Les matériaux et les solutions (1ère partie)

Les différentes sortes de solutions

Fiche d'activités

Cette page reproduit les travaux que j'ai pu réaliser avec mes élèves de collège. 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.


Programme

Situation initiale: le pH.(Cette fiche)

Problème 1: D'où vient la différence entre les solutions acides et les solutions basiques? (Cette fiche)

Problème 2: Y a-t-il des réactions entre les matériaux et les solutions? (Fiche suivante)

Contact: vos remarques ou suggestions.


Programme

Réactions de matériaux avec les liquides

Exemples d'activités

Contenus-notions

Compétences

Les matériaux réagissent-ils avec les solutions acides? Avec les solutions basiques?

 

- Mesurer le pH de quelques solutions acides et basiques usuelle (en particulier boissons et produits d'entretien); observer l'effet d'une dilution sur le pH.

- Mettre en évidence le caractère conducteur de ces solutions.

- Lire des pictogrammes de sécurité

- Réactions chimiques de l'acide chlorhydrique avec le fer et le zinc, mise en évidence des produits de la réaction.

- Réactions chimiques de l'aluminium avec la soude (expérience professeur).

- Absence de réactions observables de certaines matières plastiques et du verre avec l'acide chlorhydrique et la soude.

 

 

Notion de pH.

Sécurité d'emploi des solutions acides ou basiques . Précautions à prendre dans les dilutions.

 

 

Réactions chimiques d ecertains métaux avec des solutions acides ou basiques.

 

 

Inertie chimique de certains matériaux utilisés pour l'emballage.

 

 

 

 

Identifier les solutions acides (pH inférieur à 7) et les solutions basiques (pH supérieur à 7).

Savoir que des produits acides ou basiques concentrés présentent un danger.

 

Réaliser une réaction entre un métal et une solution acide et reconnaître un dégagement de dihydrogène.

 

Mettre en oeuvre des critères pour reconnaître une réaction chimique . Distinguer réactifs et produits.

Etre conscient de la pollution engendére par des matériaux non dégradables.

Comment mettre en évidence les ions présents dans le milieu avant et après ces réactions?

- Mettre en évidence la présence d'ions chlorure et d'ions métalliques par des réactions de précipitation

 

 

Formules de quelques ions.

Quelques tests de reconnaissance d'ions.

 

 

Citer les constituants d'une solution d'acide chlorhydrique et d'une solution de soude.

Connaître les formules des ions H+, HO-, Cl-, Na+, Zn2+, Cu2+, Al3+, Fe2+ et Fe3+.

Comment interpréter les réactions du zinc et du fer avec l'acide chlorhydrique.

- Utiliser les résultats des tests de présence d'ions pour interpréter les réactions du zinc et du fer avec l'acide chlorhydrique

 

 

Equations-bilans.

Conservation des atomes et de la charge.

 

 

Ecrire les équations-bilans de l'action de l'acide chlorhydrique et le fer ou le zinc.

Savoir que lors d'une réaction chimique, il y a conservation des atomes et de la charge électrique.

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Situation initiale: Le pH.

 

Activité 1: Souvenirs, souvenirs...

Travail individuel sans documents: Répondre aux questions suivantes (programme des années précédentes).

- Qu'est-ce qu'une solution?

- Que peux-tu dire du pH?

Mise en commun:

- Solution: lecture des différentes définitions produites par les élèves. Vérification avec livre, encyclopédie ou dictionnaire (cette recherche peut-être donnée en travail du soir):

Réponse possible: Une solution est un mélange homogène comprenant un solvant (souvent l'eau) et un ou plusieurs solutés (ou corps dissous).

- pH:

Quelques réponses possibles: chiffre de 1 à 14 - il se mesure avec un papier indicateur de ph ou avec un pHmètre, solution neutre si pH=7, solution acide si pH < 7, le pH mesure l'acidité d'une solution.

Suite à ces réponses , j'ai proposé une vérification expérimentale.

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Activité 2: Mesure du pH de quelques solutions.

Classe divisée en 8 groupes (1 groupe par table):

Travail demandé: Présentation du papier indicateur de pH. Rappel de son utilisation. Déterminer au papier pH le pH de la solution (boissson ou produit entretien posé sur votre table). Passer à la table voisine et faire de même et ainsi de suite. Résultats à mettre dans un tableau.

Exemples de solutions à étudier: vinaigre, coca cola, eau de Perrier, eau de Volvic, produit pour vitres, eau de javel, produit entretien (type Ajax ammoniaqué), limonade.

On peut déjà habioteur les élèves à prendre les lunettes de protection et même les gants., pour débuter la sensibilisation à la sécurité.

Tableau de résultats: 

Nom de la solution

pH

Type de solution

Vinaigre

2

Acide

Coca cola

2

Acide

Eau de Perrier

6

Neutre , légèrement acide

Eau de Volvic

7

Neutre

Produit pour vitres

13

Basique

Eau de Javel

12

Basique

Lessive de soude diluée (rayon droguerie)

14

Basique

Acide chlorhydrique dilué (rayon droguerie)

3

Acide

Commentaires: Les boissons sont en général plutôt acides, les produits d'entretien basiques, tandis que les eaux sont neutres. A quoi est due cette différence?

Question qui se pose alors: A quoi est due cette différence?

Mais auparavant le pictogramme des flacons de soude et d'acide chlorhydrique attire notre attention. Quelle est sa signification.?

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Activité 3: Solutions et sécurité: étude documentaire.

