Programme : Sciences de la nature








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titreProgramme : Sciences de la nature
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Plan de cours


Chimie DES SOLUTIONS
202-NYB-05


Pondération : 3-2-3

Unités 2 2/3

Compétence visée (00UM): Analyser les propriétés des solutions et les réactions en solution.
Programme : Sciences de la nature

Professeur : Martin Giroux

Département : Sciences de la nature

Bureau : 10.58

Téléphone : 982-3437 #7340

Courriel : martingiroux@cvm.qc.ca



Disponibilités : Affichées sur le babillard, en face du bureau 10.58. Ne pas hésiter à venir me rencontrer au bureau ou me poser des questions par courriel ou prendre rendez-vous par téléphone ou courriel. Cela me fait plaisir si je peux vous aider.

Cégep du Vieux Montréal


Hiver 2008


  1. La compétence visée par le cours




Objectif : Analyser les propriétés des solutions et les réactions en solution (00UM).



Énoncé de la compétence 00UM

Analyser les propriétés des solutions et les réactions en solution.

Éléments de la compétence

1. Analyser les propriétés colligatives des solutions.

2. Résoudre des problèmes relatifs à la cinétique des réactions en solution.

3. Résoudre des problèmes relatifs aux équilibres chimiques.

4. Vérifier expérimentalement quelques propriétés des solutions.

5. Déterminer expérimentalement quelques caractéristiques de réactions en solution.


Standard (seuil de réussite)

Contexte de réalisation
Vous venez de vous faire embaucher par Chemlab, une entreprise spécialisée dans l’analyse des eaux dans le domaine environnemental. Il s’agit de votre premier travail d’été comme étudiant. De plus au sein de la compagnie, travaille votre meilleur ami au cégep, Peter. Vous vous êtes rencontrés dans le cadre d’un cours de chimie des solutions au cégep.
Un jour, votre patron vient vous voir pour vous demander d’analyser et d’identifier les substances et les ions présents dans un échantillon d’eau, provenant d’un client. Ce dernier aimerait bien savoir ce qu’il y a dans l’échantillon qu’il a apporté. Il veut connaître la nature et la concentration de chaque substance et/ou ion présents, le pH expérimental et calculé et, la cinétique de la réaction chimique en jeu (calculer l’ordre de la réaction et la constante de vitesse) dans cette solution. Vous savez qu’il existe six grandes classes de réactions chimiques en solutions : les réactions d’oxydoréduction, acido-basiques, de précipitation, de solubilité, les solutions tampons et l’équilibre chimique des solutions.
Votre patron vous donne un délai de deux jours pour répondre à la demande du client. Pour se faire, il vous demande de rédiger un rapport de laboratoire dans lequel vous devez inclure le ou les différents protocoles expérimentaux que vous appliquerez, établirez ensuite votre propre protocole expérimental selon la réaction chimique présente dans votre solution ainsi que tous les calculs à effectuer. Pour faire ce travail, vous avez le droit de consulter n’importe quel livre de référence ou notes en chimie.
Critères de performance
Utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes.

Utilisation d’une terminologie appropriée.

Représentation adéquate de situations.

Rigueur et cohérence de la démarche de résolution de problème.

Validité des approximations requises.

Application correcte du protocole expérimental.

Respect des règles de sécurité et protection de l’environnement.

Validité du contenu du rapport de laboratoire.

Discussion logique des résultats.

Estimation des incertitudes.

Qualité de la présentation des données expérimentales.


2-Présentation générale du cours




2.1. Renseignements généraux
Ce cours de Chimie des solutions (202-NYB-05) de 75 heures est mis à la deuxième session du programme préuniversitaire en Sciences de la nature. Il comprend 45 heures de cours théoriques et 30 heures de travaux pratiques. Il demande de la part de l’élève 3 heures de travail personnel par semaine.

2.2. Buts du cours et lien avec le programme des sciences de la nature



Ce cours s’adresse aux élèves11 inscrits au programme des sciences de la nature dans le cadre de l’enseignement général préparatoire aux études universitaires en sciences.
Fort des connaissances de base de la chimie acquises dans le cours de chimie générale, l’élève pourra dans le cours de chimie des solutions, s’appliquer à étudier les règles qui régissent les réactions chimiques se produisant en solution, particulièrement celles se produisant en solution aqueuse.
Le cours de chimie des solutions vise à parfaire la formation scientifique de base de l’élève. Il fait beaucoup plus appel aux capacités de raisonnement et de compréhension de l’élève qu’à sa capacité de mémorisation. C’est pourquoi le cours est axé sur la résolution de problèmes et la réalisation d’expériences de laboratoire.


2.3. Objectifs du cours

Objectifs globaux :
Le cours de chimie des solutions vise à faire acquérir aux élèves les douze macrocompétences suivantes:
1. Appliquer la démarche scientifique.

2. Résoudre des problèmes de façon systématique.

3. