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date de publication30.04.2017
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FICHE 1

Fiche à destination des enseignants

4èmeC2

LA MATIÈRE SE TRANSFORME :

COMMENT SAVOIR SI LA MASSE VARIE OU PAS ?





Type d'activité

Démarche d'investigation liée à l'expérimentation

Évaluation

Programme

Capacités

La masse totale est conservée au cours d’une réaction chimique
Socle commun de connaissances et de compétences

[Pilier 1]

Rédiger une courte explication d’un phénomène

Dégager les idées essentielles d’un texte documentaire

[Pilier 3]

Extraire des informations d’un fait observé

Suivre un protocole donné (suivre un programme, réaliser un montage à partir d’un schéma, utiliser un appareil de mesure)

Faire un schéma, un dessin scientifique ou technique en respectant des conventions

Proposer une méthode, un calcul, une expérience (protocole), un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole)

Mettre en œuvre un raisonnement, une méthode, un théorème, une formule, un protocole expérimental, une technique

Valider ou invalider la conjecture, l’hypothèse

[Pilier 6]

Défendre son point de vue en argumentant

[Pilier 7]

Sélectionner, analyser l’information utile

Distinguer ce dont on est sûr de ce qu’il faut prouver

Commentaires

Cette activité illustre la rubrique

  1. « De l'air qui nous entoure à la molécule »

Les atomes pour comprendre la transformation chimique
du programme de Quatrième.
Cette séance a pour objectif de mettre au point une expérience permettant d'illustrer la conservation de la masse totale au cours d’une réaction chimique en prenant comme exemple la réaction en flacon étanche du carbonate de calcium avec de l'eau acidifiée.


Pré-requis


Composition de l'air

Volume et masse de l'air

Une description moléculaire pour comprendre

Les combustions

Conditions de mise en œuvre


Durée : 1 heure environ, répartie sur deux séances distinctes.

La première séance dure environ 35 minutes. A l’issue, le professeur recueille les propositions d'expériences.

Avant la deuxième séance, le professeur schématise au tableau (ou sur transparent) les expériences proposées par les élèves.

La deuxième séance dure environ 25 minutes.

Matériel nécessaire :

Expérience préliminaire (par groupe d’élèves) : une soucoupe, un flacon compte-gouttes d’acide chlorhydrique dilué, une spatule et un flacon de carbonate de calcium.

Expérience finale : une balance dont l'affichage peut être vu de la salle, du carbonate de calcium, de l’acide chlorhydrique concentré, une bouteille de verre (boisson gazeuse par exemple) et un tube à essais passant dans le goulot de la bouteille.

Remarques

Dans ce sujet, une évaluation est prévue à la suite de la démarche d'investigation. Les deux exercices évaluant les mêmes compétences, ils n'est pas judicieux de les donner tous les deux au cours d'une même interrogation.


FICHE 2
Texte à distribuer aux élèves



4èmeC2

LA MATIÈRE SE TRANSFORME :

COMMENT SAVOIR SI LA MASSE VARIE OU PAS ?



But : Cette activité a pour objectif de mettre au point une expérience pour savoir si, au cours d’une réaction chimique, la masse totale varie ou non.

1ère Partie
A l’aide d’une spatule, mettre sur une soucoupe un peu de carbonate de calcium.

Verser dessus quelques gouttes d’acide chlorhydrique.
Qu’observe-t-on ?



Y a-t-il eu réaction chimique ? Justifier la réponse.





Au vu des observations, que peut-on dire de la nature d’un des produits de la réaction ?


2ème Partie
Jules, Jim et Lola ont réalisé la même expérience que vous, mais Jules s’interroge : « Je fais par exemple réagir 5 g d’acide chlorhydrique et 7 g de carbonate de calcium. Après transformation de la matière, vais-je avoir 12 g de matière, moins de 12 g de matière, ou plus de 12 g de matière ?"

Lola lui répond : "Je sais que des réactifs disparaissent, mais des produits apparaissent, donc la masse globalement ne doit pas varier. On doit donc avoir une masse de 12 g après la réaction. »

« Mais non, la masse totale va diminuer car le gaz produit est plus léger que les réactifs disparus » rétorque Jim.
À première vue, êtes-vous plutôt d’accord avec Lola ou avec Jim ? Expliquez votre réponse.





3ème Partie
Proposez une expérience qu' il serait possible de réaliser pour savoir qui de Lola ou de Jim a raison.

Décrivez cette expérience :













Faites un schéma de l'expérience proposée :

4ème Partie


L'expérience retenue est la suivante :

Notez les observations qui sont faites :




Quelles conclusions peut-on en tirer ?






Remarques :



FICHE 3

Correction. Fiche à destination des enseignants

4èmeC2

LA MATIÈRE SE TRANSFORME :

COMMENT SAVOIR SI LA MASSE VARIE OU PAS ?




