complegravete et la configuration de valence des eacuteleacutements jusqursquoau krypton inclusivement
2Inviter les eacutelegraveves agrave identifier la configuration de valence agrave partir de la position drsquoun eacuteleacutement dans le tableau peacuteriodique
2s1 2s2 2s2 2p1
2s2 2p2
2s2 2p3
etc
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-2-07 expliquer des tendances peacuteriodiques de proprieacuteteacutes drsquoeacuteleacutements et lier ces tendances agrave leur configuration eacutelectronique
entre autres les rayons atomiques les rayons ioniques lrsquoeacutenergie drsquoionisation lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute
RAG D3 D4 E1 C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une
compreacutehension de concepts en chimie par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs
les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees et des observations dans un format approprieacute
par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes
RAG C2 C5
C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute a eacuteteacute abordeacutee briegravevement dans le cadre du reacutesultat drsquoapprentissage C11-4-02 du cours de chimie de 11e anneacutee La preacutesentation de ce concept visait agrave expliquer la polariteacute et la fonction subseacutequente de la moleacutecule drsquoeau dans le processus de dilution En 10e anneacutee les eacutelegraveves ont drsquoabord vu le diagramme de Lewis comme une autre meacutethode permettant drsquoillustrer la structure atomique dans des composeacutes ioniques et covalents simples (S2-2-02)
Inviter les eacutelegraveves agrave examiner un tableau peacuteriodique Leur poser les questions suivantes - Que repreacutesente un groupe ou une famille sur le tableau peacuteriodique- Pouvez-vous nommer des familles - Qursquoont en commun les eacuteleacutements drsquoune mecircme famille- Que repreacutesente une peacuteriode sur le tableau peacuteriodique
Bloc D Les tendances peacuteriodiques
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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En quecircte
Activiteacute ndash analyse graphique de tendances peacuteriodiquesProposer aux eacutelegraveves drsquoeffectuer lrsquoactiviteacute deacutecrite agrave lrsquoannexe 11 afin drsquoexaminer les tendances peacuteriodiques des proprieacuteteacutes des eacuteleacutements Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 12
Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et types de liaisons Fournir aux eacutelegraveves un tableau peacuteriodique indiquant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute (voir lrsquoannexe 10) et le tableau ci-dessous sans les exemples Leur donner ensuite la formule de divers composeacutes binaires et leur demander de preacutedire le type de lien Les inviter agrave indiquer seulement si les liens sont covalents non polaires covalents moyennement polaires covalents tregraves polaires ou ioniques selon le tableau suivant Ajouter qursquoil nrsquoest pas neacutecessaire de preacuteciser le pourcentage mecircme si certains textes fournissent des valeurs en pourcentage
Diffeacuterences drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et caractegravere du lien preacuteditDiffeacuterence
drsquoeacutelectroneacutegativiteacuteType de lien
preacutedit Exemples
00-04 Covalent non polaire O-O (00)
04-10Covalent
moyennement polaire
SCl2 (316-258)
10-20 Covalent tregraves polaire CaS (258-100)
ge Ionique KCl (316-082)
ExempleQuel type de lien serait preacutesent dans une moleacutecule de LiF
Solution Drsquoapregraves le tableau des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute Li a une valeur de 097 et F une valeur de 410 La diffeacuterence entre 410 et 097 est 313 ce qui indique que le lien entre Li et F est de nature ioniqueVoir la feuille reproductible pour ces problegravemes agrave lrsquoannexe 13 Le corrigeacute figure agrave lrsquoannexe 14
Les exemples de ce reacutesultat drsquoapprentissage se limitent agrave des composeacutes binaires La plupart des manuels de chimie preacutesentent un tableau peacuteriodique indiquant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute de chaque eacuteleacutement
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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En fin
Inviter les eacutelegraveves agrave reacutesumer les tendances relatives au rayon atomique au rayon ionique agrave lrsquoeacutenergie drsquoionisation et agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute par rapport agrave la peacuteriode et au groupe
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Proposer aux eacutelegraveves drsquoindiquer dans un tableau peacuteriodique vierge les tendances entourant la peacuteriode et le groupe relativement agrave lrsquoeacutenergie drsquoionisation au rayon atomique au rayon ionique et agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute
2Inviter les eacutelegraveves agrave classer une seacuterie drsquoeacuteleacutements en fonction du rayon atomique du rayon ionique de lrsquoeacutenergie drsquoionisation et de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute Les eacutelegraveves devraient pouvoir expliquer leur classement en indiquant le lien avec la configuration eacutelectronique
3Demander aux eacutelegraveves de donner des exemples de composeacutes binaires et de preacutedire le caractegravere du lien existant dans la moleacutecule
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LiSTE DES ANNExES
ANNEXE 1 Les ondes 233
ANNEXE 2 Le spectre eacutelectromagneacutetique ndash Activiteacute qui suis-je 234
ANNEXE 3 Lignes spectrales 236
ANNEXE 4 Deacutemonstration ndash Coloration de flamme 238
ANNEXE 5 Expeacuterience ndash Les flammes coloreacutees 239
ANNEXE 6 Observation de spectres continus et de spectres de raies 241
ANNEXE 7 Recherche ndash Le deacuteveloppement historique du modegravele atomique 242
ANNEXE 8 Le modegravele atomique de la meacutecanique quantique 244
ANNEXE 9 Tableau peacuteriodique 246
ANNEXE 10 Tableau drsquoeacutelectroneacutegativiteacute 247
ANNEXE 11 Analyse graphique des tendances peacuteriodiques 248
ANNEXE 12 Tendances peacuteriodiques ndash Renseignements pour lrsquoenseignant 251
ANNEXE 13 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien 258
ANNEXE 14 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien ndash Corrigeacute 259
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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ANNExE 1 Les ondes
Une crecircte est la partie haute drsquoune onde alors qursquoun creux est la partie basseLa distance entre deux crecirctes ou deux creux successifs est appeleacutee longueur drsquoondeLa freacutequence est deacutetermineacutee par le nombre de crecirctes ou de creux qui passent par un point donneacute pendant un certain temps par exemple une seconde
1 Compare la freacutequence des ondes suivantes et indique quelle onde a
a) la freacutequence la plus eacuteleveacutee b) la freacutequence la plus basse
2 Deacutecris la relation entre la longueur drsquoonde et la freacutequence drsquoune onde
3 Dessine une onde ayant une freacutequence
a) plus eacuteleveacutee que celle en 1a b) plus basse que celle en 1b
1)
2)
3)
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ANNEXE 2 Le spectre eacutelectromagneacutetique ndash Activiteacute qui suis-je
Il existe sept types de rayonnement eacutelectromagneacutetique les ondes radio les micro-ondes les rayons infrarouges la lumiegravere visible les rayons ultraviolets les rayons X et les rayons gamma
Pour chacun des eacutenonceacutes qui suivent identifie le type de rayonnement eacutelectromagneacutetique qui est deacutecrit
1 Ces ondes eacutelectromagneacutetiques sont les seules que nous pouvons voir Nous les voyons comme les couleurs de lrsquoarc-en-ciel Chaque couleur possegravede une longueur drsquoonde diffeacuterente Le rouge a la longueur drsquoonde la plus eacuteleveacutee tandis que le violet a la longueur drsquoonde la plus courte Ces ondes se combinent pour former la lumiegravere blanche Ce type drsquoonde eacutelectromagneacutetique est aussi essentiel pour la photosynthegravese
2 Ces ondes possegravedent la longueur drsquoonde la plus courte et le niveau drsquoeacutenergie le plus eacuteleveacute du spectre eacutelectromagneacutetique Ces ondes sont produites par des atomes radioactifs et par les explosions nucleacuteaires Elles peuvent tuer des cellules vivantes mais les meacutedecins srsquoen servent pour eacuteliminer des cellules canceacutereuses
3 Ces ondes preacutesentent une longueur drsquoonde plus courte que celles de la lumiegravere visible Elles sont invisibles agrave lrsquoœil humain mais certains insectes peuvent les voir On utilise ces ondes pour steacuteriliser des instruments dans les hocircpitaux ainsi que pour deacutetruire des bacteacuteries dans notre nourriture Ces ondes sont aussi responsables des coups de soleil sur notre peau
4 Ces ondes preacutesentent une longueur drsquoonde plus courte que celles des ondes radio On srsquoen sert pour reacutechauffer notre nourriture ou pour creacuteer des images radar telles que le radar Doppler utiliseacute en meacuteteacuteorologie On srsquoen sert aussi pour communiquer avec des teacuteleacutephones cellulaires
5 Ces ondes preacutesentent la longueur drsquoonde la plus grande dans le spectre eacutelectromagneacutetique Elles nous permettent drsquoeacutecouter les nouvelles et de la musique Elles transportent aussi des signaux agrave nos teacuteleacuteviseurs ainsi qursquoagrave nos teacuteleacutephones cellulaires
6 Agrave mesure que la longueur drsquoonde diminue lrsquoeacutenergie drsquoune onde augmente Ces ondes preacutesentent une longueur drsquoonde plus courte que celles des rayons ultraviolets Elles traversent facilement la peau donc permettent aux meacutedecins drsquoexaminer nos os Une exposition eacuteleveacutee agrave ce type de rayonnement peut endommager les cellules
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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7 Ce type de rayonnement est associeacute agrave la chaleur Nos radiateurs ou chaufferettes eacutemettent ces ondes qui preacutesentent une grande longueur drsquoonde Le Soleil eacutemet aussi ce type drsquoonde On srsquoen sert pour geacuteneacuterer des images thermiques nous permettant de laquo voir raquo des objets la nuit gracircce agrave la chaleur qursquoils eacutemettent
________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo The Electromagnetic Spectrum ndash A Who am I Activity C12-2-01 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml site consulteacute le
18 deacutecembre 2012 Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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ANNExE 3 Lignes spectrales
Eacuteleacutement Longueur drsquoonde
(nm) Couleur
Baryum 6595 6141 5854 5777 5535 4554
Rouge Orange Jaune Jaune Vert (fonceacute) Bleu (fonceacute)
Calcium 4454 4434 4426 3968 3933
Bleu Bleu violet Violet (fonceacute) Violet (fonceacute) Violet (fonceacute)
Chrome 5208 5206 5204 4289 4274 4254
Vert Vert Vert Violet (fonceacute) Violet (fonceacute) Violet (fonceacute)
Cuivre 5218 5153 5105
Vert Vert Vert
Hydrogegravene 6562 4861 4340 4101
Rouge Vert Bleu violet Violet
Heacutelium 7065 6678 5875 5015 4713 3888
Rouge Rouge Orange (fonceacute) Vert Bleu Violet (fonceacute)
Potassium 4047 4044
Violet (fonceacute) Violet (fonceacute)
Mercure 6234 5790 5769 5460 4358
Rouge Jaune (fonceacute) Jaune (fonceacute) Vert (fonceacute) Bleu violet (beaucoup de bandes dans le violet et lrsquoultraviolet)
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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Mercure 6234 5790 5769 5460 4358
Rouge Jaune (fonceacute) Jaune (fonceacute) Vert (fonceacute) Bleu violet (beaucoup de bandes dans le violet et lrsquoultraviolet)
Lithium 6707 6103 4603
Rouge (fonceacute) Orange Violet
Sodium 5895 5889 5688 5682
Jaune (fonceacute) Jaune (fonceacute) Vert Vert
Neacuteon 6402 5852 5400
Beaucoup de bandes dans le rouge Orange Jaune Vert
Strontium 4962 4872 4832 4607 4305 4215 4077
Bleu vert Bleu Bleu Bleu (fonceacute) Bleu violet Violet Violet
Eacuteleacutement Longueur drsquoonde
(nm) Couleur
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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ANNEXE 4 Deacutemonstration ndash Coloration de flamme
introductionPour cette deacutemonstration des solutions de sel sont enflammeacutees afin drsquoobserver les couleurs produites Cette deacutemonstration fonctionne mieux si la seule diffeacuterence entre les sels est le meacutetal par exemple si tous les sels sont des chlorures
