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Animation sur les réactions chimiques
L'eau, une molécule polaire
La dissociation
La précipitation
La neutralisation et la titration
Figurines magnétiques
construction de molécules à partir d'ions
Travail MAV
Mai 1999
Murielle Caillet Dayer
Modélisation de trois réactions chimiques.
La dissociation, la précipitation, la neutralisation
Auteur
Travail MAV 1999
Murielle Caillet Dayer
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Objectifs
• De manière individuelle, l'élève découvre et identifie visuellement les échanges
ioniques dans les réactions.
• Il comprend les réactions chimiques en visualisant la succession des échanges
ioniques. Il mémorise les événements en regardant plusieurs fois l'animation afin
de remplir le questionnaire associé.
• En complétant ce questionnaire, l'élève identifie et décrit les étapes les plus
importantes de la réaction en reformulant les phénomènes. Le questionnaire
guide l'élève afin qu'il identifie, différencie et décrive les ions qui réagissent et
les ions "spectateurs".
• Avec le module de figurines, l'élève apprend à construire des molécules en
manipulant des ions en carton ce qui lui permet de résoudre des équations
chimiques et d'écrire la formule brute des molécules.
Descriptif de la séquence et des modalités
Pour les animations multimédias ( lors de chaque module )
Préparation : réserver la salle d'informatique, installer le logiciel par simple copie
sur les ordinateurs (référence au mode d'emploi du CD-ROM), photocopier le
questionnaire concerné.
Cours :
la réaction chimique choisie est introduite par le biais de
l'expérimentation. Les élèves visualisent ensuite l'animation. Ils remplissent le
questionnaire associé au module de l'animation. Une discussion et une révision en
classe de l'animation sur la base du questionnaire peuvent être effectuées avant de
poursuivre le sujet par des exercices et des laboratoires.
Pour les figurines en carton
Préparation : photocopier sur pages couleur (cations en bleu et anions en rose)
les versions élèves et leur demander de découper les ions pour le cours suivant.
Photocopier les pages explicatives et les exercices.
Cours : ces figurines en cartons peuvent s'utiliser très tôt dans le programme lors
de l'explication de la formule brute. Après une courte introduction, l'élève construit
des molécules neutres en associant le bon nombre de cations et d'anions. Il décrit
ensuite la molécule créée par la formule brute et identifie la notation des
coefficients et l'utilité des éventuelles parenthèses.
Ces figurines peuvent également être données aux élèves en difficulté lors de la
résolution d'équations de réactions chimiques. Elles permettent aux élèves qui
n'arrivent pas à former des molécules neutres d'assimiler la formule brute.
La version maître aimantée a, en plus des particules bleues (cations) et des
particules roses (anions), des pièces jaunes avec les coefficients et les parenthèses
afin de visualiser distinctement la formule brute.
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Evaluation globale
La méthode a été expérimentée en classe avec succès. Les élèves ont montré un
intérêt accru. La participation s'est avérée meilleure et de nombreuses questions
ont été posées tant au niveau du contenu qu'au niveau du logiciel.
L'évaluation de la compréhension des élèves basée sur les réponses aux
questionnaires et de l'épreuve montre une progression des élèves. Cela s'explique
d'une part par une meilleure motivation, d'autre part parce que l'élève est plus
impliqué dans le processus d'apprentissage. Il a la faculté de visionner plusieurs
fois l'animation ce qui améliore aussi la mémorisation.
Finalement, l'animation a été très bien accueillie par les collègues chimistes des
deux écoles de culture générale. Et certains l'utilisent déjà dans leur cours.
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Description des modules et de la modélisation
L'eau, une molécule polaire
Description du module
L'animation "l'eau, une molécule polaire" explique une des propriétés
fondamentales de l'eau, sa polarité. Elle montre que, sous l'influence de la
différence d'électronégativité, les électrons de l'hydrogène ont tendance à graviter
le plus souvent autour de l'oxygène. Il en résulte la formation d'une molécule d'eau
polaire. L'oxygène a deux fractions de charge négative tandis que les deux
hydrogènes ont une fraction de charge positive.
La suite de l'animation montre que l'eau, en tant que liquide, est un équilibre
constant d'attraction et de répulsion entre les molécules.
Cette propriété est essentielle dans la caractéristique chimique de l'eau et permet
d'expliquer le phénomène de dissociation.
Choix de modélisation et limite du modèle
Le modèle choisi respecte l'angle moléculaire de la molécule. Pour des raisons
graphiques, il ne respecte ni la taille des atomes, ni leur couleur. La couleur a été
choisie de sorte à garder les pôles positifs en bleu et les pôles négatifs en rouge.
La dissociation
Description du module
L'objectif de l'animation "la dissociation" est d'expliquer le rôle de la molécule
d'eau (module précédent) dans le phénomène de dissociation.
