Documents pour le professeur Présentation générale








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date de publication27.01.2017
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Sciences Physiques

Chimie

Combustion du butane
Protocole expérimental : le droit à l’erreur !

Quatrième




Khelifa HEDLI, professeur au collège Croix d’Argent, MONTPELLIER


Documents pour le professeur 1

Présentation générale 1

Fiche professeur : déroulement de la séance 2

Fiche élève 3

Proposition d’une fiche d’évaluation en classe 4

Exemples de production d’élèves 5

Hypothèses sur les produits de la combustion 5

Propositions de protocoles expérimentaux 5



Documents pour le professeur

Présentation générale


Type :

Activité de découverte de la combustion du butane

Niveau :

Classe de quatrième – Collège. Durée conseillée 1,5 h

Mots-clés :

activité, transformations chimiques, combustion, produits, réactifs, butane.

Pré-requis

Transformations chimiques, les réactifs, les produits, combustion du carbone.

Objectifs pédagogiques

généraux :

Déterminer les produits de la combustion du butane

Réaliser une expérience de la combustion


Compétences du socle mises en jeux dans l'activité :


Pratiquer une démarche scientifique et technologique, résoudre des problèmes


Modalité :

En salle de TP, les élèves émettent des hypothèses qu'ils débattent en petits groupes puis collectivement. Chaque groupe élabore un scénario d'expérience pour valider ou invalider son hypothèse ou celles des autres. Le professeur a un rôle d'arbitre.

Dispositif technique :

- Un matériel de projection, retro projecteur ou vide projecteur (facultatif).

- feuilles transparentes, marqueurs, feuilles de brouillons.

- Liste du matériel mis à leur disposition :

Tubes à essais, briquets, béchers, erlenmeyers, flacons rond, pinces en bois, porte-tubes à essais, ballons, eau de chaux, sulfate de cuivre anhydre, bouchons, entonnoirs, entonnoirs, Tubes en pvc, verres à pieds, seringues et autre matériel de chimie…….

Description activité :



En salle de TP :

- Une image d’un briquet allumé est projetée (ou distribuée) aux élèves.

- Le professeur les interpelle oralement « La combustion du butane d’un briquet participe à la pollution de l’air ! Question ouverte « Qu'en pensez-vous ? »

- Chaque élève doit écrire au brouillon une hypothèse.

- Les élèves discutent en groupe leurs hypothèses pour n'en garder que celles qui paraissent probables. Ils les consignent sur un transparent.

- présentation des transparents et discussion collective des hypothèses qui ont résisté aux débats entre élèves.

- Chaque groupe propose un protocole d'expérience (sur transparent) pour tester la validité des dernières hypothèses retenues.

- Présentation et discussion des protocoles. Choix collectif des expériences réalisables.

- Réalisation des expériences.

- Validation des hypothèses.

Conclusion de la séance : retour sur le questionnement initial


Fiche professeur : déroulement de la séance



Présentation : Cette activité se déroule en salle de travaux pratiques, en classe entière (par groupes de 3 ou 4) ou en effectif réduit. Elle se décline en plusieurs temps : travail individuel, en groupe et collectif. Chaque temps s’articule autour de questionnements d’élèves au sujet d’un briquet allumé (monde réel).

Le professeur s’appuie sur les interactions entre les groupes d’élèves. Il a un rôle de guidage et d’arbitrage pour permettre la formulation des hypothèses, l’élaboration de protocoles possibles et faciliter la résolution conduite par les élèves.

Pré-requis : Transformations chimiques, les réactifs, les produits, combustion du carbone.

Matériel : Tubes à essais, briquets, béchers, erlenmeyers, flacons rond, pinces en bois, Support en bois, Ballons, eau de chaux, sulfate de cuivre anhydre, bouchons, entonnoirs, Tubes en pvc, verre à pieds, seringues…….

Déroulement :

Lancement de l’activité (2 min)

Projeter ou distribuer aux élèves l’image du briquet.