Mateacuterielbull plat agrave eacutevaporation ou boicircte de Peacutetri en verrebull spatule bull longues allumettes ou briquetbull gants et lunettes de seacutecuriteacutebull spectroscopesbull meacutethanolbull chlorure de lithium (LiCl)bull chlorure de sodium (NaCl)bull chlorure de potassium (KCl)bull chlorure de calcium (CaCl2)bull chlorure de strontium (SrCl2)bull chlorure de baryum (BaCl2)bull sulfate de cuivre(II) (CuSO4)bull borax (Na2CO3)bull carbonate de sodium (Na2CO3)
Deacutemarche
1 Placer une spatule de chaque sel dans des plats agrave eacutevaporation ou des boicirctes de Peacutetri seacutepareacutes et verser environ 10 mL de meacutethanol sur le sel
2 Avec le briquet ou lrsquoallumette enflammer la solution3 Inviter les eacutelegraveves agrave observer la couleur de la flamme et ensuite lrsquoobserver agrave lrsquoaide drsquoun
spectroscope4 Recouvrir la flamme avec un couvercle pour lrsquoeacuteteindre
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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ANNEXE 5 Expeacuterience ndash Les flammes coloreacutees
Lorsque des solutions contenant des ions meacutetalliques sont chauffeacutees dans la flamme drsquoun brucircleur elles eacutemettent des couleurs speacutecifiques Le sodium par exemple provoque une flamme jaune orangeacute
Mateacuteriel bull Brucircleur Bunsenbull 9 eacuteclisses de boisbull solutions (10 molL) - chlorure de lithium - chlorure de baryum - chlorure de strontium - chlorure de calcium - chlorure de cuivre(II) - chlorure de sodium - chlorure de potassium - meacutelange de chlorure de sodium et de chlorure de potassium - solution inconnuebull verre bleu (si disponible)
Deacutemarche1 Va chercher des eacuteclisses de bois qui ont eacuteteacute trempeacutees dans les solutions de sels
meacutetalliques et identifie chacune de ces eacuteclisses2 Allume le brucircleur et regravegle la flamme afin drsquoobtenir deux cocircnes bleus Il ne faut pas que la
flamme soit jaune3 Place le bout de lrsquoeacuteclisse qui a eacuteteacute trempeacute dans la solution dans la partie supeacuterieure du
cocircne interne de la flamme Note la couleur et lrsquointensiteacute de la flamme dans un tableau La couleur eacutemise par le sel est la couleur initiale de la flamme et non la couleur jaune orangeacute produite par lrsquoeacuteclisse qui se met agrave brucircler Pour eacuteviter de brucircler lrsquoeacuteclisse la passer agrave travers la flamme plutocirct que la tenir immobile dans la flamme
4 Reacutepegravete avec les autres eacuteclisses et note les reacutesultats5 Pour le meacutelange de sodium et de potassium observe les couleurs une premiegravere fois et
ensuite une deuxiegraveme fois en regardant agrave travers un morceau de verre bleu Ce verre qui contient du cobalt eacutelimine la couleur jaune orangeacute
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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AnalyseReacuteponds aux questions suivantes
1 Place les couleurs observeacutees en ordre deacutecroissant drsquoeacutenergie2 Place les couleurs observeacutees en ordre deacutecroissant de freacutequence3 Place les couleurs observeacutees en ordre croissant de longueur drsquoonde4 Quelle est la relation entre lrsquoeacutenergie la freacutequence et la longueur drsquoonde5 Selon tes observations quel est le meacutetal preacutesent dans la solution inconnue 6 Peut-on utiliser des tests de flamme afin drsquoidentifier des inconnus dans un meacutelange
Explique ta reacuteponse7 Comment les eacutelectrons sont-ils exciteacutes durant cette expeacuterience8 Quelles particules dans les solutions seraient responsables de la production de lumiegravere
coloreacutee9 Pourquoi diffeacuterents produits chimiques eacutemettent-ils des couleurs de lumiegravere diffeacuterentes10 Pourquoi devais-tu placer les solutions dans une flamme de brucircleur afin de voir
lrsquoeacutemission drsquoune lumiegravere coloreacutee
________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Flame Tests Activity ndash C12-2-02 raquo Chemistry Teaching
Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml site consulteacute le 18 deacutecembre 2012 Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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ANNEXE 6 Observation de spectres continus et de spectres de raies
1 Dessine le spectre drsquoune ampoule de lampe incandescente et drsquoune ampoule de lampe fluorescente
2 Quelle est la diffeacuterence entre un spectre de raies et un spectre continu Dessine un exemple de chacun
3 Drsquoapregraves tes observations durant lrsquoactiviteacute en laboratoire quels types de matiegraveres produisent des spectres continus Des spectres de raies
4 Donne un exemple drsquoune source de lumiegravere donnant lieu agrave a un spectre continu b un spectre de raies c un spectre continu et des spectres de raies
5 Drsquoapregraves tes observations quelles seraient les proprieacuteteacutes que toutes les sources lumineuses ont en commun Quelles sont celles qui diffegraverent
6 Explique pourquoi un arc-en-ciel est consideacutereacute comme un bel exemple de spectre continu
7 Que repreacutesentent les diffeacuterentes couleurs drsquoun spectre de raies
8 Pourquoi diffeacuterentes substances donnent-elles des spectres diffeacuterents
9 Les lampes agrave vapeur de sodium eacutemettent une lumiegravere jaune caracteacuteristique Que peux-tu deacuteduire au sujet des atomes de sodium agrave partir de cette observation
10 Explique comment les atomes produisent leurs lignes spectrales caracteacuteristiquesPourquoi y a-t-il des lignes diffeacuterentes produites au lieu drsquoune seule ligne
11 Quels eacuteleacutements produisent le plus grand nombre de lignes spectrales Qursquoest-ce que cela te fait penser au sujet des transitions eacutelectroniques
12 Les lignes spectrales sont les empreintes des eacuteleacutements Explique ce que cela signifie
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
page 242
ANNEXE 7 Recherche ndash Le deacuteveloppement historique du modegravele atomique
Choisis lrsquoun des scientifiques suivants et deacutecris sa contribution au deacuteveloppement du modegravele atomique Les questions devraient trsquoaider agrave orienter ta recherche
Deacutemocritebull Qui eacutetait Deacutemocrite (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres renseignements personnels)bull Quelle a eacuteteacute sa contribution au deacuteveloppement du modegravele atomique Comment ses ideacutees
eacutetaient-elles diffeacuterentes des autres philosophes de lrsquoAntiquiteacute grecque
Daltonbull Qui eacutetait Dalton (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres
renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Qursquoa-t-il postuleacute au sujet des composeacutes et des reacuteactions chimiquesbull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele
Thomsonbull Qui eacutetait Thomson (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres
renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Quel nom a-t-on donneacute agrave son modegravelebull Quelles particules subatomiques sont incluses dans son modegravelebull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele
Rutherfordbull Qui eacutetait Rutherford (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres
renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Qursquoest-ce qui lrsquoa pousseacute agrave creacuteer ce modegravelebull Quelle expeacuterience a-t-il reacutealiseacutee et pourquoi ses reacutesultats eacutetaient-ils si surprenantsbull Quelles particules subatomiques sont incluses dans son modegravelebull Qui a deacutecouvert le protonbull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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Bohrbull Qui eacutetait Bohr (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Comment a-t-il expliqueacute le problegraveme majeur du modegravele de Rutherfordbull Comment a-t-il deacutecrit les niveaux drsquoeacutenergie de lrsquoatomebull Que signifie quantabull Qursquoest-ce qursquoune orbitebull Les eacutelectrons peuvent-ils se deacuteplacer drsquoun niveau drsquoeacutenergie agrave un autrebull Quels eacutetaient les problegravemes ou questions par rapport agrave son modegravele
Schroumldingerbull Qui eacutetait Schroumldinger (nom complet date de naissance date de deacutecegraves profession autres
renseignements personnels)bull Quel eacutetait son modegravele de lrsquoatomebull Comment ce modegravele deacutecrit-il lrsquoatomebull Pourquoi ce modegravele est-il meilleur que celui de Bohrbull Qursquoest-ce qursquoune orbitale et en quoi est-elle diffeacuterente drsquoune orbite
________________Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Quantum Mechanical Model of the Atom ndash C12-2-04 raquo
Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 18 deacutecembre 2012) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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ANNEXE 8 Le modegravele atomique de la meacutecanique quantique
En 1913 le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) a proposeacute un modegravele de lrsquoatome drsquohydrogegravene selon lequel lrsquoabsorption du rayonnement par un atome fait passer lrsquoeacutelectron de son eacutetat fondamental agrave un niveau drsquoeacutenergie plus eacuteleveacute et instable (lrsquoeacutetat exciteacute) Le modegravele indique que cet eacutelectron finit par perdre de lrsquoeacutenergie et passe agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute en eacutemettant de lrsquoeacutenergie sous forme de lumiegravere Drsquoapregraves des arguments fondeacutes sur les interactions eacutelectrostatiques et la physique de Newton Bohr a montreacute que les eacutenergies de lrsquoeacutelectron de lrsquoatome drsquohydrogegravene pouvaient ecirctre calculeacutees par une simple relation en utilisant la constante de Rydberg et un nombre entier qui plus tard fut nommeacute le nombre quantique principal (n)
Johannes Rydberg (1854-1919) un physicien sueacutedois qui a meneacute des recherches sur la spectroscopie a deacutecouvert la relation simple entre les diverses raies du spectre des eacuteleacutements Cette relation comprend une constante que lrsquoon nomma plus tard constante de Rydberg Les valeurs calculeacutees par Bohr se comparaient favorablement aux valeurs expeacuterimentales observeacutees anteacuterieurement ce qui constituait une excellente preuve de la validiteacute du modegravele Lrsquoillustration qui suit montre lrsquoaugmentation de lrsquoeacutenergie potentielle lorsque lrsquoeacutelectron passe de son eacutetat fondamental agrave un eacutetat exciteacute diffeacuterent Le diagramme illustre les niveaux drsquoeacutenergie
Niveaux drsquoeacutenergie des eacutelectrons
n4
n3
n2
n1
n1
n2
n4
Eacutetat fondamental n1
Eacutetat exciteacute n2
Eacutetat exciteacute n3
_
_
_
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Les physiciens eacutetaient mystifieacutes autant qursquointrigueacutes par le modegravele de lrsquoatome de Bohr Ils se sont demandeacutes pourquoi le modegravele nrsquoadmettait que certaines valeurs drsquoeacutenergie des eacutelectrons (ce qursquoon appela plus tard la quantification du moment cineacutetique) Apparemment mecircme Bohr eacutetait incapable de fournir une explication logique En 1924 Louis de Broglie (1892-1987) physicien franccedilais propose une solution Son raisonnement eacutetait le suivant si les ondes lumineuses peuvent se comporter comme un faisceau de particules peut-ecirctre que les particules comme les eacutelectrons peuvent aussi se comporter comme des ondes Dans ses discussions il fait le lien entre la circonfeacuterence drsquoune orbite atomique et la longueur drsquoonde drsquoun eacutelectron voyageant autour du noyau Peu apregraves que de Broglie eut preacutesenteacute sa relation Clinton Joseph Davisson (1881-1958) et Lester Halbert Germer (1896-1972) tous deux des Eacutetats-Unis ainsi que George Paget Thomson (1892-1975) de lrsquoAngleterre deacutemontrent effectivement que les eacutelectrons possegravedent des proprieacuteteacutes similaires agrave celles des ondes
De nouvelles questions surgissent concernant la position de lrsquoeacutelectron Si un eacutelectron peut se comporter comme une onde comment peut-on deacuteterminer sa position preacutecise dans lrsquoatome Ceci a meneacute agrave la formulation du principe drsquoincertitude par le physicien allemand Werner Heisenberg (1901-1976) qui affirme qursquoil est impossible de connaicirctre simultaneacutement et avec certitude la position et la quantiteacute de mouvement drsquoune particule
