STAGE « Réaction chimique » 16 mars 2005 Lycée Jacques Cartier - Saint-Malo

STAGE DE CHIMIE 16 mars 2005 Lycée Jacques Cartier - Saint-Malo Menu 1 Présentation de la journée 2 Quelques repères à travers les niveaux 3 Un test instructif ? 4 Vers le tableau d'avancement Réaction / Equation Aspect quantitatif Vision microscopique Tests d'identification La mesure en chimie Test posé en 3ème et en 1ère S Résultats en 3ème Résultats en 1ère S Fichier excel (élève) Fichier excel (prof.)

Lycée Jacques Cartier - Saint-Malo Menu a Introduction - Présentation Intitulé du stage - Problématique c Des transitions délicates : bilan et estimation > Déroulement de la journée d Groupes : Echanges / Propositions ef Conclusion et perspectives 9h00 10h00 9h30 14h00 Repas 12h15 16h30 STAGE DE CHIMIE 16 mars 2005 Introduction de l'avancement : Aspect expérimental / Apport de la simulation

- objectifs, modalités, souhaits, organisation... Introduction et présentation - site du stage site académique

« La réaction chimique de la fin du collège à la terminale : mise en cohérence, articulations, difficultés rencontrées et propositions de solutions » Remarque : La notion de « continuité » est fondamentale dans notre démarche pédagogique pour permettre à l’élève de progresser durablement. Intitulé du stage STAGE DE CHIMIE 16 mars 2005

(1) Quelle continuité faire apparaître entre les différents niveaux en tenant compte des exigences des programmes et des connaissances réelles acquises par les élèves ? > Mais plus encore... Intitulé du stage (2) Quelles solutions apporter aux problèmes rencontrés par les élèves autour du thème de la réaction chimique selon les exigences propres à chaque niveau ? (3) Sur quelle(s) partie(s) du programme serait-il souhaitable (et possible) d’insister pour préparer les élèves à ce qui les attend l’année suivante (et plus tard) ?

Les transitions délicates Il est double : Comment anticiper sur l’attente des classes supérieures ? Comment réagir par rapport au passé de l’élève ? Pistes de travail :  Pour chaque niveau, classer les difficultés et réfléchir à l’attitude à adopter  Mettre en relation les différentes notions à travers les programmes afin de mettre en cohérence les différentes pratiques pédagogiques > Enjeu STAGE DE CHIMIE 16 mars 2005

Les transitions délicates Du collège au lycée De la seconde à la première S > Lesquelles ?

Les transitions délicates  la seconde : avant tout une classe de détermination donc un public hétérogène dans ses aptitudes et ses projets  la première S : (trop souvent) la découverte des exigences des études scientifiques De la seconde à la première S : Le grand écart > Détail

La transition est moins délicate au niveau du contenu des programmes. La difficulté vient plus de nos différences d’approche et d’exigences. Besoin de mise en commun et de dialogue... Les transitions délicates Du collège au lycée : Deux perceptions De la seconde à la première S : Le grand écart > Détail

 Ceux du lycée : A votre avis que savent les élèves venant du collège ? Un petit test… Les transitions délicates Transition collège – lycée : > Bilan et estimation  Ceux du collège : Que savent vraiment les élèves en sortant du collège ? Votre avis nous intéresse... bilan.doc estimation.doc > Bilan et estimation bilan_dol.doc

5ème Repères 4ème > Réaction / équation chimique (1/2) Changements d'état (transforma-tions physiques) Notion de “particules” (états phys.) Dissolution / Mélanges 3ème Ecriture des premières équations : com-bustion du carbone, celle du méthane,... Conservation des atomes et conserva-tion de la masse (loi de Lavoisier) Propriétés de l'air (y compris microscopiques) Oxydations des métaux / Diverses com-bustions Réactions entre métaux et acides : équa-tions avec des ions Constitution simplifiée de l'atome 2nde Constitution de l'atome, molécules, classification des éléments Notion d'espèce chimique, (état physique), extraction, miscibilité, solution 2ème trim. : conservation des éléments 3ème trim. : transformation chimique et aspect quantitatif (mole, avancement,...) Remarques : Synthèse (1er trimestre) + réalisation de diverses réactions sans réelle étude théorique (2 nd trimestre en TP)