La première partie présente graphiquement la séparation d'une molécule de
chlorure de sodium sous l'effet des charges électriques de l'eau. L'animation
indique le rôle de l'oxygène sur le sodium et le rôle de l'hydrogène sur le chlore
jusqu'à la rupture de la molécule en deux ions dissociés.
La seconde partie reprend la dissociation du chlorure de sodium et explique le lien
entre la dissociation et l'équation de dissociation.
La troisième partie reprend, à titre d'illustration et de seconde démonstration, la
dissociation du sulfate de sodium. Cette partie permet à l'élève de visualiser la
conservation de la masse (nombre d'atomes) au cours de la dissociation.
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Choix de modélisation et limite du modèle
Le nombre de molécules d'eau intervenant dans la dissociation n'est pas
représentatif de la réalité. Ce nombre varie en fonction de la molécule à dissocier.
Ici le choix a été fait pour des raisons graphiques et de clarté.
La précipitation
Description du module
Le module "la précipitation" montre graphiquement la préparation de deux solutions
en vue d'une réaction de précipitation. Les deux premières parties permettent un
rapide rappel de la réaction de dissociation. Elles permettent également de montrer
que les réactifs doivent être sous forme ionique avant la réaction de précipitation.
La troisième partie démontre la réaction de précipitation avec le mélange des deux
solutions et la réaction des anions hydroxydes avec les cations de cuivre (II). En
conclusion, un lien est réalisé avec l'équation chimique de la précipitation.
Choix de modélisation et limite du modèle
Comme dans les autres animations, le modèle choisi ne tient pas compte des tailles
et couleurs des ions mis en jeu dans la réaction.
La solution est par contre équilibrée dans le nombre d’ions mis en jeu de sorte à
respecter la neutralité.
Un complément à cette partie pourrait être réalisé en introduisant des notions
quantitatives dans la réaction afin de montrer le rôle d'un manque ou d'un excès
d'un des réactifs lors des analyses gravimétriques.
La neutralisation
Description de la première partie : la neutralisation.
Dans la partie de "la neutralisation", on montre la réaction de neutralisation. Ici les
solutions sont supposées connues. L'animation se concentre sur la réaction des
ions hydroxydes avec les protons. On utilise un artifice graphique pour faire
disparaître les molécules d'eau dans la solution, car les molécules créées sont
"perdues" dans la grande quantité d'eau déjà présente. A la fin de la réaction, il ne
reste que des ions chlorure et sodium dans de l'eau.
Choix de modélisation et limite du modèle
La partie sur la neutralisation se concentre sur la réaction de neutralisation avec la
formation d'eau. L'animation en question ne montre pas les aspects quantitatifs de
cette réaction, expliquée dans la partie suivante sur la titration.
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Description de la deuxième partie : la titration
L'animation sur la titration représente une installation de laboratoire couramment
utilisée lors des titrations. Cette partie permet à l'élève de voir les réactions
ioniques au cours de la réaction et de découvrir avant l'équilibre, à l'équilibre et
après l'équilibre les ions présents dans la solution.
Choix de modélisation et limite du modèle
Le modèle tient compte de l'augmentation volumique de la solution au cours de la
titration.
Une goutte n'est représentée que par une molécule pour des raisons graphiques et
visuelles.
Les couleurs utilisées pour le bleu de bromothymol au cours de la titration sont
indicatives, car le choix de couleurs est limité par le biais de l'application utilisée.
Les c ouleurs sont néanmoins respectées dans les grandes lignes.
Figurines en carton
Description du module des figurines en carton
Ces figurines ont été créées afin de permettre aux élèves de mieux construire des
molécules neutres à partir d'ions. Les élèves peuvent ainsi saisir l'équilibre des
charges nécessaires à la création d'une molécule qui n'est pas liée à l'équilibre du
nombre de cations et d'anions. Ces figurines permettent également d'expliquer le
rôle des coefficients et des parenthèses dans la notation de la formule brute.
Afin de respecter une certaine unité avec l'animation les cations sont en bleus et les
anions sont en roses.
La version "élève" comprend 4 sortes d'anions et 4 sortes de cations. Vu l'intérêt
des élèves à conserver ces figurines, une version sur papier simple de couleur est
proposée. Les élèves doivent découper les ions sur le cercle externe. Il reste
quelques ions libres afin de compléter ce modèle par d'autres ions nécessaires à la
résolution d'autres exercices. Il est également possible d'ajouter des ions au dos
des ions déjà découpés.
La version pour l'enseignant comprend les mêmes ions que les élèves. Les
sources afin de reproduire les ions facilement se trouvent sur le CD-ROM. Cette
version comprend également les mêmes ions sans les charges ce qui permet de
noter la formule brute. Les coefficients et les parenthèses nécessaires sont en
jaune afin de mieux les visualiser dans la formule brute.
Un questionnaire pour les élèves sert de guide dans cette démarche.
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