Bohr a grandement contribueacute agrave notre compreacutehension de lrsquoatome mais sa theacuteorie ne deacutecrit pas complegravetement le comportement eacutelectronique dans lrsquoatome En 1926 le physicien autrichien Erwin Schroumldinger (1887-1961) formule une eacutequation deacutecrivant les eacutenergies et le comportement de particules inframicroscopiques agrave partir drsquoun calcul diffeacuterentiel complexe Cette eacutequation a autant drsquoimportance que la contribution drsquoIsaac Newton relativement agrave notre compreacutehension de la position et du mouvement des particules La discussion de Newton eacutetait axeacutee sur des corps macroscopiques (de grande taille) tandis que Schroumldinger fournissait une vision probabiliste avant-gardiste du monde microscopique Cette eacutequation permet entre autres de calculer la probabiliteacute statistique de trouver un eacutelectron dans un espace preacutecis de lrsquoatome Les travaux de Schroumldinger ont amorceacute une nouvelle egravere de la physique et de la chimie qui a culmineacute avec lrsquoeacutelaboration drsquoune nouvelle meacutecanique la meacutecanique quantique
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Ann
exe
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1
H
2
20
2
13
14
15
16
17
2 He ―
3 Li
097
4 Be
147
5 B 201
6 C
250
7 N
307
8 O
350
9 F 410
10
Ne ―
11
Na
101
12
Mg
123
3
4 5
6 7
8 9
10
11
12
13
Al
147
14
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174
15
P 206
16
S 244
17
Cl
283
18
Ar ―
19
K
091
20
Ca
104
21
Sc
120
22
Ti
132
23
V
145
24
Cr
156
25
Mn
160
26
Fe
164
27
Co
170
28
Ni
175
29
Cu
175
30
Zn
166
31
Ga
182
32
Ge
202
33
As
220
34
Se
248
35
Br
274
36
Kr ―
37
Rb
089
38
Sr
099
39
Y
111
40
Zr
122
41
Nb
123
42
Mo
130
43
Tc
136
44
Ru
142
45
Rh
145
46
Pd
135
47
Ag
142
48
Cd
146
49
In
149
50
Sn
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51
Sb
182
52
Te
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53
I 2
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Xe ―
55
Cs
086
56
Ba
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57
La
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73
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75
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87
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100
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106
Sg
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107
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10
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ANNEXE 11 Analyse graphique des tendances peacuteriodiques
Partie 1 tendances dans les familles
1 Pour la famille des alcalins construis un graphique du symbole atomique en fonction bull du rayon atomique ou ionique bull de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute bull de lrsquoeacutenergie drsquoionisation
2 Pour la famille des halogegravenes construis un graphique du symbole atomique en fonction
bull du rayon atomique ou ionique bull de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute bull de lrsquoeacutenergie drsquoionisation
Partie 2 tendances dans les peacuteriodes
3 Pour la troisiegraveme peacuteriode du tableau peacuteriodique (de Na agrave Ar) construis un graphique du symbole atomique en fonction
bull du rayon atomique bull du rayon ionique bull de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute bull de lrsquoeacutenergie drsquoionisation
Analyse des donneacutees
1 Deacutecris les tendances observeacutees dans chacun des graphiques traceacutes Essaie drsquoexpliquer ces tendances agrave lrsquoaide de tes connaissances au sujet de la configuration eacutelectronique et de lrsquoinformation dans ton manuel scolaire
2 Comment le numeacutero de peacuteriode est-il relieacute au numeacutero du niveau drsquoeacutenergie de ses eacutelectrons
de valence 3 Explique ce qursquoest un rayon atomique et un rayon ionique 4 Qursquoarrive-t-il au rayon atomique agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une
peacuteriode Dans une famille Pourquoi observe-t-on ces tendances 5 Explique ce qursquoest lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de bouclier et deacutecris la relation entre lrsquoeffet drsquoeacutecran et
la taille drsquoun atome
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6 Pourquoi un ion neacutegatif est-il plus grand que son atome neutre correspondant
7 Pourquoi un ion positif est-il plus petit que son atome neutre correspondant
8 Lrsquoazote a plusieurs eacutetats drsquooxydation (N3+ N5+ N N3- ) Place-les en fonction drsquoun rayon atomique ou ionique deacutecroissant
9 Lequel est plus grand Fe2+ ou Fe3+ Explique ta reacuteponse 10 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion qui a le plus grand rayon
Justifie ton choix a) S O b) Ca Ca2+
c) Na+ K+
d) Na K e) S2- O2- f) F F-
11 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoion qui a le plus petit rayon Justifie ton choix a) K+ Ca2+
b) F- Cl- c) P3- S2- d) S2- F- e) O2- F- f) Fe2+ Fe3+
12 Explique ce qursquoest lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute
13 Quel eacuteleacutement a la valeur drsquoeacutelectroneacutegativiteacute la plus eacuteleveacutee Ougrave se situe cet eacuteleacutement dans le tableau peacuteriodique (Dans le haut dans le bas agrave gauche agrave droite)
14 Ougrave les eacuteleacutements ayant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute les plus basses se situent-ils dans le tableau peacuteriodique
15 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute de la gauche vers la droite dans une peacuteriode
16 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute du haut vers le bas dans une famille
17 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre croissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute O Al Ca
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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18 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre deacutecroissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute Cl K Cu
19 Explique ce qursquoest lrsquoeacutenergie drsquoionisation
20 Qursquoarrive-t-il agrave lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour enlever un eacutelectron agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Dans une famille Explique ta reacuteponse
21 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion avec la premiegravere eacutenergie drsquoionisation la plus eacuteleveacutee
a) Li Cs b) Cl- Ar c) Ca Br d) Na+ Ne e) B Be
22 Pour chacune des proprieacuteteacutes figurant au tableau indique srsquoil y a augmentation ou diminution dans une peacuteriode ou une famille
Proprieacuteteacute Peacuteriode FamilleRayon atomiqueRayon ioniqueEacutelectroneacutegativiteacuteEacutenergie drsquoionisation
Centres for Research in Youth Science Teaching and Learning laquo Periodic Trends ndash C12-2-07 raquo Chemistry Teaching Resources httpumanitobacaoutreachcrystalchemistryhtml (site consulteacute le 18 deacutecembre 2012) Adaptation autoriseacutee par lrsquoUniversiteacute du Manitoba
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ANNEXE 12 Tendances peacuteriodiques ndash Renseignements pour lrsquoenseignant
Tendances relatives au rayon atomiqueLe rayon atomique est la distance du noyau agrave lrsquoeacutelectron le plus eacuteloigneacute du noyau Puisque laposition de cet eacutelectron ne peut pas ecirctre deacutetermineacutee de faccedilon preacutecise on considegravere habituellementque le rayon atomique correspond agrave la moitieacute de la distance entre le noyau de deux atomeslieacutes du mecircme eacuteleacutement
bull Tendance relative au rayon atomique par rapport agrave la peacuteriode Le rayon atomique diminue geacuteneacuteralement agrave mesure que lrsquoon avance dans une peacuteriode
Puisque chaque eacutelectron additionnel srsquoajoute au mecircme niveau drsquoeacutenergie principal mais que le nombre de protons augmente les eacutelectrons suppleacutementaires ne sont pas proteacutegeacutes de la positiviteacute croissante du noyau La charge nucleacuteaire croissante tire les eacutelectrons de valence plus pregraves du noyau reacuteduisant ainsi le rayon atomique
bull Tendance relative au rayon atomique par rapport au groupe Le rayon atomique augmente geacuteneacuteralement agrave mesure que lrsquoon descend dans un groupe
du tableau peacuteriodique En effet comme lrsquoorbitale exteacuterieure srsquoagrandit elle srsquooppose agrave lrsquoattraction du noyau sur les eacutelectrons de valence Ce facteur est plus puissant que lrsquoattraction accrue du noyau (qui est plus positif) sur les eacutelectrons de valence ce qui fait augmenter le rayon
Tendances relatives agrave lrsquoeacutenergie drsquoionisationLrsquoeacutenergie drsquoionisation est lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour extraire un eacutelectron drsquoun atome agrave lrsquoeacutetatgazeux Cette valeur indique la force avec laquelle un noyau drsquoatome retient ses eacutelectrons devalence Une valeur eacuteleveacutee de lrsquoeacutenergie drsquoionisation indique que lrsquoatome retient fortement seseacutelectrons Les valeurs faibles de lrsquoeacutenergie drsquoionisation indiquent que lrsquoatome retient faiblementses eacutelectrons Les atomes dont les valeurs drsquoionisation sont eacuteleveacutees sont peu susceptibles deperdre des eacutelectrons et de former des ions positifs
bull Tendances relatives aux premiegraveres eacutenergies drsquoionisation par rapport agrave la peacuteriode Agrave mesure que lrsquoon avance dans une peacuteriode la premiegravere eacutenergie drsquoionisation augmente
geacuteneacuteralement Agrave titre drsquoexemple la premiegravere eacutenergie drsquoionisation du lithium est faible ce qui indique que lrsquoatome perdra facilement un eacutelectron pour former lrsquoion Li+ Lrsquoatome de lithium possegravede un eacutelectron de valence et crsquoest cet eacutelectron qui sera facilement enleveacute de lrsquoatome Agrave mesure que lrsquoon avance sur la rangeacutee il devient de plus en plus difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence de lrsquoatome car la charge nucleacuteaire accrue de chaque eacuteleacutement successif produit une force drsquoattraction plus grande sur les eacutelectrons de valence drsquoougrave une augmentation des eacutenergies drsquoionisation Plus la charge nucleacuteaire est forte plus il est difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence car les eacutelectrons sont attireacutes plus pregraves du noyau chargeacute positivement
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Ainsi le neacuteon qui est situeacute agrave lrsquoextreacutemiteacute de la rangeacutee a une premiegravere eacutenergie drsquoionisation eacuteleveacutee indiquant qursquoil est peu susceptible de perdre un eacutelectron pour former lrsquoion Ne+ Le niveau drsquoeacutenergie exteacuterieur du neacuteon est stable (huit eacutelectrons) donc lrsquoatome ne cegravede pas facilement drsquoeacutelectron
bull Tendances relatives aux eacutenergies drsquoionisation successives par rapport agrave la peacuteriode Lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour chaque eacutenergie drsquoionisation successive augmente agrave mesure que
lrsquoon avance dans la peacuteriode La raison principale lrsquoaugmentation de la charge positive renforce le lien avec les eacutelectrons Pour chaque eacuteleacutement lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour une ionisation speacutecifique augmente consideacuterablement puisque les atomes ont tendance agrave perdre ou agrave gagner des eacutelectrons afin de compleacuteter leur niveau drsquoeacutenergie et de parvenir agrave leur eacutetat le plus stable Le saut drsquoeacutenergie se produit quand un eacutelectron de cœur par opposition agrave un eacutelectron de valence est arracheacute
Exemple
Atome de Na
e-
500 kJmol ndash eacutenergie neacutecessaire pour enlever lrsquoeacutelectron de valence
Ion de sodium (aucun eacutelectron de valence)
Ion de Na
+
4 560 kJmol ndash eacutenergie neacutecessaire pour enlever un eacutelectron du niveau drsquoeacutenergie stable 2s22p6
Atome de sodium (un eacutelectron de valence)
bull Tendances relatives aux eacutenergies drsquoionisation par rapport au groupe Les eacutenergies drsquoionisation diminuent agrave mesure que lrsquoon descend dans le groupe Plus la taille
de lrsquoatome est grande plus les eacutelectrons de valence srsquoeacuteloignent du noyau Donc plus lrsquoatome est gros moins il faut drsquoeacutenergie pour arracher lrsquoeacutelectron puisque la force drsquoattraction est plus faible
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Tendances relatives au rayon ioniqueLorsque des atomes perdent des eacutelectrons pour former des ions positifs (cations) leur taillediminue toujours et ce pour deux raisons Drsquoabord il y a la perte drsquoeacutelectrons de valencequi peut donner lieu agrave une orbitale complegravetement vide Ensuite lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de reacutepulsiondes eacutelectrons est atteacutenueacute ce qui permet au noyau drsquoattirer les eacutelectrons plus pregraves du noyau
Lorsque des atomes gagnent des eacutelectrons pour former des ions neacutegatifs (anions) ils deviennenttoujours plus gros puisque lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de reacutepulsion des eacutelectrons augmente ce quieacuteloigne les eacutelectrons du noyau
bull Tendances relatives au rayon ionique par rapport agrave la peacuteriode La taille des ions positifs diminue agrave mesure que lrsquoon avance dans la peacuteriode (rangeacutee) et la taille des ions neacutegatifs diminue plus on avance dans la peacuteriode bull Tendances relatives au rayon ionique par rapport au groupe Le rayon ionique des ions positifs et neacutegatifs augmente agrave mesure que lrsquoon descend dans la
colonne drsquoun groupe
Tendances relatives agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacuteLrsquoeacutelectroneacutegativiteacute se deacutefinit comme la capaciteacute drsquoun atome drsquoune moleacutecule drsquoattirer deseacutelectrons vers lui dans une liaison chimique La premiegravere eacutechelle drsquoeacutelectroneacutegativiteacute eacutetablie etla plus couramment utiliseacutee ndash a eacuteteacute conccedilue par Linus Pauling qui srsquoest appuyeacute sur des donneacuteesthermochimiques On utilise les valeurs de Pauling dans bon nombre de manuels En 1936 Robert Millikan a eacutelaboreacute une approche de lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute fondeacutee uniquement sur lesproprieacuteteacutes atomiques Quant agrave lrsquoeacutechelle drsquoAllred Rochow elle est fondeacutee sur la force drsquoattractioneacutelectrostatique entre le noyau et les eacutelectrons de valence Crsquoest ce tableau qui est preacutesenteacute agravelrsquoannexe 10 mais le choix du tableau importe peu
bull Tendances relatives agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute par rapport au groupe Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute diminue agrave mesure que lrsquoon descend dans la colonne drsquoun groupe Cela
srsquoexplique par lrsquoeffet drsquoeacutecran selon lequel les eacutelectrons des niveaux drsquoeacutenergie plus bas forment un eacutecran entre la charge positive du noyau et les eacutelectrons plus eacuteloigneacutes La force drsquoattraction entre ces eacutelectrons et le noyau est donc moins forte
bull Tendances relatives agrave lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute par rapport agrave la peacuteriode Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute augmente agrave mesure que lrsquoon avance dans la peacuteriode Lrsquoajout de protons
au noyau augmente la force drsquoattraction entre ce dernier et les eacutelectrons ajouteacutes au mecircme niveau drsquoeacutenergie
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Reacuteponses aux questions
1 Deacutecris les tendances observeacutees dans chacun des graphiques traceacutes Essaie drsquoexpliquer ces tendances agrave lrsquoaide de tes connaissances au sujet de la configuration eacutelectronique et de lrsquoinformation dans ton manuel scolaire (voir les pages preacuteceacutedentes)
2 Comment le numeacutero de peacuteriode est-il lieacute au numeacutero du niveau drsquoeacutenergie de ses eacutelectrons de valence Le numeacutero de peacuteriode est le mecircme que le niveau drsquoeacutenergie de ses eacutelectrons de valence Pour la peacuteriode 3 par exemple les eacutelectrons de valence se situent dans la sous-couche 3p
3 Explique ce qursquoest un rayon atomique et un rayon ionique Rayon atomique taille de lrsquoatome estimeacute agrave partir de la moitieacute de la distance entre les noyaux drsquoatomes dans un solide cristallin (eacuteleacutements meacutetalliques) ou de la moitieacute de la distance entre les noyaux drsquoatomes identiques lieacutes par une liaison covalente simple (eacuteleacutements moleacuteculaires) Rayon ionique taille drsquoun ion estimeacute agrave partir de la distance entre les noyaux dans un solide ionique
4 Qursquoarrive-t-il au rayon atomique agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Dans une famille Pourquoi observe-t-on ces tendances Le rayon atomique diminue agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Comme chaque eacutelectron additionnel srsquoajoute au mecircme niveau drsquoeacutenergie principal les eacutelectrons suppleacutementaires ne sont pas proteacutegeacutes de la positiviteacute croissante du noyau La charge nucleacuteaire croissante tire les eacutelectrons de valence plus pregraves du noyau reacuteduisant ainsi le rayon atomique Le rayon atomique augmente agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une famille Les eacutelectrons pregraves du noyau agissent comme un eacutecran entre les couches externes drsquoeacutelectrons et le noyau Ceci reacuteduit lrsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques Comme lrsquoorbitale exteacuterieure srsquoagrandit elle srsquooppose agrave lrsquoattraction du noyau sur les eacutelectrons de valence Ce facteur est plus puissant que lrsquoattraction accrue du noyau (qui est plus positif) sur les eacutelectrons de valence ce qui fait augmenter le rayon
5 Explique ce qursquoest lrsquoeffet drsquoeacutecran ou de bouclier et deacutecris la relation entre lrsquoeffet drsquoeacutecran et la taille drsquoun atome Les eacutelectrons pregraves du noyau forment un genre drsquoeacutecran agrave la force drsquoattraction qursquoexerce le noyau sur les eacutelectrons des couches plus eacuteloigneacutees Ceci reacuteduit la force drsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques Pour les eacuteleacutements dans une mecircme peacuteriode les eacutelectrons qui srsquoajoutent nrsquoont pas drsquoeffet drsquoeacutecran entre eux Puisque la charge nucleacuteaire augmente la force drsquoattraction entre le noyau et les atomes peacuteripheacuteriques augmente reacuteduisant ainsi le rayon En descendant dans une famille il y a plus drsquoeacutelectrons entre la couche peacuteripheacuterique et le noyau donc mecircme si le nombre de protons augmente la force est en partie annuleacutee par les eacutelectrons plus pregraves du noyau Puisque la force drsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques diminue le rayon atomique augmente
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6 Pourquoi un ion neacutegatif est-il plus grand que son atome neutre correspondant Le nombre drsquoeacutelectrons augmente dans un ion neacutegatif tandis que la charge nucleacuteaire reste la mecircme Lrsquoajout drsquoun ou de plusieurs eacutelectrons augmente la reacutepulsion entre ces particules ce qui grossit le nuage eacutelectronique
7 Pourquoi un ion positif est-il plus petit que son atome neutre correspondant Le nombre drsquoeacutelectrons diminue dans un ion positif tandis que la charge nucleacuteaire reste la mecircme
8 Lrsquoazote a plusieurs eacutetats drsquooxydation (N3+ N5+ N N3-) Place-les en fonction drsquoun rayon atomique ou ionique deacutecroissant (N3- N N3+ N5+)
9 Lequel est plus grand Fe2+ ou Fe3+ Explique ta reacuteponse Lrsquoion Fe2+ est plus grand Puisqursquoil comporte un eacutelectron de plus que lrsquoion Fe3+ la reacutepulsion est plus forte entre ses particules ce qui grossit le nuage eacutelectronique Moins un atome a drsquoeacutelectrons plus lrsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques est forte et par conseacutequent moins le rayon ionique est grand
10 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion qui a le plus grand rayon Justifie ton choix
a) S O S car il se situe plus bas dans le mecircme groupe Ses eacutelectrons peacuteripheacuteriques sont agrave un niveau drsquoeacutenergie plus eacuteleveacute et les eacutelectrons plus pregraves du noyau agissent comme un eacutecran ce qui reacuteduit lrsquoattraction entre le noyau et les eacutelectrons peacuteripheacuteriques b) Ca Ca2+ Ca car il possegravede moins de protons que sa forme ionique donc le noyau attire les eacutelectrons avec moins de force c) Na+ K+ K+ car il se situe plus bas dans la colonne du mecircme groupe Les eacutelectrons pregraves du noyau agissent comme un eacutecran contre lrsquoattraction du noyau envers les eacutelectrons peacuteripheacuteriques d) Na K K car il se situe plus bas dans la colonne du mecircme groupe e) S2- O2- S2- car il se situe plus bas dans la colonne du mecircme groupe f) F F- F- car on ajoute un eacutelectron agrave la mecircme couche drsquoeacutenergie Ces eacutelectrons se repoussent et demeurent donc plus eacuteloigneacutes que ceux de lrsquoatome neutre
11 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoion qui a le plus petit rayon Justifie ton choix a) K+ Ca2+ Ca2+ car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons que lrsquoion potassium b) F- Cl- F- car il se situe plus haut dans le mecircme groupe ses eacutelectrons sont donc agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute et sont attireacutes plus fortement par le noyau c) P3- S2- S2- car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons d) S2- F- F- car il se situe plus haut dans le tableau peacuteriodique ses eacutelectrons peacuteripheacuteriques sont agrave un niveau drsquoeacutenergie moins eacuteleveacute Il se trouve aussi plus agrave droite dans la peacuteriode donc le rayon ionique est plus petit e) O2- F- F- car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons f) Fe2+ Fe3+ Fe3+ car il possegravede plus de protons attirant le mecircme nombre drsquoeacutelectrons
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12 Explique ce qursquoest lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute Lrsquoeacutelectroneacutegativiteacute se deacutefinit comme la capaciteacute drsquoun atome drsquoune moleacutecule drsquoattirer des eacutelectrons vers lui dans une liaison chimique
13 Quel eacuteleacutement a la valeur drsquoeacutelectroneacutegativiteacute la plus eacuteleveacutee Ougrave se situe cet eacuteleacutement dans le tableau peacuteriodique (Dans le haut dans le bas agrave gauche agrave droite) Lrsquoeacuteleacutement qui preacutesente la valeur drsquoeacutelectroneacutegativiteacute la plus eacuteleveacutee est le fluor Cet eacuteleacutement se situe dans le haut du tableau peacuteriodique agrave droite
14 Ougrave les eacuteleacutements ayant les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute les plus basses se situent-ils dans le tableau peacuteriodique Les eacuteleacutements dans le bas du tableau peacuteriodique agrave gauche sont ceux qui preacutesentent les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute les plus basses
15 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute de la gauche vers la droite dans une peacuteriode Les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute augmentent de la gauche vers la droite dans une peacuteriode
16 Quelle semble ecirctre la tendance des valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute du haut vers le bas dans une famille Les valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute diminuent du haut vers le bas dans une famille
17 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre croissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute O Al Ca Ca Al O
18 Place les eacuteleacutements suivants dans un ordre deacutecroissant drsquoeacutelectroneacutegativiteacute Cl K Cu K Cu Cl
19 Explique ce qursquoest lrsquoeacutenergie drsquoionisation Lrsquoeacutenergie drsquoionisation est lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour extraire un eacutelectron drsquoun atome agrave lrsquoeacutetat gazeux