Repères > Réaction / équation chimique (2/2) 2nde Constitution de l'atome, molécules, classification des éléments Notion d'espèce chimique, (état physique), extraction, miscibilité, solution Dernier trimestre : transformation chimi-que, conservation des éléments, aspect quantitatif (mole, avancement,...) Remarques : Synthèse (1er trimestre) + réalisation de diverses réactions sans réelle étude théorique (2 nd trimestre en TP) 1 S Constitution des solides ioniques et étude de leur dissolution Rappel sur la constitution de la matière (interactions fondamen-tales) Approfondissement des notions de 2nde Réactions acide-base et redox + dosages Chimie organique : combustions, oxyda-tions des alcools Transformation chimique et énergie (fin) T S Réactions nucléaires Approfonsissements : acide-base, redox, dosages, chimie organique Questions donnant de la cohérence au programme de lycée : Lente ou rapide ? ( cinétique, lien avec x ) Totale ou limitée ? ( x max ; x éq ;  ) Spontanée ou forcée ? ( Q r, i et K = Q r, éq )Contrôlée ou pas ? ( synthèse ; catal yse )

Repères > Vision microscopique (1/2) - Conservation et réarrangement des atomes lors d'une réaction chimique - Notion de molécules et d'atomes ; (structure du carbone) - Constitution simplifiée de l'atome : noyau (+), électrons (-), neutre - Notion d'ion et de solutions ioniques (électroneutralité) - Règle de l'octet : formations des molécules et des ions monoatomiques - Réaction : Conservation des éléments (et non des atomes) ; échange des électrons périphériques 5ème 4ème 3ème 2nde Notion de « particules » ( = grains de matière ) pour distinguer les différents états physiques - Electricité : on parle d'électrons - Equation (souvent avec « ions spectateurs ») : Conservation charge totale - Constitution plus complète de l'atome : noyau (protons / neutrons), nuage électronique (électrons / répartition en couches), isotopes - Géométrie des molécules

Repères > Vision microscopique (2/2) - Règle de l'octet : formations des molécules et des ions monoatomiques - Réaction : Conservation des éléments (et non des atomes) ; échange des électrons périphériques 2nde - Constitution plus complète de l'atome : noyau (protons / neutrons), nuage électronique (électrons / répartition en couches), isotopes - Géométrie des molécules - Interactions fondamentales : Rappel sur la constitution de la matière ; électrostatique (interprétation en terme d'interaction entre charges) - Cristal ionique : structure et forces en jeu ; solutions ioniques (solvation) - Interprétation de la réaction chimique en terme de chocs efficaces (cinétique) - Modélisation d'un état d'équilibre dynamique en termes de cinétique 1 S T S - Ecriture des couples acide-base ou oxydant-réducteur : mise en évidence de l'échange d'un H + ou d'électrons - Pile / Electrolyse : Déplacement des porteurs de charge - Chaîne carbonée en chimie organique : diverses écritures, comparaisons...

5ème Repères Terminale S Seconde En relation plus ou moins avec les SVT : test de l'eau, test du dioxyde de carbone, ( pH ) Utilisation des tests d'identification des ions métalliques Nouveauté : identification des principales fonctions organiques Idem ; le lien entre pH et « H 3 O + » est vu Première S > Tests d'identification 4ème Test du dioxygène (à travers l'étude de l'air et des combustions) 3ème - Tests de quelques ions métalliques : Cu 2+, Al 3+, Fe 3+, Fe 2+, Zn 2+ - Tests d'ions présents dans l'acide chlorhydrique : H + (pH), Cl - - Test du dihydrogène (produit de l'action des acides sur les métaux) « Révisions » des tests vus au collège en SPC ou SVT : Tests de l'eau, du dixoyde de carbone, de l'amidon, du glucose, ( pH ) NB : Confusion très courante entre réaction étudiée et tests pour identifier les réactifs et les produits de cette réaction