PREMIÈRE SEANCE (35 minutes)

1ère partie : Expérience préliminaire
Les élèves sont répartis en binômes ou en trinômes. Chaque groupe de 2 ou 3 élèves fait réagir le carbonate de calcium et l’acide chlorhydrique dans une soucoupe. On montre ainsi que le carbonate de calcium et l’acide chlorhydrique réagissent ensemble, et donc se transforment.

On conclut assez facilement qu'un gaz figure parmi les produits de la réaction.

2ème partie : Situation-Problème et Appropriation
L'objectif de cette partie est d'arriver à ce que les élèves se posent la question : "Est-ce que la masse totale se conserve au cours de cette transformation chimique ?"
On amène les élèves à reformuler le problème :

Si 7 g de carbonate de calcium réagissent avec 5 g d’acide chlorhydrique, on a donc au total 12 g de matière qui réagit et qui se transforme.

Obtiendra-t-on à la fin de la réaction : 12 g de matière, ou moins, ou plus ?

A partir de la discussion entre Lola et Jim, chaque élève doit choisir avec lequel il est d’accord en justifiant son choix. Cela permet une reformulation des explications proposées par le texte.

Le professeur peut faire un sondage à l’oral pour savoir quelle réponse remporte le plus de suffrages.

3ème partie : Conjectures et hypothèses



Problème de départ : Comment répondre expérimentalement à la question ? Quel matériel choisir ?
La classe est divisée en 5 groupes (chacun comprenant 5 ou 6 élèves).

Chaque groupe propose par écrit une expérience pour répondre à la question.

Au cours de la recherche, le professeur guide chaque groupe pour améliorer l’expérience proposée en abordant différents points :

  • doit-on peser le gaz produit ou pas ?

  • comment faire pour le peser ?

  • comment mélanger les réactifs sans perdre de produit ?


Au départ, les élèves proposent souvent de peser le carbonate de calcium dans une soucoupe, l’acide chlorhydrique dans un bécher, puis de mélanger l’acide et le carbonate de calcium dans la soucoupe et de peser à nouveau la soucoupe avec le mélange et le bécher vide. Après leur avoir fait remarquer qu’ainsi ils ne pèsent pas le gaz produit, ils améliorent leur expérience en la réalisant en milieu fermé.


Investigation – Résolution du problème
Exemples d’expériences proposées :
Proposition n°1 : on pèse le récipient avec son bouchon d'abord vide puis avec du carbonate de calcium. On pèse le bécher d'abord vide puis avec l’acide chlorhydrique. On mélange et on pèse le tout.



Cette expérience a été proposée par plusieurs groupes à peu près sous cette forme mais les élèves oublient souvent de préciser quelles masses ils comparent. Ou alors, ils pèsent l’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium mis en jeu en utilisant la touche tare mais à la fin ils comparent à la masse totale du flacon et ne tiennent donc pas compte de la masse du flacon et du bouchon.
Proposition n°2 : on pèse séparément le carbonate de calcium, l’acide chlorhydrique. On perce le bouchon pour enfiler une poire et verser l’acide puis on repèse l’ensemble, schématisé ci-dessous.

Poire avec acide

Carbonate de calcium

Proposition n°3 : on pèse la craie et l’acide séparément en faisant la tare pour l'acide. On additionne ensuite les 2 masses. On pèse le flacon vide et le bouchon. On introduit le carbonate de calcium dans le flacon. Avec une seringue, on verse l’acide sur la craie puis on ferme le bocal. Après réaction, on pèse l’ensemble.

Proposition n°4 : on prend deux soucoupes, deux béchers et deux cloches en verre de même masse. On met dans les deux soucoupes la même masse de carbonate de calcium et dans les deux béchers la même masse d’acide chlorhydrique. On pèse la soucoupe avec du carbonate de calcium et le bécher avec l’acide chlorhydrique. On compare avec la masse de la soucoupe et du mélange et de la cloche et du bécher.
Proposition n°5 : d’autres élèves ont proposé de récupérer le gaz formé dans une bouteille à l’aide d’un tuyau (mais pas par déplacement de liquide) et de peser, en plus du mélange, le gaz de la bouteille.


DEUXIÈME SEANCE (25 minutes)

Avant la deuxième séance, le professeur a préalablement schématisé au tableau ou sur des transparents les expériences proposées par les différents groupes d'élèves.
4ème partie : Échange argumenté
A l’oral, le professeur anime une discussion au cours de laquelle une critique positive et négative est faite pour chaque expérience proposée par les élèves.
L’expérience qui va être finalement réalisée est mise au point collectivement, à partir des différentes expériences proposées. Selon les conditions, l'expérience retenue va être réalisée par les élèves regroupés en binômes ou trinômes ou par le professeur à son bureau.
Les élèves schématisent l’expérience.
Acquisition et structuration des connaissances
Les observations et la conclusion sont formulées et écrites par les élèves. Après mise en commun des phrases proposées par les élèves, le professeur dicte la définition. Les élèves notent que la masse totale se conserve au cours de la réaction chimique.