20 Qursquoarrive-t-il agrave lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour enlever un eacutelectron agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode Dans une famille Explique ta reacuteponse Agrave mesure que le numeacutero atomique augmente dans une peacuteriode lrsquoeacutenergie drsquoionisation augmente Agrave mesure que lrsquoon avance sur la rangeacutee il devient de plus en plus difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence de lrsquoatome car la charge nucleacuteaire accrue de chaque eacuteleacutement successif produit une force drsquoattraction plus grande sur les eacutelectrons de valence drsquoougrave une augmentation des eacutenergies drsquoionisation Plus la charge nucleacuteaire est forte plus il est difficile drsquoenlever un eacutelectron de valence car les eacutelectrons sont attireacutes plus pregraves du noyau chargeacute positivement Les eacutenergies drsquoionisation diminuent agrave mesure que lrsquoon descend dans le groupe Plus la taille de lrsquoatome est grande plus les eacutelectrons de valence srsquoeacuteloignent du noyau Donc plus lrsquoatome est gros moins il faut drsquoeacutenergie pour arracher lrsquoeacutelectron puisque la force drsquoattraction est plus faible
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21 Pour chacune des paires suivantes indique lrsquoatome ou lrsquoion avec la premiegravere eacutenergie drsquoionisation la plus eacuteleveacutee
a) Li Cs Li b) Cl- Ar Ar c) Ca Br Br d) Na+ Ne Na+
e) B Be Be
22 Pour chacune des proprieacuteteacutes figurant au tableau indique srsquoil y a augmentation ou diminution dans une peacuteriode ou une famille
Proprieacuteteacute Peacuteriode FamilleRayon atomique Diminue AugmenteRayon ionique Diminue du groupe 1
au groupe 3 augmente par la suite et diminue de nouveau du groupe 5 au groupe 7
Augmente
Eacutelectroneacutegativiteacute Augmente DiminueEacutenergie drsquoionisation Augmente Diminue
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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Annexe 13 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien
Agrave lrsquoaide du tableau des eacutelectroneacutegativiteacutes deacutetermine le type de lien (ionique covalent polairecovalent non polaire) qui serait formeacute entre chacun des eacuteleacutements suivants Indique la diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute pour chaque paire drsquoeacuteleacutements
Type de lien Diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute
1 Na Cl
2 Al Cl
3 H S
4 K F
5 O O
6 Mg S
7 Li Br
8 F F
LA STRUCTURE ATOMIQUE Chimie12e anneacutee
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Annexe 14 Valeurs drsquoeacutelectroneacutegativiteacute et type de lien ndash Corrigeacute
Agrave lrsquoaide du tableau des eacutelectroneacutegativiteacutes deacutetermine le type de lien (ionique covalent polaire covalent non polaire) qui serait formeacute entre chacun des eacuteleacutements suivants Indique la diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute pour chaque paire drsquoeacuteleacutements
Type de lien Diffeacuterence drsquoeacutelectroneacutegativiteacute
1 Na Cl ionique 283 - 101 = 172
2 Al Cl covalent polaire 283 - 147 = 136
3 H S ionique 244 - 220 = 224
4 K F ionique 410 - 091 = 319
5 O O covalent non polaire 350 - 350 = 0
6 Mg S covalent polaire 244 - 123 = 121
7 Li Br ionique 274 - 097 = 177
8 F F covalent non polaire 410 - 410 = 0
LA STRUCTURE ATOMIQUEChimie12e anneacutee
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LA CINEacuteTIQUE
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LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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APERCcedilU DU REGROUPEMENT
Dans le preacutesent regroupement les eacutelegraveves eacutetudieront la vitesse des reacuteactions chimiques Ils devront utiliser la theacuteorie des collisions pour expliquer les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique Ils eacutetudieront aussi le concept du meacutecanisme de reacuteaction et la loi de la vitesse drsquoune reacuteaction
CONSEILS DrsquoORDRE GEacuteNEacuteRAL
En 10e anneacutee les eacutelegraveves se sont familiariseacutes avec lrsquoeacutenergie cineacutetique et lrsquoeacutenergie potentielle par rapport au mouvement Dans le cours de chimie de 11e anneacutee ils ont utiliseacute la theacuteorie moleacuteculaire cineacutetique pour expliquer les proprieacuteteacutes des gaz et ont eacutetudieacute la stœchiomeacutetrie des reacuteactions chimiques
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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BLOCS DrsquoENSEIGNEMENT SUGGEacuteREacuteS
Afin de faciliter la preacutesentation des renseignements et des strateacutegies drsquoenseignement et drsquoeacutevaluation les RAS de ce regroupement ont eacuteteacute disposeacutes en blocs drsquoenseignement Il est agrave souligner que tout comme le regroupement lui-mecircme les blocs drsquoenseignement ne sont que des pistes suggeacutereacutees pour le deacuteroulement du cours de chimie Lrsquoenseignant peut choisir de structurer son cours et ses leccedilons en privileacutegiant une autre approche Les eacutelegraveves doivent cependant reacuteussir les RAS prescrits par le Ministegravere pour la chimie 12e anneacutee
Outre les RAS propres agrave ce regroupement plusieurs RAS transversaux de la chimie 12e anneacutee ont eacuteteacute rattacheacutes aux blocs afin drsquoillustrer comment ils peuvent ecirctre enseigneacutes pendant lrsquoanneacutee scolaire
Titre du bloc RAS inclus dans le bloc Dureacutee suggeacutereacutee
Bloc A La vitesse de reacuteaction C12-3-01 C12-3-02 C12-0-C1 C12-0-S5
1 h
Bloc B La vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee
C12-3-03 C12-3-04 C12-0-S5 C12-0-S6 C12-0-S7
3 h
Bloc C Les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique
C12-3-05 C12-3-06 C12-0-S2 C12-0-S3 C12-0-S4 C12-0-S6 C12-0-S7 C12-0-S9
2 h
Bloc D Les diagrammes drsquoeacutenergie potentielle
C12-3-07 C12-3-08 C12-0-C1 C12-0-C2
2 h
Bloc E La loi drsquoune vitesse de reacuteaction C12-3-09 C12-0-C1 15 hReacutecapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 1 agrave 2 hNombre drsquoheures suggeacutereacute pour ce regroupement 10 agrave 11 h
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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RESSOURCES EacuteDUCATIvES POUR LrsquoENSEIGNANT
Vous trouverez ci-dessous une liste de ressources eacuteducatives qui se precirctent bien agrave ce regroupement Il est possible de se procurer la plupart de ces ressources agrave la Direction des ressources eacuteducatives franccedilaises (DREF) ou de les commander aupregraves du Centre de ressources drsquoapprentissage du Manitoba (CRA)
[R] indique une ressource recommandeacutee
LIvRES
[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97382)
[R] CLANCY Christina et al Chimie 11 ndash STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Cheneliegravere Eacuteducation Inc 2011 (DREF 540 C518c 11 CRA 97383)
[R] CLANCY Christina et al Chimie 12 STSE ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 98878)
[R] EDWARDS Lois et al Chimie 12 STSE ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal TC Meacutedia Livres Inc 2014 (CRA 91609)
FLAMAND Eddy et Jean-Luc ALLARD Chimie geacuteneacuterale 2e eacutedition Mont-Royal Eacuted Modulo 2004 (DREF 541 F577c)
HILL John W et al Chimie geacuteneacuterale Saint-Laurent Eacuted du Renouveau peacutedagogique 2008
(DREF 541 H646c 2008)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96139)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Eacuted Groupe Beauchemin 2008 (DREF 540 J52ch CRA 97715)
[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire Une ressource didactique Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2000 (DREF PD 50712 E59 CRA 93965) [strateacutegies de peacutedagogie diffeacuterencieacutee]
[R] MANITOBA MINISTEgraveRE DE LrsquoEacuteDUCATION ET DE LrsquoENSEIGNEMENT SUPEacuteRIEUR La seacutecuriteacute en sciences de la nature Un manuel ressource agrave lrsquointention des enseignants des eacutecoles et des divisions scolaires Winnipeg Manitoba Le Ministegravere 2015 (DREF PD 37235 5446 CRA 98839)
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2002 (DREF 540 C518c 11 CRA 91607)
[R] MUSTOE Frank et al Chimie 11 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc
2002 (DREF 540 C518c 11)
[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Guide drsquoenseignement Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91609)
[R] MUSTOE Frank et John IVANCO Chimie 12 ndash Manuel de lrsquoeacutelegraveve Montreacuteal Les Eacuted de la Cheneliegravere Inc 2003 (DREF 540 C518c 12 CRA 91610)
AUTRES IMPRIMEacuteS
LrsquoActualiteacute Eacuteditions Rogers Media Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 20 fois lrsquoan articles drsquoactualiteacute canadienne et internationale]
Ccedila mrsquointeacuteresse Prisma Presse Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle beaucoup de contenu STSE excellentes illustrations]
Deacutecouvrir la revue de la recherche Association francophone pour le savoir Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue bimestrielle de vulgarisation scientifique recherches canadiennes]
Pour la science Eacuted Beacutelin Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle version franccedilaise de la revue ameacutericaine Scientific American]
[R] Queacutebec Science La Revue Queacutebec Science Montreacuteal (Queacutebec) DREF PEacuteRIODIQUE [revue publieacutee 10 fois lrsquoan]
[R] Science et vie junior Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle excellente preacutesentation de divers dossiers scientifiques explications logiques avec beaucoup de diagrammes]
[R] Science et vie Excelsior Publications Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles plus techniques]
Sciences et avenir La Revue Sciences et avenir Paris (France) DREF PEacuteRIODIQUE [revue mensuelle articles deacutetailleacutes]
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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DISQUES NUMEacuteRISEacuteS ET LOGICIELS
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoeacutevaluation informatiseacutee Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96140)
[R] JENKINS Frank et al Chimie 11-12 ndash Banque drsquoimages Montreacuteal Eacuted Cheneliegravere Eacuteducation 2008 (DREF 540 J52ch CRA 96141)
SITES WEB
Agence Science-Presse httpwwwsciencepresseqcca (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [excellent reacutepertoire des actualiteacutes scientifiques issues de nombreuses sources internationales dossiers tregraves informatifs]
Bases de la theacuteorie de la reacuteaction chimique httpueluniscielfrchimiecinetcinet_ch05coapprendre_ch5_04html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [en cliquant sur une animation on peut voir lrsquoorientation favorable des moleacutecules lors de collisions]
[R] La chimienet httpwwwlachimienet (consulteacute le 12 juillet 2014) [site avec beaucoup drsquoinformations et drsquoexercices]
[R] Chocs efficaces httpwwwspcac-aix-marseillefrphy_chiMenuActivites_pedagogiqueslivre_interactif_chimie12_Suivi_temporelChocs_efficacesswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation sur les effets drsquoune augmentation de tempeacuterature]
[R] Chocs efficaces httpwwwspcac-aix-marseillefrphy_chiMenuActivites_pedagogiqueslivre_interactif_chimie12_Suivi_temporelChocs_efficaces_2swf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation sur les effets drsquoune augmentation de la concentration]
Constante de vitesse httpchimgeunilchFrcin1cin5htm (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)
Eacutenergie drsquoactivation httpwwwfsjualbertacaCHIMIEchim101G_4html (consulteacute le 31 deacutecembre 2014)
NO + O3 bimolecular collision httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfoldersimDownload (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation qui montre lrsquoorientation favorable des moleacutecules lors de collisions (site en anglais)]
[R] Reacuteaction et cineacutetique httpphetcoloradoedufrsimulationreactions-and-rates (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [animation qui permet drsquoexplorer des facteurs influenccedilant la vitesse de reacuteaction]
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
page 308
[R] Sciences en ligne httpwwwsciences-en-lignecom (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [excellent magazine en ligne sur les actualiteacutes scientifiques comprend un dictionnaire interactif pour les sciences agrave lrsquointention du grand public]
[R] Vitesse volumique de reacuteaction httpwwwlabolyceeorganimsvit_reactionswf (consulteacute le 31 deacutecembre 2014) [simulation permettant de deacuteterminer la vitesse de reacuteaction agrave un moment donneacute]
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE ThEacuteMATIQUES
