Que dit le programme?
Préambule
Situation initiale: étude de quelques boissons
Problème 1: Comment séparer les constituants d'un mélange hétérogène?
Problème 2: Comment séparer les constituants d'un mélange homogène?
Problème 3: Quel est donc le gaz des boissons pétillantes?
Formulaire
Cette page reproduit les travaux que j'ai pu réaliser avec mes élèves de 5ème ou de 4ème. Elles sont libres de droit et vous pouvez les utiliser comme bon vous semble. Par contre , je serai heureux, ami visiteur, si vous m'adressez un petit bonjour par mail et si vous me faîtes connaître vos commentaires et vos idées.
Que dit le programme ?
Comment obtenir de l'eau "limpide"?
Une eau limpide est-elle une eau pure?
* Filtration d'une suspension d'eau boueuse
* Décantation ou centrifugation, filtration et distillation d'une boisson (jus d'orange, thé, café...)
* Dégazage d'une "eau gazeuse"
* Recueillir le dioxyde de carbone ^présent dans une boisson et l'identifier par le test de l'eau de chaux (préparée éventuellement par les élèves à l'aide de la chaux éteinte).
* Chromatographie de colorants alimentaires dans une boisson ou un sirop homogène.
* Obtention d'un résidu solide par évaporation d'une eau minérale
* Mesure du pH de quelques boissons.
Milieux homogènes, hétérogènes. Mélange. Corps pur.
Essai de séparation de quelques constituants d'une eau brute ou de plusieurs boissons.
Existence des gaz, leur matérialité
Le test à l'eau de chaux, élément de la carte d'identité du dioxyde de carbone.
Les eaux mélanges homogènes .
Les boissons contiennent d'autres composés que l'eau
Présence dans une eau minérale de substances autres que l'eau
Le caractère acide d'une eau peut se carctériser par une grandeur, le pH, associée à la présence dans l'eau d'autres substances.
Réaliser et décrire une décantation, ou une filtration, ou une distillation.
Faire la distinction entre un mélange homogène et un mélange hétérogène.
Donner des éléments de la carte d'identité du dioxyde de carbone.
Illustrer par des exemples le fait que: l'apparence homogène d'une substance ne suffit pas pour savoir si un corps est pur ou non.
Classer des solutions ou des boisons suivant leur "acidité"
Préambule:
Commentaires: J'ai donné "L'eau et les boissons" comme titre à cette partie car elle me parait un bon point de départ , puis un bon support d'activités pour la découverte des contenus et des notions de cette partie du programme. Cela ne m'empêche pas de sortir quelquefois de ce cadre et d'utiliser parfois l'eau de mer comme autre support d'activités.
Pour démarrer je présente aux élèves une douzaine de boisssons connues et variées. Par 3 activités, nous précisons la notion de mélange, corps pur etc. Tout cela pour arriver au problème suivant: Comment analyser une boisson en isolant ses différents constituants?
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Situation initiale: Etude de quelques boissons
Activité n°1: un peu de classement.
Matériel collectif: 12 bouteilles de boissons ou liquides courants, mises bien en évidence à la vue de tous. Contrex, Perrier, Eau de source, Jus de pommes, Thé glacé, Coca-cola, Orangina, Schweps, Pulco citron, Eau déminéralisée, Limonade, Jus d'ananas
Travail individuel: Classer ces boissons en deux catégories en donnant le titre de chaque catégorie.
Résultats obtenus:
Ils sont différents suivant les élèves. La mise en commun permet de mettre en évidence les différences entre ces liquides:
- gazeux et non gazeux
- incolores et colorés
- avec dépot et sans dépot
- sucrés et non sucrés
- saveur piquante ou non piquante
Activité n°2: attention à l'étiquette
Matériel pour un petit groupe: une des 12 bouteilles de boissons ou liquides courants de l'activité n°1
Travail à réaliser: lire l'étiquette de la bouteille et relever la liste des ingrédients qui constituent la boisson.
Mise en commun: Les boissons peuvent contenir en plus de l'eau, du sucre, du gaz, du jus de fruits, des colorants , des minéraux ou ions, etc... Certaines boissons ont un pH.
Activité n°3: à chacun sa définition.
Activité documentaire à faire à la maison ou au CDI:
Donner une définition des mots suivants: mélange, corps pur, homogène, hétérogène, acide.
Qu'est-ce qu'une eau pure? Comment la rendre pure?
Mise en commun: elle permet de donner une définition de chacun des mots et d'en donner des exemples pris dans les boissons observées.