 

Travail individuel:

A partir de la fiche méthode n°1 ( Belin page 236, il est bien sûr possible de créer sa propre fiche méthode): Respecter la sécurité avec les produits chimiques, présenter les dangers de la manipulations de ces solutions, les précautions à prendre pour éviter les accidents, la démarche à suivre en cas de contact accidentel.

Mise en commun.

Bilan:

Les solutions acides et basiques sont corrosives et provoquent de graves brûlures (attention aux mains, aux yeux et à la bouche)

Attention à ne jamais verser de l'eau dans l'acide, risque de projections.

En cas de contact accidentel, rincer abondamment à l'eau.

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Activité 4: Etude expérimentale des effets de la dilution d'un acide ou d'une base.

Travail en 6 groupes

Matériel: Pipette graduée, 2 béchers, Eau, solution acide ou basique, Console VTT, capteur et sonde pH, lunettes de protectionn, gants.

Méthode: Mesurer le pH de la solution. Verser dans un bécher 50mL d'eau. Ajouter avec la pipette 5mL de la solution. Mesurer le pH de la nouvelle solution. Nettoyer à l'eau la pipette.

Verser dans le deuxième bécher 50mL d'eau et y ajouter avec la pipette 5mL de la solution précedente. Mesurer le pH de cette nouvelle solution.

De la même façon refaire deux nouvelles dilutions et mesurer le pH.

Résultats dans un tableau. Conclusion.

Exemple de résultats obtenus avec une solution de soude: pH=13.2 , puis 11.4, puis 9.5, puis 7.4.

La solution se rapproche de la neutralité.

Bilan:

La dilution fait dimineur le pH d'une solution basique et fait augmenter celui d'une solution acide. Le pH de la solution se rapproche aloirs de la neutralité.

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Problème n°1: D'où vient la différence entre les solutions acides et les solutions basiques?

 

Activité 1: Etude des propriétés conductrices de ces solutions.

Travail par petits groupes:

Matériel: pile, pinces crocodiles, fils conducteurs, ampèremètre, bécher, solution diluée d'acide chlorhydrique ou solution diluée de soude.

Travail: Construire un circuit comprenant la solution à étudier. Mesurer l'intensité. Compte-rendu sur le cahier: schéma du montage, Résultat obtenus , conclusion, que montre alors ce résultat?

Résultats obtenus: Dans de nombreux cas, l'intensité mesurée avait une valeur proche de 100mA. Ceci nous amène à en déduire que les solutions acides ou basiques contiennent des ions.

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Activité 2: Recherche des ions des solutions acides ou basiques

Travail individuel à partir du document suivant:

Nom de la substance.

Formule

Exemple de produit contenant la substance

ACIDES

Acide acétique

HC2H3O2

Vinaigre

Acide acétylsalicilique

HC9H7O4

Aspirine

Acide ascorbique

H3C6H6O6

Vitamine C

Acide citrique

H3C6H5O7

Jus de citron, agrumes

Acide chlorhydrique

HCl

Suc gastrique (estomac)

Acide sulfurique

H2SO4

Batteries

Acide nitrique

HNO3

Acide nitrique

BASES

Ammoniaque

NH4OH

Nettoyants ménagers (en solution aqueuse)

Hydroxyde de calcium

Ca(OH)2

Chaux éteinte (matériaux de construction)

Hydroxyde de magnésium

Mg(OH)2

Lait de magnésie

Hydroxyde de potassium (ou potasse)

KOH

Savon doux

Hydroxyde de sodium (ou soude)

NaOH

Débouche-évier et nettoyant de four
Rechercher à partir des ions que vous connaissez déjà et en utilisant le manuel (Mini bibliothèque page 249 par exemple), rechercher le nom des ions (cation et anion) présents dans quelques-unes de ces solutions ainsi que la proportin de chacun d'eux

Résultats:

Nom de la substance.

Formule

Cation

Anion

Proportion

ACIDES

Acide acétique

HC2H3O2

.

.

.

Acide acétylsalicilique

HC9H7O4

.

.

.

Acide ascorbique

H3C6H6O6

.

.

..

Acide citrique

H3C6H5O7

.

..

.

Acide chlorhydrique

HCl

H+

Cl-

1 pour 1

Acide sulfurique

H2SO4

H+

SO42-

2 pour 1

Acide nitrique

HNO3

H+

NO3-

1 pour 1

BASES

Ammoniaque

NH4OH

HO-

NH4+

1 pour 1

Hydroxyde de calcium

Ca(OH)2

HO-

Ca2+

2 pour 1

Hydroxyde de magnésium

Mg(OH)2

HO-

Mg2+

2 pour 1

Hydroxyde de potassium (ou potasse)

KOH

HO-

K+

1 pour 1

Hydroxyde de sodium (ou soude)

NaOH

HO-

Na+

1 pour 1

Après la mise en commun, le bilan parait évident: toutes les solutions acides contiennent l'ion H+ et toutes les solutions basiques contiennent l'ion HO-.

Bilan:

Ls solutions acides contiennent l'ion hydrogène H+ et les solutions basiques contiennent l'ion hydroxyde HO-

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Commentaire:

La fin de cette première partie peut-être l'aoccasion de commencer une discusssion sur ce qui vient d'être appris. En listant les remarques des uns et des autres, on peut faire dusx constatations:

- Les aliments et en particulier les boissons sont acides

- Les acides sont corrosifs et peuvent abimer la peau, les vêtements.On peut alors se poser la question suivante, peut-on mettre n'importe quel aliment dans n'importe quel matériau? Les aliments peuvent-ils aussi dégrader le matériau de leur contenant? Ce sera le thème de la deuxième partie.


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