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-3-01 formuler une deacutefinition opeacuterationnelle de vitesse de reacuteaction entre autres des exemples de reacuteactions chimiques se produisant agrave diffeacuterentes
vitesses RAG D3
C12-3-02 donner des exemples de variables utiliseacutees pour mesurer les vitesses de reacuteaction (c-agrave-d la variation par uniteacute de temps ∆x∆t)
par exemple la pression la tempeacuterature le pH la conductibiliteacute la couleur RAG D3
C12-3-03 mener une expeacuterience pour mesurer la vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee drsquoune reacuteaction chimique
entre autres la vitesse initiale RAG D3
C12-3-04 lier la vitesse de formation drsquoun composeacute agrave la vitesse de disparition drsquoun reacuteactif compte tenu des donneacutees expeacuterimentales sur la vitesse et la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction
entre autres le traitement descriptif agrave lrsquoeacutechelle particulaire RAG D3 D4
C12-3-05 mener une expeacuterience pour deacuteterminer des facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique
entre autres la nature des reacuteactifs la surface de contact la concentration la pression le volume la tempeacuterature la preacutesence drsquoun catalyseur
RAG C2
C12-3-06 utiliser la theacuteorie des collisions pour expliquer les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique
entre autres lrsquoeacutenergie drsquoactivation lrsquoorientation des moleacutecules RAG D3 D4
C12-3-07 tracer des diagrammes drsquoeacutenergie potentielle pour des reacuteactions endothermiques et exothermiques
entre autres les vitesses relatives lrsquoeffet drsquoun catalyseur la chaleur de la reacuteaction (variation de lrsquoenthalpie)
RAG D3
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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C12-3-08 expliquer le concept du meacutecanisme de reacuteaction entre autres lrsquoeacutetape deacuteterminante de la vitesse RAG D2
C12-3-09 deacuteterminer la loi de vitesse drsquoune reacuteaction chimique agrave partir de donneacutees expeacuterimentales
entre autres les reacuteactions drsquoordre 0 1 ou 2 les graphiques de la vitesse en fonction de la concentration
RAG D3
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx
Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
Deacutemonstration de la compreacutehension
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-C2 deacutemontrer une compreacutehension de concepts en chimie par exemple utiliser un vocabulaire scientifique approprieacute expliquer un concept agrave une
autre personne comparer appliquer ses connaissances agrave une nouvelle situation ou agrave un nouveau contexte creacuteer une analogie utiliser des manipulatifs
RAG D3
Eacutetude scientifique
C12-0-S1 faire preuve drsquohabitudes de travail qui tiennent compte de la seacutecuriteacute personnelle et collective et qui teacutemoignent de son respect pour lrsquoenvironnement
entre autres la connaissance et lrsquoemploi de mesures de seacutecuriteacute de regraveglements du Systegraveme drsquoinformation sur les matiegraveres dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) et de lrsquoeacutequipement drsquourgence approprieacutes
RAG B3 B5 C1 C2
C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes
RAG C2
C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables
deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre
RAG C1 C2
C12-0-S4 seacutelectionner et employer lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire
par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias
des logiciels des sondes RAG C2 C5
C12-0-S6 estimer et mesurer avec exactitude en utilisant des uniteacutes du Systegraveme international (SI) ou drsquoautres uniteacutes standard
entre autres les conversions SI les chiffres significatifs RAG C2
C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
C12-0-S8 eacutevaluer la fiabiliteacute et lrsquoexactitude des donneacutees et des meacutethodes de collecte de donneacutees
entre autres les eacutecarts dans les donneacutees les sources drsquoerreur le pourcentage drsquoerreur
RAG C2 C5
C11-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres
explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8
Recherche et communication
C12-0-R1 tirer des informations drsquoune varieacuteteacute de sources et en faire la synthegravese entre autres imprimeacutees eacutelectroniques et humaines RAG C2 C4 C6
C12-0-R2 eacutevaluer lrsquoinformation obtenue afin de deacuteterminer lrsquoutiliteacute des renseignements par exemple lrsquoexactitude scientifique la fiabiliteacute le degreacute drsquoactualiteacute la pertinence
lrsquoobjectiviteacute les preacutejugeacutes RAG C2 C4 C5 C8
C12-0-R3 citer ou noter des reacutefeacuterences bibliographiques selon les pratiques accepteacutees RAG C2 C6
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)
C12-0-R4 communiquer lrsquoinformation sous diverses formes en fonction du public cible de lrsquoobjectif et du contexte
RAG C5 C6
Travail en groupe
C12-0-G1 collaborer avec les autres afin drsquoassumer les responsabiliteacutes et drsquoatteindre les objectifs drsquoun groupe
RAG C2 C4 C7
C12-0-G2 susciter et clarifier des questions des ideacutees et des points de vue divers lors drsquoune discussion et y reacuteagir
RAG C2 C4 C7
C12-0-G3 eacutevaluer les processus individuels et collectifs employeacutes RAG C2 C4 C7
Nature de la science
C12-0-N1 expliquer le rocircle que jouent les theacuteories les donneacutees et les modegraveles dans lrsquoeacutelaboration de connaissances scientifiques
RAG A1 A2
C12-0-N2 deacutecrire drsquoun point de vue historique la faccedilon dont les observations et les travaux expeacuterimentaux de nombreuses personnes ont abouti agrave la compreacutehension moderne de la matiegravere
RAG A1 A4
C12-0-N3 deacutecrire comment des connaissances scientifiques eacutevoluent agrave la lumiegravere de nouvelles donneacutees et agrave mesure que de nouvelles ideacutees et de nouvelles interpreacutetations sont avanceacutees
RAG A1 A2
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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REacuteSULTATS DrsquoAPPRENTISSAGE SPEacuteCIfIQUES TRANSvERSAUx (suite)
STSE
C12-0-T1 deacutecrire des exemples de la relation entre des principes chimiques et des applications de la chimie
RAG A1 A3 A5 B2
C12-0-T2 expliquer lrsquointeraction de la recherche scientifique et de la technologie dans la production et la distribution de mateacuteriaux
RAG A5 B1 B2
C12-0-T3 illustrer comment des concepts de chimie sont appliqueacutes dans des produits et des proceacutedeacutes dans des eacutetudes scientifiques et dans la vie quotidienne
RAG A5 B2
Attitudes
C12-0-A1 faire preuve de confiance dans sa capaciteacute de mener une eacutetude scientifique en chimie
RAG C2 C5
C12-0-A2 valoriser le scepticisme lrsquohonnecircteteacute lrsquoexactitude la preacutecision la perseacuteveacuterance et lrsquoouverture drsquoesprit en tant qursquoeacutetats drsquoesprit scientifiques et technologiques
RAG C2 C3 C4 C5
C12-0-A3 manifester un inteacuterecirct soutenu et plus eacuteclaireacute pour la chimie et pour les professions et les enjeux lieacutes agrave la chimie
RAG B4
C12-0-A4 se sensibiliser agrave lrsquoeacutequilibre qui doit exister entre les besoins humains et un environnement durable et le deacutemontrer par ses actes
RAG B5 C4
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-3-01 formuler une deacutefinition opeacuterationnelle de vitesse de reacuteaction entre autres des exemples de reacuteactions chimiques se produisant agrave diffeacuterentes
vitesses RAG D3
C12-3-02 donner des exemples de variables utiliseacutees pour mesurer les vitesses de reacuteaction (c-agrave-d la variation par uniteacute de temps ∆x∆t) par exemple la pression la tempeacuterature le pH la conductibiliteacute la couleur RAG D3
C12-0-C1 utiliser des strateacutegies et des habileteacutes approprieacutees pour deacutevelopper une compreacutehension de concepts en chimie
par exemple les analogies les cadres de concepts les organigrammes les manipulatifs les repreacutesentations particulaires les jeux de rocircle les simulations les cadres de tri et de preacutediction les cycles de mots
RAG D3
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees dans un format approprieacute par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias
des logiciels des sondes RAG C2 C5
Bloc A La vitesse de reacuteaction
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte
Inviter les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir agrave des exemples de reacuteactions ou processus rapides et lents dont ils sont teacutemoins dans la vie de tous les jours Leur suggeacuterer de commencer par des exemples de changements physiques comme la fonte ou la dissolution Bien qursquoil ne srsquoagisse pas de changements chimiques ces exemples permettent de renforcer le concept de reacuteaction rapide et lente Amener les eacutelegraveves agrave reacutefleacutechir agrave des reacuteactions chimiques
Parmi les exemples de reacuteactions rapides que les eacutelegraveves peuvent donner mentionnons les explo-sions la combustion drsquoessence et les reacuteactions de preacutecipitation et de neu-tralisation
Pour ce qui est des exemples de reacuteactions lentes les eacutelegraveves peuvent parler entre autres de la rouille de la cuisson drsquoun gacircteau du mucircrissement drsquoun fruit ou de la croissance drsquoune plante
OU
Inviter les eacutelegraveves agrave travailler avec un partenaire afin drsquoeffectuer lrsquoexercice de lrsquoannexe 1Distribuer la feuille A agrave lrsquoun des eacutelegraveves et la feuille B agrave lrsquoautre Chaque eacutelegraveve travaille individuellement et tente de reacutepondre aux questions sur sa feuille Ensuite lrsquoeacutelegraveve qui a reccedilu la feuille A pose les questions qui figurent sur sa feuille agrave son partenaire et note les reacuteponses de ce dernier Lrsquoeacutelegraveve qui a reccedilu la feuille B pose ensuite les questions qui figurent sur sa feuille agrave son partenaire et note les reacuteponses Demander aux eacutelegraveves drsquoarriver agrave un consensus sur leurs reacuteponses puis examiner les questions avec lrsquoensemble des eacutelegraveves
La cineacutetique des reacuteactions chimiques touche agrave bien drsquoautres aspects des sciences et de lrsquoingeacutenierie Les biologistes eacutetudient la vitesse des reacuteactions meacutetaboliques et la progression des reacuteactions en jeu dans la croissance et la reacutegeacuteneacuteration des os Les ingeacutenieurs en meacutecanique cherchent agrave retarder la rouille des carrosseries drsquoautomobile tandis que les agronomes eacutetudient les reacuteactions chimiques en jeu dans lrsquoalteacuteration et la deacutegradation des aliments (van Kessel et al 2003 358) Pour deacuteterminer la vitesse de toute activiteacute (p ex courir lire faire cuire des hamburgers) il faut eacutevaluer le travail accompli en une peacuteriode de temps donneacutee On peut quantifier ou mesurer la vitesse drsquoune reacuteaction chimique (aussi appeleacutee cineacutetique de reacuteaction)
Sur le plan opeacuterationnel la vitesse de reacuteaction deacutecrit la rapiditeacute ou la lenteur avec laquelle un reacuteactif disparaicirct ou un produit se forme Agrave ce stade une deacutefinition opeacuterationnelle tiendrait compte du temps de reacuteaction par opposition agrave la vitesse (Dans les reacuteactions rapides le temps de reacuteaction est court tandis que dans les reacuteactions lentes le temps de reacuteaction est plus long)
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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En quecircte Activiteacute ndash introduction agrave la vitesse de reacuteactionProposer aux eacutelegraveves drsquoeffectuer lrsquoactiviteacute deacutecrite agrave lrsquoannexe 2 afin de mieux comprendre la vitesse de reacuteaction
Deacutemonstrations ou activiteacutes de laboratoireInviter les eacutelegraveves agrave reacutealiser des activiteacutes de laboratoire ou leur preacutesenter des deacutemonstrations illustrant le concept de vitesse de reacuteaction dans une reacuteaction chimique (voir lrsquoannexe 2 ou les activiteacutes deacutecrites ci-dessous) Il nrsquoest pas neacutecessaire de faire toutes ces activiteacutes quelques deacutemonstrations devraient suffire agrave faire comprendre aux eacutelegraveves la notion de vitesse de reacuteaction
bull Reacuteaction du magneacutesium avec lrsquoacide chlorhydrique Faire reacuteagir du magneacutesium solide avec une solution 10 molL de HCl Faire reacuteagir un