Collège Aspect peu abordé Repères Terminale S Seconde Loi de lavoisier (4ème - 3ème) Concentration massique (5ème) Observations. Ex : le charbon brûle plus dans O 2 que dans l'air Les début réels Mole, volume molaire, concentration molaire, dissolution et dilution 1er bilan de matière à l'aide d'un tableau Détermination d'une solution inconnue à l'aide d'une échelle de teinte La mesure en chimie est centre du programme Dosages par différentes techniques Utilisation courante du tableau d'avancement Prolongement et accentuation de l'aspect calculatoire D'autres techniques de dosages Utilisation étendue du tableau d'avancement Première S > Aspect quantitatif

Collège Quelques mesures dispersées Repères Terminale S Seconde Mesures de pH : papier (5ème - 3ème) Masses et volumes (dès 5ème) Expérience de la rouille : volumes (3ème) Dernier trimestre avec l'introduction de l'aspect quantitatif Masses, volumes,... à la suite du collège Autres : concentration (échelle de teinte),... La mesure en chimie est centre du programme Toutes les techniques mises en place ont pour but d'accéder à la mesure de concentrations ou des grandeurs directement liées Suite avec une utilisation plus poussée des mesures Par exemple, la mesure permet d'accéder à l'avancement à l'équilibre afin de le comparer à l'avancement maximal (calculé) Première S NB : La mesure physique est centrale au 1er trim. : mise en place des outils mathéma. > Mesure en chimie

Travail en groupes Objectifs: - se pencher sur un thème, bien ciblé, en ayant un regard « vertical » - proposer une réponse la plus adaptée possible, envisager une démarche un peu nouvelle ou construire une progression favorisant la transition entre niveaux 2006 travail_groupes.doc > introduction Se rassembler en groupes de 2 à 4 personnes autour d'un thème commun à tous en tenant des transitions mises en évidence ex : collègues du collège et collègues de seconde ou un collègue de seconde, un autre de 1S et un autre de TS

Travail en groupes Ajustibrer une équation-chilan !? > idées de thèmes La flèche, ça m'est égal !? En 1S, [NaHO]... quelle horreur ! En TS, [NaHO] = 0... possible ? L'état initial, un état « artificiel » ? La notion de “transformation chimique” : Un embarras ? Une aide ? Qu'est-ce qui se conserve lors d'une transformation? Ecrire la « formule d'une solution » 1 mot – 2 sens 2 mots – 1 sens Des ions spectateurs dans l'équation ! H+H+ Métal sur acide à travers la scolarité Qu'apporte une modélisation à l'échelle microscopique ? La question de l'équilibre chimique Simulons pour faire comprendre ! Dissolution à tous les niveaux

L'avancement x ? L’avancement ! Une nouvelle notion, centrale au lycée > Introduction du travail “ Vers le tableau d'avancement ” (fichier excel) Réalisation faisant suite à une idée émise l'année dernière Travail en groupes : Réfléchir sur la manière d’amener et d’expliciter l’avancement par un TP ou une simulation L'avancement vu dans le supérieur

L'avancement x ? L’avancement ! Une nouvelle notion, centrale au lycée Objectif Réfléchir sur la manière d’amener et d’expliciter l’avancement par un TP ou une simulation. Point de départ : Un TP classique tp_avancement.doc > TP / Simulation

L'avancement x ? > Dans le supérieur Différentes écritures d'une réaction chimique Extrait du site : « Université en ligne »

L'avancement Pour une réaction écrite sous la forme  i X i = 0, l'avancement de réaction  se définit de façon différentielle : d  = dn i / i où n i représente la quantité de matière du constituant i et i le coefficient stoechiométrique correspondant.  s'exprime en mol puisqu'un coefficient stoechiométrique est sans dimension et que la mole est l'unité de quantité de matière. > TP / Simulation x ?Définition de l'avancement de réaction Extrait du site : « Université en ligne »

L'avancement Nombre sans dimension représentant la fraction de réactifs ayant réagi par rapport à celle qui aurait disparu si la réaction était totale : x =  /  max Remarque : Ce taux d'avancement peut être différent du taux de conversion relatif lui à chacun des réactifs. Exemple : Le taux de conversion du réactif A est égal au rapport du nombre de moles de A restant sur le nombre de moles de A initialement présentes. On écrit :  A = (n° A - n A ) / n° A > TP / Simulation x ?Taux d'avancement de réaction Extrait du site : « Université en ligne »

FIN AUTEURS : Christian GUITARD Gaston NOUVEL