Consigne : « La combustion du butane d’un briquet participe à la pollution de l’air ! Qu'en pensez-vous ? »


Hypothèses individuelles (5 min)

Chaque élève doit écrire au brouillon une hypothèse. (cf. Productions d’élèves)

Discussion en groupe (4 min)

Les groupes sont constitués d’avance et les rapporteurs désignés.

Dans chaque groupe, les élèves confrontent leurs hypothèses et les discutent. Ils consignent sur le papier transparent l’hypothèse qui a fait le plus de consensus. (cf. document élève)

Débat collectif (7 min)


Le rapporteur présente la proposition de son groupe.

L’objectif est de faire interagir les groupes entre eux et invalider certaines propositions. (cf. productions d’élèves)

Mutualisation (5 min)

Collectivement, on choisit les hypothèses qui seront testées expérimentalement. Elles sont écrites au tableau.

Elaboration d’un protocole d’expérimentation

(7 min)

- Chaque groupe choisit une des hypothèses retenues (écrites au tableau), de préférence celle qu’il a énoncée.

- Elabore un scénario d'expérience pour valider ou invalider cette hypothèse.

- Ce travail est fait en groupe, néanmoins chaque élève doit remplir la fiche élève qui est distribuée à ce moment de l’activité. Il complétera les questions 1) et 2).

Le rapporteur consigne le protocole sur papier transparent.

Présentation des protocoles (5 min)

Chaque rapporteur présente le protocole de son groupe pour être discuté.

Mutualisation (5 min)

Collectivement, la classe élimine éventuellement les protocoles irréalisables pour des questions de sécurité uniquement

Réalisation des expériences (10 min)

- L’élève complète sur la fiche les réponses aux questions 3) et 4).

- Il réalise l’expérience choisie par son groupe, ou celle proposée par le professeur.

- Il renseigne les questions 5) et 6).

Synthèse (5 min)


- Le professeur mutualise les résultats des groupes et revient sur la problématique initiale pour clore la séance si elle ne dure que 1h

Transformation chimique, suite (20 min)

Questions 7 et 8, effectuées en groupe puis discutée en classe.

Cette partie peut être renvoyée à une séance ultérieure si la séance ne dure que 1 h.

S’il reste du temps : généralisation de la combustion des alcanes sous forme d’exercice formatif.



Fiche élève



Noms des participants au groupe :
« La combustion du butane d’un briquet participe à la pollution de l’air ! »

Votre mission : expliquer cette affirmation en vous appuyant sur une expérience.
Du matériel d’expérimentation est mis à votre disposition sur un chariot au fond de la classe.
Partie A Expérience proposée par ton groupe.
1.

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………
2. Fais un schéma légendé de l’expérience que tu proposes pour valider ton hypothèse. Rédige une ou deux phrases pour expliquer ton expérience.





------------------------------------------------
Expérience à réaliser.
3. Fais un schéma légendé de l’expérience que tu vas réaliser.




4. Réaliser l’expérience choisie.

Le protocole est-il réalisable ? ……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………
5. Analyser : as-tu pu observer des éléments te permettant de valider ton hypothèse ? :………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………
6. Conclure : es-tu d’accord avec la proposition initiale : « « La combustion du butane d’un briquet participe à la pollution de l’air ! »

………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………
7. Bilan de la combustion du butane

Complète le tableau avec les noms des réactifs et des produits


Avant : Réactifs

Après : PRODUITS














8 .Transformation chimique.

Complète en utilisant les formules chimiques :
……………… + …………… ………………… + ………………….

Proposition d’une fiche d’évaluation en classe1


Le tableau d’auto-évaluation et d’évaluation est distribué en début de séance, un pour chaque groupe.

Tout au long de la séance, les élèves s’auto-évaluent, de manière autonome ou à la demande du professeur qui valide ou non le niveau attribué par les élèves, en utilisant une autre couleur que celle choisie par les élèves.

Les consignes du travail en groupes, en chimie sont consignées dans les cahiers des élèves et explicitées par des observables, elles sont générales

La grille d’évaluation est relevée en fin de cours.