autre morceau de magneacutesium avec une solution 60 molL de HCl Poser aux eacutelegraveves les questions suivantes
- Que srsquoest-il passeacute - Combien de temps a pris chaque reacuteaction- Est-ce que la quantiteacute de reacuteactif a une importance- Comment pouvez-vous mesurer la vitesse de reacuteaction
bull Deacutegradation des aliments Couper une pomme en quatre tranches de faccedilon que chaque tranche ait agrave peu pregraves la mecircme surface de pulpe exposeacutee Tremper la premiegravere tranche dans de lrsquoeau et la placer
sur le bureau Cette tranche sera la tranche teacutemoin Tremper la deuxiegraveme tranche dans le jus de citron et la placer sur le bureau agrave cocircteacute de la premiegravere Placer la troisiegraveme tranche au reacutefrigeacuterateur ou dans une petite glaciegravere sur la glace Placer la quatriegraveme tranche dans un sac refermable en enlevant autant drsquoair que possible
Comparer les quatre tranches apregraves 10 20 et 30 minutes et inscrire le degreacute de laquo brunissement raquo observeacute sur la pulpe de la pomme agrave chacune des trois eacutetapes chronomeacutetreacutees Discuter des observations faites par rapport agrave lrsquoeacuteleacutement auquel la pomme eacutetait exposeacutee
Pousser la reacuteflexion concernant les observations sur les tranches de pomme cette fois en parlant de la vitesse de brunissement de la pomme dans chaque eacutechantillon (van Kessel et al 2003 359)
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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bull Reacuteaction de deacutecomposition Le peroxyde drsquohydrogegravene (H2O2) se deacutecompose graduellement pour former de lrsquoeau et de lrsquooxygegravene gazeux Dans cette deacutemonstration la levure agit sur le peroxyde drsquohydrogegravene pour acceacuteleacuterer la reacuteaction
Verser 10 mL de peroxyde drsquohydrogegravene dans un beacutecher et noter toute observation Ajouter une pinceacutee de levure au peroxyde drsquohydrogegravene Remuer doucement agrave lrsquoaide drsquoun cure-dents Noter ce qui se passe (Le peroxyde drsquohydrogegravene est un liquide clair et incolore Lorsque la levure y est ajouteacutee des bulles se forment et le meacutelange commence agrave former une mousse)
Au lieu de la levure utiliser du dioxyde de manganegravese (MnO2) pour acceacuteleacuterer la reacuteaction de deacutecomposition du peroxyde drsquohydrogegravene
Enseignement direct ndash la vitesse de reacuteactionExpliquer aux eacutelegraveves que la vitesse de reacuteaction se deacutefinit comme un changement dans une proprieacuteteacute visible par uniteacute de temps Cette proprieacuteteacute observable doit ecirctre choisie en fonction de ce qui peut ecirctre mesureacute en laboratoire Il peut srsquoagir drsquoun changement de couleur de tempeacuterature ou de pression ou de lrsquoapparition drsquoune nouvelle substance (voir Chimie 12 p 272-273 ou Chimie 12 STSE p 354-362) Dans certaines meacutethodes courantes on mesure la vitesse de reacuteaction agrave lrsquoaide drsquoun spectromegravetre drsquoun conductimegravetre et drsquoun manomegravetre (ou drsquoune simple seringue)
Il est important de souligner que la concentration ne peut ecirctre surveilleacutee directement et que les proprieacuteteacutes observables (mesurables) eacutenumeacutereacutees ci-dessous peuvent servir agrave deacuteterminer la variation de concentration par uniteacute de temps
bull Pression On peut utiliser un manomegravetre pour mesurer une variation de pression lorsqursquoune reacuteaction entraicircne un changement du nombre de moles de gaz On peut suivre la reacuteaction entre le zinc et lrsquoacide aceacutetique en fixant un manomegravetre agrave un vase de reacuteaction contenant un volume connu immergeacute dans un bain agrave tempeacuterature constante
Zn(s) + 2CH3COOH(aq) Zn(aq)2+ + CH3COO(aq)
- + H2(g)
La pression du gaz augmente agrave mesure que le H2(g) se forme
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Une meacutethode plus simple consiste agrave utiliser une seringue agrave gaz pour mesurer la vitesse de reacuteaction Voir le diagramme qui suit
bull Tempeacuterature Pour une reacuteaction exothermique la vitesse de reacuteaction peut ecirctre mesureacutee en fonction de lrsquoaugmentation de la tempeacuterature Pour une reacuteaction endothermique la vitesse de reacuteaction est mesureacutee en fonction de la baisse de tempeacuterature
bull pH On peut utiliser un pH-megravetre pour mesurer la variation de lrsquoaciditeacute par uniteacute de temps Ces donneacutees peuvent ensuite servir agrave deacuteterminer la concentration drsquoions hydrogegravene (ions hydronium) par uniteacute de temps
bull Conductiviteacute On peut placer des eacutelectrodes dans le meacutelange en reacuteaction et utiliser lrsquoaugmentation ou la diminution de la conductiviteacute des produits pour mesurer la vitesse de reacuteaction Cette meacutethode sert habituellement lorsque des reacuteactifs non ioniques forment des produits ioniques
La vitesse de reacuteaction peut ecirctre calculeacutee en trouvant la variation de la quantiteacute de substance produite par uniteacute de temps ou la variation de la disparition drsquoun reacuteactif par uniteacute de temps
vitesse = ∆x∆t (formation drsquoun produit)
vitesse = ∆x∆t (disparition drsquoun reacuteactif)
Les eacutelegraveves peuvent confondre vitesse de reacuteaction et temps de reacuteaction Souligner que la vitesse de reacuteaction deacutecrit un changement en fonction du temps alors que le temps de reacuteaction deacutesigne seulement la dureacutee de la reacuteaction (le temps neacutecessaire pour qursquoelle se produise) Les deux termes sont inversement proportionnels comme le montrent les formules ci-dessus
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bull Couleur Un spectromegravetre peut servir agrave mesurer la concentration drsquoun reacuteactif ou drsquoun produit qui absorbe (ou eacutemet) de la lumiegravere drsquoune eacutetroite gamme de longueurs drsquoonde En voici un exemple
NO(g) + O3(g) O2(g) + NO2(g) Incolore brun rougeacirctre
Des quantiteacutes connues de reacuteactifs sont injecteacutees dans un tube pour eacutechantillons de gaz et la vitesse de production de NO2(g) est mesureacutee par la surveillance de la couleur par uniteacute de temps
En fin Inviter les eacutelegraveves agrave remplir un tableau des connaissances sur la vitesse de reacuteaction (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 99-911)
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Proposer aux eacutelegraveves de faire une entreacutee dans leur carnet scientifique concernant les reacuteactions rapides et lentes et drsquoexpliquer chaque type de vitesse de reacuteaction Voici des exemples de questions agrave poser - Est-ce que toutes les reacuteactions se font agrave la mecircme vitesse- Que signifie laquo vitesse de reacuteaction raquo- Comment peut-on mesurer la vitesse drsquoune reacuteaction- Est-ce qursquoune reacuteaction se produit toujours agrave la mecircme vitesse
2Demander aux eacutelegraveves de fournir des exemples de ce qui suit
bull reacuteactions qui ont des vitesses diffeacuterentesbull reacuteactions qui se produisent agrave diffeacuterentes vitesses dans des conditions diffeacuterentesbull processus qui ne peuvent pas ecirctre controcircleacutesbull processus qui peuvent ecirctre controcircleacutes
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3Proposer aux eacutelegraveves de remplir un cadre de comparaison pour les reacuteactions rapides par rapport aux reacuteactions lentes (voir Lrsquoenseignement des sciences de la nature au secondaire p 1015-1018)
4Pour une reacuteaction donneacutee demander aux eacutelegraveves de preacutedire quelle variable (ou proprieacuteteacute) peut ecirctre plus facilement mesureacutee (surveilleacutee)
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-3-03 mener une expeacuterience pour mesurer la vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee drsquoune reacuteaction chimique
entre autres la vitesse initiale RAG C2
C12-3-04 lier la vitesse de formation drsquoun composeacute agrave la vitesse de disparition drsquoun reacuteactif compte tenu des donneacutees expeacuterimentales sur la vitesse et la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction
entre autres le traitement descriptif agrave lrsquoeacutechelle particulaire RAG D3 D4
C12-0-S5 enregistrer organiser et preacutesenter des donneacutees et des observations au moyen drsquoun format approprieacute
par exemple des diagrammes eacutetiqueteacutes des graphiques des applications multimeacutedias des logiciels des sondes
RAG C2 C5
C12-0-S6 estimer et mesurer avec exactitude en utilisant des uniteacutes du Systegraveme international (SI) ou drsquoautres uniteacutes standard
entre autres les conversions SI les chiffres significatifs RAG C2
C12-0-S7 interpreacuteter des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte Les eacutelegraveves ont eacutetudieacute la stœchiomeacutetrie des reacuteactions chimiques au regroupement 3 du cours de chimie de 11e anneacutee
Proposer aux eacutelegraveves de compleacuteter lrsquoactiviteacute deacutecrite agrave lrsquoannexe 3
Bloc B La vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee
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En quecircte
Activiteacute de laboratoire ndash mesure de la vitesse de reacuteactionProposer aux eacutelegraveves de reacutealiser une expeacuterience de laboratoire pour mesurer la variation de la masse de carbonate de calcium agrave mesure que le composeacute reacuteagit avec une solution 3 molL drsquoacide chlorhydrique (voir lrsquoannexe 4 ou lrsquoannexe 5) Agrave partir de donneacutees calculeacutees ou de celles qui sont preacutesenteacutees agrave lrsquoannexe proposer aux eacutelegraveves de calculer la vitesse moyenne et la vitesse instantaneacutee drsquoune reacuteaction
Leur suggeacuterer drsquoutiliser une analyse graphique en ajoutant les donneacutees au diagramme et en deacuteterminant la vitesse instantaneacutee au temps = 0 (vitesse initiale) et agrave drsquoautres temps Proposer aux eacutelegraveves de comparer les vitesses et drsquoeacutemettre une hypothegravese sur les raisons expliquant ces variations de vitesse
La vitesse moyenne drsquoune reacuteaction deacutepend de lrsquointervalle de temps choisi Elle est geacuteneacuteralement calculeacutee en divisant la quantiteacute totale de substance disparue (ou produite) par le temps (dureacutee totale) de la reacuteaction Voir le graphique ci-dessous et lrsquoexemple de calcul
vitesse moyenne = variation de la quantiteacute de substance A
intervalle de temps =
30 g - 10 g - 0 min
= 4 gmin5 min
La vitesse instantaneacutee correspond agrave la vitesse de reacuteaction agrave un moment preacutecis de la reacuteaction Pour calculer cette vitesse il faut tracer une tangente au point preacutecis sur le graphique (moment preacutecis) et calculer ensuite la pente de cette droite
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Voir le graphique et lrsquoexemple de calcul pour deacuteterminer la vitesse instantaneacutee agrave 1 minute
Simulation ndash vitesse de reacuteactionLa simulation preacutesenteacutee sur le site laquo vitesse volumique de reacuteaction raquo httpwwwlabolyceeorganimsvit_reactionswf permet aux eacutelegraveves de deacuteterminer la vitesse de reacuteaction agrave un moment donneacute
Analyse de donneacuteesSi les eacutelegraveves ont besoin de pratique additionnelle leur suggeacuterer de tracer des exemples de graphiques illustrant des donneacutees preacutecises Consulter les annexes 6 et 8 ougrave lrsquoon propose deux exercices pouvant convenir agrave cette fin Les corrigeacutes figurent aux annexes 7 et 9 Agrave partir des donneacutees sur le graphique leur demander de calculer la vitesse moyenne et de deacuteterminer les vitesses instantaneacutees Les inviter aussi agrave comparer les vitesses et agrave deacutecouvrir que le taux de disparition de chaque reacuteactif et de formation de chaque produit est lieacute agrave la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction
pente = variation de la quantiteacute de substance A
intervalle de temps =
25 g - 0 g5 - 0 min
= 5 g min agrave t = 1 minute min
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Enseignement direct ndash vitesse de reacuteaction et stœchiomeacutetriePreacutesenter ce concept avec prudence Utiliser les diagrammes de moleacutecules pour faire comprendre aux eacutelegraveves la vitesse de reacuteaction agrave lrsquoeacutechelle particulaire