Le professeur peut alors ouvrir la bouteille puis peser l’ensemble. On constate que la masse a diminué car le gaz produit s'est échappé.



FICHE 4 : ÉVALUATION

4èmeC2

LA MATIÈRE SE TRANSFORME :

COMMENT SAVOIR SI LA MASSE VARIE OU PAS ?




Exercice 1
Le professeur de physique chimie a fait noter dans leur cahier à ses élèves que :
"Au cours d'une réaction chimique, la masse se conserve"
Cette année, les élèves ont déjà fait réagir du carbonate de calcium et de l’acide chlorhydrique. Ils ont alors constaté qu'un dégagement gazeux se produit. En se basant sur cette réaction, ils veulent vérifier que la loi que leur professeur leur a dictée se vérifie bien. Ils proposent plusieurs expériences qui figurent ci-dessous.

Dans chaque cas, choisissez l'affirmation qui correspond à l’expérience proposée.

Expérience 1




Acide chlorhydrique carbonate de calcium




mélange

L'élève verse l'acide chlorhydrique du bécher

dans la coupelle contenant le carbonate de calcium.

Que peut-on dire de cette expérience ?



  1. L’expérience n’est pas valable car l’élève ne pèse pas le gaz formé.

  2. L’expérience n’est pas valable car l’élève n’a pas pesé séparément l’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium.

  3. Cette expérience montre que la masse diminue au cours d’une réaction chimique.

  4. Cette expérience montre que la masse se conserve au cours d’une réaction chimique.

  5. Cette expérience n’est pas valable car l'élève a laissé le bécher vide sur la balance.



Expérience 2


L'élève verse l'acide chlorhydrique du bécher

dans le flacon contenant le carbonate de calcium et le bouche rapidement.

Que peut-on dire de cette expérience ?


  1. L’expérience n’est pas valable car l’élève ne pèse pas le gaz formé.

  2. L’expérience n’est pas valable car l’élève n’a pas pesé séparément l’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium.

  3. Cette expérience montre que la masse diminue au cours d’une réaction chimique.

  4. Cette expérience montre que la masse se conserve au cours d’une réaction chimique.

  5. Cette expérience n’est pas valable car l'élève n’a pas laissé le bécher vide sur la balance.



Expérience 3




L'élève verse l'acide chlorhydrique du bécher

dans le flacon contenant le carbonate de calcium et le bouche rapidement.



  1. L’expérience n’est pas valable car l’élève ne pèse pas le gaz formé.

  2. L’expérience n’est pas valable car l’élève n’a pas pesé séparément l’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium.

  3. Cette expérience montre que la masse diminue au cours d’une réaction chimique.

  4. Cette expérience montre que la masse se conserve au cours d’une réaction chimique.

  5. Cette expérience n’est pas valable car l'élève n’a pas laissé le bécher vide sur la balance.


Exercice 2
Julien sait que la masse se conserve au cours d’une réaction chimique. Son professeur lui a dit que lorsqu’on mélange de l’acide chlorhydrique et du carbonate de calcium, une effervescence se produit. Cela signifie qu'un gaz se forme. Or lorsque Julien a réalisé cette expérience, il a observé :

mélange

Carbonate de calcium

Acide chlorhydrique


L'élève verse l'acide chlorhydrique du bécher

dans le flacon contenant le carbonate de calcium.



  1. Pourquoi Julien a-t-il observé que la masse diminue au cours de la réaction chimique ?



  1. Que devrait-il rajouter au dispositif pour pouvoir montrer que la masse se conserve au cours de la réaction ? Compléter les schémas.



FICHE 5

Correction. Fiche à destination des enseignants

4èmeC2

LA MATIÈRE SE TRANSFORME :

COMMENT SAVOIR SI LA MASSE VARIE OU PAS ?


Question

Réponse – Commentaires

Connaissances, capacités et compétences du socle évaluées

Exercice 1







Expérience 1

a. L’expérience n’est pas valable car l’élève ne pèse pas le gaz formé.



Valider ou invalider la conjecture, l’hypothèse

Dégager les idées essentielles d’un texte documentaire

Sélectionner, analyser l’information utile

Distinguer ce dont on est sûr de ce qu’il faut prouver

Expérience 2

e. Cette expérience n’est pas valable car l'élève a laissé le bécher vide sur la balance.



Expérience 3

d. Cette expérience montre que la masse se conserve au cours d’une réaction chimique.


Exercice 2







1

Le gaz produit s'échappe du flacon ouvert. Il n'est donc pas pesé à la fin de l'expérience.

Rédiger une courte explication d’un phénomène

Valider ou invalider la conjecture, l’hypothèse

2

Bouchon sur la balance pour la pesée avant la réaction.

Bouchon qui ferme hermétiquement le flacon immédiatement après la mise en contact des réactifs.

Proposer une méthode, un calcul, une expérience (protocole), un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole)


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