Noms des membres du groupe :
Fiche d’auto-évaluation (mettre une croix dans chaque ligne)




++

+

-

- -

Respect du travail en groupe













Respect des consignes de travail en chimie













Proposer une hypothèse













Proposer et réaliser un protocole













Maîtriser le vocabulaire scientifique en chimie


















Note : à la place des « + » ou «-« , on peut aussi proposer des icônes, ou des codes de couleurs

Exemples de production d’élèves2

Hypothèses sur les produits de la combustion






Ces productions montrent bien qu’il est difficile en classe de 4ème d’émettre une hypothèse testable en chimie avec les moyens expérimentaux à notre disposition en collège.

Mais, cette étape de formulation n’est pas à négliger.

Le groupe 2 émet une hypothèse vérifiable, on constate qu’il n’y a pas encore maîtrise de l’écriture normalisée en chimie.

L’hypothèse de formation de dioxyde (oxyde) de butane (groupes 1, 2, 5), qui peut surprendre, témoigne d’une connaissance de la combustion du carbone et d’un raisonnement par analogie pertinent pour un élève de 4ème : la combustion du carbone produit du dioxyde de carbone => la combustion du butane produit du dioxyde de butane. Pourtant, le professeur doit écarter cette hypothèse, il ne peut le faire qu’en utilisant son savoir académique avec une formulation du genre : « Les chimistes montrent avec des moyens expérimentaux que nous ne disposons pas au collège, que le dioxyde de butane n’existe pas »


Groupe 1

Groupe 2

Groupe 3


Groupe 4

Groupe 5


Propositions de protocoles expérimentaux


Remarque : au cours d’une séance précédente, une seringue avait été utilisée pour prélever un gaz, il y en a sur le charriot contenant du matériel très divers.


Exemples de production des groupes

Commentaires



Schéma expérimental qui ne respecte pas les proportions, irréalisable avec le matériel du laboratoire, on ne peut donc pas laisser les élèves le réaliser.

=> protocole éliminé par la classe



Proposition faite en analogie avec la combustion du carbone faite dans une séance précédente.

Le groupe a compris que techniquement cela n’était pas réalisable : comment « faire bruler » le briquet s’il est emprisonné dans le bocal ?

=> protocole éliminé par la classe



Mêmes remarques que pour le groupe précédant, mais exploitable devant la classe : le groupe a décrit une observation qui permettrait de tester la présence de l’eau.

=> protocole éliminé par la classe mais cette proposition a permis de revoir test de l’eau pour le chimiste, la buée est le test de l’eau qu’ils utilisent en SVT.



Expérience très proche de celle prévue par le professeur avec un tube à essai que l’on peut tenir au dessus de la flamme ave une pince en bois. Le test de l’eau et du dioxyde de carbone se réalise facilement avec ce type de verrerie.

Le premier schéma, non retenu par le groupe, permet de laisser une trace de sa réflexion.

La phrase « on enlève l’aire qui a dans le flacon avec une seringue puis on vide de l’aire dans de l’eau de chaux » témoigne d’une conception initiale des élèves qui persiste encore pour ce groupe : « tous les gaz sont de l’air ». Le professeur accompagne ce groupe et l’aide à reformuler cette proposition de manière scientifique.

Le protocole ci-contre est réalisable, mais le matériel choisi rend difficile cette expérience. Les élèves qui ont essayé s’en sont rendus compte en le réalisant.



Là encore, les élèves essayent de transposer ce qu’ils ont vu dans le cas de la combustion du carbone.

Confusion entre prévision et observation.

Les élèves interrogés par le professeur ont réalisé que le « bouchon » ne servait à rien ».


Groupe 3

Groupe 4



1 Proposition établie en collaboration avec l’IA-IPR

2 Cette séance a été celle effectuée au cours d’une inspection devant Mme Courtillot, IA-IPR de sciences physiques et chimiques de Montpellier, qui a relevé les productions et qui a écrit les commentaires relatifs à la didactique de la discipline.

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