Corps pur: il est formé d'un seul constituant
Mélange : il est formé de plusieurs contituants
Hétérogène: Mélange dont on voit plusieurs constituants à l'oeil nu.
Homogène: Mélange dans lequel on voit un seul constituant à l'oeil nu.
Boisson acide: Boisson dont la saveur est piquante.
Le débat sur l'eau pure permet de distinguer l'eau ne contenant pas d'impuretés du corps pur constitué d'une seule matière.
Bilan:
Les boissons sont donc des mélanges dont les ingrédients varient d'une boisson à l'autre.
Pour connaître bien une boisson,il est nécessaire d'en séparerles constituants pour les observer et les étudier. C'est le problème à résoudre.
Activité n°1: L'épreuve du temps.
Activité par groupes: (à faire de préférence à la fin d'un cours): verser un peu de jus de pommes dans un bécher, recouvrir, attendre quelques heures ou quelques jours.
Exploitation: (au début du cours suivant) schéma du résultat obtenu. Verser doucement la partie du dessus dans un autre bécher.
Décantation: action qui consiste à laisser reposer un mélange hétérogène pour séparer la partie lourde de la partie légère
Commentaire: on peut évoquer et monterr la pipette ou l'ampoule à décanter qui permet d'une autre façon de séparer les constituants du mélange. L'aspect du mélange parait maintenant homogène, mais on aperçoit encore souvent quelques particules solides. La filtration est rapidement évoquée.
Activité n°2: L'épreuve du filtre.
Matériel par groupes: Papier filtre, entonnoir, support, 2 béchers, jus de pommes ou autre mélange décanté,
Activité par groupes: monter le matériel (déjà utilisé auparavant), puis verser le jus de pommes dans le papier filtre
Travail attendu:
Schéma de la manipulation, titre, légendes à mettre: filtrat liquide, résidu solide, mélange homogène, mélange hétérogène.
Défintion de la filtration
Filtration: Action qui consiste à faire traverser un mélange hétérogène dans un filtre pour en séparer le résidu solide du filtrat liquide et homogène
Activité n°1: par distillation.
Chaque élève reçoit au début de l'activité une fiche sur la distillation que j'ai modestement empruntée à mes collègues de l'Académie de Toulouse (un site vraiment excellent que je vous recommande à cette adresse: http://www.ac-toulouse.fr/sc_phy ). Vous pouvez télécharger cette fiche en fichier word. Sur le site de l'académie de Toulouse, elle fait partie du fichier 08separa.doc
Travail à réaliser: remplir la fiche en observant les différentes phases de la distillation.
J'ai moi-même monté le matériel et fait le commentaire tout au long de la manipulation. J'ai distillé du jus d'oranges, je pense que je choisirai plutôt du coca une autre fois.
Activité n°2: par évaporation.
Matériel: cristallisoir, eau de mer (ou eau salée), bécher.
Travail à réaliser: verser 40cm3 d'eau salée dans le cristallisoir, observer le résultat au bout d'une semaine.
Décrire le résultat obtenu. Comment l'expliquer?
(Cette manipulation permet d'observer de jolis petits cristaux cubiques de sel, que les élèves ont envie de toucher et même de goûter. Il peut être question des conditions d'évaporation: faible quantité d'eau, grande surface, tempérauture, renouvellment de l'air)
Activité n°2: par ébullition.
Matériel: Bécher, Eau de Contrex, Bec bunsen, grille, support de Bec bunsen, allumettes.
Travail à réaliser: Verser une hauteur de 1cm d'eau de contrex dans le bécher, chauffer jusqu'à vaporisation complète de l'eau
Décrire le résultat obtenu. Schéma sur le cahier. Conclure d'une phrase.
(Le dépot blanc observé dans le fond du bécher est très net. Les beaux cristaux n'apparaissent pas. Une petite discussion permet de remarquer que l'eau minérale n'est pas un corps pur, mais un mélange.)
Bilan - On peut séparer les constituants d'un mélange homogène par distillation, par évaporation ou par ébullition - Les eaux minérales sont des mélanges homogènes car elles contiennent des sels minéraux. Application: le marais salant. L'excellent site de l'Académie de Toulouse présente dans la page 4 du fichier 08separa.doc, un texte illustré intitulé "Les marais salants de Guérande" suivi d'un questionnaire. Cette activité peut prolonger et approfondir le travail réalisé. (surtout si le collège n'est pas très loin de la mer comme c'est le cas en Vendée)
Bilan
- On peut séparer les constituants d'un mélange homogène par distillation, par évaporation ou par ébullition
- Les eaux minérales sont des mélanges homogènes car elles contiennent des sels minéraux.