Pour la reacuteaction N2 + 3H2 ⟶ 2NH3 le coefficient devant la substance deacutetermine la vitesse de disparition ou de production de cette substance si la vitesse initiale de disparition de N2 est connue
Agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire cette reacuteaction serait exprimeacutee comme suit
Faire remarquer aux eacutelegraveves que pour chaque moleacutecule de N2 utiliseacutee trois moleacutecules de H2 disparaissent Cela signifie que la vitesse de disparition de H2 eacutequivaut agrave trois fois la vitesse de disparition de N2 En outre la vitesse de production de moleacutecules de NH3 eacutequivaut agrave deux fois la vitesse de disparition de N2
Ainsi selon lrsquoeacutequation chimique eacutequilibreacutee la vitesse de disparition de H2 = 3x (triple de la vitesse de disparition de N2) alors que la vitesse de production de NH3 = 2x (double de la vitesse de disparition de N2)
On peut exprimer cette reacuteaction autrement en affirmant que la vitesse de disparition (ou drsquoutilisation) de N2 est trois fois plus faible que la vitesse de disparition de H2 et qursquoelle eacutequivaut agrave la moitieacute de la vitesse de production de NH3
Si la vitesse de reacuteaction drsquoune des espegraveces est connue la vitesse de reacuteaction des autres espegraveces peut ecirctre deacutetermineacutee agrave partir de la stœchiomeacutetrie de la reacuteaction
La vitesse de disparition de lrsquoazote est exprimeacutee comme suit
Vitesse de reacuteaction =
-∆[N2]
∆t
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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Donc la formule ci-dessous est vraie Vitesse de reacuteaction =
-∆[N2] = - 1 ∆[H2] =
1 ∆[NH3]
∆t 3 ∆t 2 ∆t
Exemple de problegraveme
Pour la reacuteaction N2 + 3H2 ⟶ 2NH3 si lrsquohydrogegravene reacuteagit agrave une vitesse de 15 molLs quelle est la vitesse de formation de lrsquoammoniac
Solution On peut calculer la vitesse de la mecircme faccedilon qursquoavec la stœchiomeacutetrie pour deacuteterminer lenombre de moles de produit formeacute Il srsquoagit drsquoutiliser le rapport des coefficients pour deacuteterminer le rapport entre les vitesses
En fin
Proposer aux eacutelegraveves de dessiner ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire lorsqursquoun reacuteactif est utiliseacute et qursquoun produit est formeacute au cours drsquoune reacuteaction chimique
Strateacutegies drsquoeacutevaluation suggeacutereacutees
1Eacutevaluer les habileteacutes de laboratoire des eacutelegraveves agrave lrsquoaide des annexes 8 et 9 du regroupement 1
2Demander aux eacutelegraveves de reacutesoudre des problegravemes sur des donneacutees expeacuterimentales de vitesse et sur la stœchiomeacutetrie de reacuteactions (voir lrsquoannexe 10) Les reacuteponses se trouvent agrave lrsquoannexe 11
vitesse de production de NH3 = 15 s H22NH3
3H2
= 10 NH3
( (
molL
molL
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Lrsquoeacutelegraveve sera apte agrave
C12-3-05 mener une expeacuterience pour deacuteterminer des facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique
entre autres la nature des reacuteactifs la surface de contact la concentration la pression le volume la tempeacuterature la preacutesence drsquoun catalyseur RAG C2
C12-3-06 utiliser la theacuteorie des collisions pour expliquer les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique
entre autres lrsquoeacutenergie drsquoactivation lrsquoorientation des moleacutecules RAG D3 D4
C12-0-S2 eacutenoncer une hypothegravese ou une preacutediction baseacutee sur des donneacutees existantes ou sur des eacuteveacutenements observeacutes
RAG C2
C12-0-S3 planifier une expeacuterience afin de reacutepondre agrave une question scientifique preacutecise entre autres preacuteciser le mateacuteriel neacutecessaire deacuteterminer les variables
deacutependantes indeacutependantes et controcircleacutees preacuteciser les meacutethodes et les mesures de seacutecuriteacute agrave suivre
RAG C1 C2
C12-0-S4 seacutelectionner et employer lrsquoeacutequipement scientifique de faccedilon approprieacutee et seacutecuritaire
par exemple la verrerie jaugeacutee la balance le thermomegravetre RAG C1 C2
C12-0-S6 estimer et mesurer avec exactitude en utilisant des uniteacutes du Systegraveme international (SI) ou drsquoautres uniteacutes standard
entre autres les conversions SI les chiffres significatifs RAG C2
C12-0-S7 reconnaicirctre des reacutegulariteacutes et des tendances dans les donneacutees en infeacuterer et en expliquer des relations
RAG C2 C5
Bloc C Les facteurs influant sur la vitesse drsquoune reacuteaction chimique
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C12-0-S9 tirer une conclusion fondeacutee sur lrsquoanalyse et lrsquointerpreacutetation des donneacutees entre autres expliquer les relations de cause agrave effet deacuteterminer drsquoautres
explications appuyer ou rejeter une hypothegravese ou une preacutediction RAG C2 C5 C8
Strateacutegies drsquoenseignement suggeacutereacutees
En tecircte
Inviter les eacutelegraveves agrave se pencher sur les questions suivantes
- On place un morceau de magneacutesium dans une solution drsquoacide chlorhydrique 1 molL On place ensuite un morceau de magneacutesium dans une solution drsquoacide chlorhydrique 6 molL Quelle reacuteaction se deacuteroulera plus rapidement Pourquoi Qursquoest-ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire pour expliquer cette augmentation de vitesse
- On fait reacuteagir du monoxyde drsquoazote avec de lrsquohydrogegravene afin de produire du monoxyde de diazote et de lrsquoeau Si lrsquoon provoque cette reacuteaction agrave 25 et ensuite agrave 100 dans laquelle de ces deux conditions sera-t-elle plus rapide Pourquoi Qursquoest-ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire pour expliquer cette diffeacuterence de vitesse - On place un morceau de magneacutesium dans une solution drsquoacide chlorhydrique On reacutepegravete cette manipulation mais cette fois avec du magneacutesium en poudre Quelle reacuteaction sera plus rapide Pourquoi Qursquoest-ce qui se produit agrave lrsquoeacutechelle moleacuteculaire pour expliquer cette diffeacuterence de vitesse
En quecircte
Enseignement direct ndash la theacuteorie des collisionsPreacutesenter la laquo theacuteorie de la collision raquo dans les reacuteactions chimiques aux eacutelegraveves (voir Chimie 11-12 p 524-526 Chimie 12 p 289-296 ou Chimie 12 STSE p 365-366) Selon cette theacuteorie pour qursquoune reacuteaction chimique se produise les particules de reacuteactif doivent entrer en collision Srsquoil nrsquoy a pas de collision entre les particules il nrsquoy a pas de reacuteaction Toutefois il nrsquoy a pas neacutecessairement de reacuteaction chimique chaque fois qursquoil y a collision Les particules de reacuteactif doivent entrer en collision mais avec une eacutenergie cineacutetique suffisante (appeleacutee lrsquoeacutenergie drsquoactivation) et selon une orientation favorable Lrsquoeacutenergie drsquoactivation est deacutefinie comme la quantiteacute minimale drsquoeacutenergie cineacutetique neacutecessaire pour que les collisions entre les particules soient efficaces crsquoest-agrave-dire qursquoelles provoquent une reacuteaction chimique
LA CINEacuteTIQUE Chimie12e anneacutee
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Exemples
Lrsquoorientation de la moleacutecule de monoxyde drsquoazote ci-dessous ne favorisera PROBABLEMENT PAS une reacuteaction
Lrsquoorientation de la moleacutecule drsquoazote ci-dessous favorisera PROBABLEMENT une reacuteaction
Animationsbull Lrsquoune des animations preacutesenteacutees dans le site ci-dessous montre lrsquoorientation favorable
des moleacutecules au moment de la collision la reacuteaction eacutetant O3 + NO ⟶ NO2 + O2 Pour seacuteparer la moleacutecule drsquoozone O3 lrsquoatome drsquoazote de la moleacutecule de monoxyde drsquoazote doit entrer en collision avec le bon angle et une eacutenergie suffisante pour provoquer la reacuteaction chimique httpgroupchemiastateeduGreenbowesectionsprojectfoldersimDownloadindex4html (site en anglais)
bull Le site ci-dessous montre lrsquoorientation favorable des moleacutecules au moment de la collision la reacuteaction eacutetant H2 + C2H4 ⟶ C2H6 httpueluniscielfrchimiecinetcinet_ch05coapprendre_ch5_04html
bull Lrsquoanimation preacutesenteacutee sur le site ci-dessous permet drsquoexplorer des facteurs influenccedilant la vitesse de reacuteaction par exemple la concentration lrsquoeacutenergie drsquoactivation et lrsquoorientation des moleacutecules httpphetcoloradoedufrsimulationreactions-and-rates
Activiteacutes de laboratoireAmener les eacutelegraveves agrave deacutecouvrir drsquoun point de vue qualitatif les facteurs qui influent sur la vitesse drsquoune reacuteaction plutocirct que de reacutealiser un laboratoire de veacuterification Il nrsquoest pas neacutecessaire que les eacutelegraveves fassent toutes les activiteacutes indiqueacutees Lrsquoenseignant peut choisir de faire plus drsquoune activiteacute si le temps le permet Choisir les activiteacutes approprieacutees compte tenu du niveau de connaissances des eacutelegraveves
LA CINEacuteTIQUEChimie12e anneacutee
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bull Lrsquoeacutetude des vitesses de reacuteaction (voir Chimie 12 p 274)La premiegravere partie de cette activiteacute porte sur lrsquoeffet de la concentration dans une reacuteactionchimique Faire reacuteagir du bicarbonate de sodium avec des solutions de vinaigre de diffeacuterentes concentrations Inscrire le temps neacutecessaire pour que lrsquoeacuteprouvette soit remplie de dioxyde de carbone Calculer la vitesse de reacuteaction moyenne en mLs pour chaque essai
La deuxiegraveme partie illustre lrsquoeffet de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction avec les mecircmes reacuteactifs que dans la partie 1 soit le bicarbonate de sodium et le vinaigre Un gramme de NaHCO3 reacuteagit avec 100 mL de vinaigre mais les deux reacuteactifs doivent ecirctre agrave 10 degC avant drsquoecirctre combineacutes Reacutepeacuteter lrsquoessai mais avec les deux reacuteactifs agrave environ 10 degC de plus que la tempeacuterature ambiante
Enfin la troisiegraveme partie de lrsquoactiviteacute illustre lrsquoeffet des reacuteactifs et de la surface de contact sur la vitesse de reacuteaction Utiliser le carbonate de calcium en poudre au lieu du bicarbonate
de sodium faire reacuteagir CaCO3 avec 100 mL de vinaigre Noter le temps neacutecessaire pour remplir lrsquoeacuteprouvette de dioxyde de carbone Calculer la vitesse de reacuteaction moyenne en mLs pour lrsquoessai Reacutepeacuteter lrsquoessai mais cette fois utiliser 1 g de CaCO3 au lieu du carbonate de calcium en poudre
Demander aux eacutelegraveves de commenter les effets de chaque facteur sur la vitesse de reacuteactionSi les eacutelegraveves nrsquoont pas compris lrsquoeffet des facteurs dans leurs essais faire des deacutemonstrations Au cours drsquoune discussion suivant le laboratoire inviter les eacutelegraveves agrave expliquer leurs observations par rapport agrave la theacuteorie des collisions
bull Lrsquoeacutetude des vitesses de reacuteaction (voir Chimie 12 STSE p 388) Cette activiteacute permet aux eacutelegraveves drsquoeacutelaborer leur propre marche agrave suivre afin drsquoidentifier les facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction
bull Capter des bulles de gaz (concentration tempeacuterature surface de contact) (voir lrsquoannexe 12)
Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 13 Cette activiteacute permet aux eacutelegraveves drsquoeacutelaborer leur propre marche agrave suivre afin drsquoeacutetudier la reacuteaction entre le carbonate de calcium et lrsquoacide chlorhydrique
bull Les facteurs influant sur la vitesse de reacuteaction (concentration tempeacuterature) (voir lrsquoannexe 14)
Des renseignements pour lrsquoenseignant figurent agrave lrsquoannexe 15 Cette activiteacute est adapteacutee de lrsquoexpeacuterience classique appeleacutee laquo reacuteaction de lrsquohorloge agrave lrsquoiode raquo On fait reacuteagir un excegraves drsquoiode avec de lrsquoamidon pour obtenir un produit bleu-noir lorsque la reacuteaction est termineacutee Cette activiteacute de laboratoire permettra aux eacutelegraveves drsquoeacutetudier les effets de la concentration et de la tempeacuterature sur la vitesse de reacuteaction Agrave la partie A les eacutelegraveves font varier la concentration drsquoun des reacuteactifs et mesurent le temps neacutecessaire pour que le changement de couleur se manifeste