Application: le marais salant.
L'excellent site de l'Académie de Toulouse présente dans la page 4 du fichier 08separa.doc, un texte illustré intitulé "Les marais salants de Guérande" suivi d'un questionnaire. Cette activité peut prolonger et approfondir le travail réalisé. (surtout si le collège n'est pas très loin de la mer comme c'est le cas en Vendée)
Commentaire:
Quand j'ai demandé aux élèves quels gaz ils connaissent, j'ai obtenu des réponses les plus diverses: oxygène, dioxyde de carbone, CO2, monoxyde de carbone (évoqués en classe de SVT), gaz d'échappement, gaz butane, gaz lacrymogène etc.. Le débat qui a suivi a permis d'en éliminer un certain nombre , mais l'hésitation était grande entre l'oxygène et le dioxyde de carbone, une majorité penchait même pour l'oxygène, (qui est nécessaire à la vie, alors que le dioxyde de carbone est plutôt considéré comme un déchet.) Par contre, le seul test déjà connu des élèves est le test de l'eau de chaux, étudié en classe de SVT. nous avons donc convenu de procéder par élimination en faisant le test de l'eau de chaux, qui devrait selon les élèves être négatif et permettre d'éliminer la solution " Dioxyde de carbone".
Pour cela, il nous a fallu:
1- préparer de l'eau de chaux, excellent exercice de révision sur la filtration et la séparation des constituants d'un mélange hétérogène.
2- trouver un moyen de recueillir le gaz de la boisson
3- puis les mélanger, pour voir le résultat obtenu.
Activité n°1: Préparation de l'eau de chaux
Matériel fourni: une cuillérée de chaux éteinte, deux béchers, 50cm3 d'eau, entonnoir, filtre, support.
Travail à réaliser: Faire dans un bécher un mélange hétérogène avec l'eau et la chaux éteinte, filtrer.
Schéma sur le cahier avec légendes: lait de chaux, mélange homogène, eau de chaux, mélange hétérogène
Activité n°2: Recueil du gaz de la boisson. Faire la liste du matériel pour réaliser cette expérience. Réaliser ce montage et recueillir trois tubes à essais de gaz. Pour cela, travailler par 4 avec les postes suivants: - Elève n°1: responsable du tube n°1 - Elève n°2: responsable du tube n°2 - Elève n°3: responsable du tube n°3 - Elève n°4: responsable du chauffage, il allume le bec bunsen et l'éteint à la fin de la manipulation Travail à réaliser: Coller le schéma sur le cahier et répondre aux question suivantes: - Que s'est-il passé dès qu'on commence à chauffer la boisson? Le ballon est-il très chaud à ce moment? - Attendre 2min de chauffage avnt de recueillir le gaz, pourquoi?
Activité n°2: Recueil du gaz de la boisson.
Faire la liste du matériel pour réaliser cette expérience.
Réaliser ce montage et recueillir trois tubes à essais de gaz. Pour cela, travailler par 4 avec les postes suivants:
- Elève n°1: responsable du tube n°1
- Elève n°2: responsable du tube n°2
- Elève n°3: responsable du tube n°3
- Elève n°4: responsable du chauffage, il allume le bec bunsen et l'éteint à la fin de la manipulation
Travail à réaliser: Coller le schéma sur le cahier et répondre aux question suivantes:
- Que s'est-il passé dès qu'on commence à chauffer la boisson? Le ballon est-il très chaud à ce moment?
- Attendre 2min de chauffage avnt de recueillir le gaz, pourquoi?
Activité n°3: Etude du gaz recueilli.
Manipulations:
tube n°1: Verser quelques cm d'eau de chaux dans ce tube, fermer avec le pouce, agiter: quelle est l'aspect de l'eau de chaux?
tube n°2: Plonger une allumette allumée dans ce tube. Que se passe-t-il? recommencer une deuxième fois.
tube n°3: Verser deux ou trois cm d'eau dans ce tube, fermer avec le pouce et agiter fortement: que se passe-t-il quand on veut enlever le pouce?
travail à réaliser: compte-rendu avec schéma sur le cahier.
Les boissons gazeuses contiennent du dioxyde de carbone.
Le dioxyde de carbone trouble l'eau de chaux
Le dioxyde de carbone n'entretient pas les combustions
Le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau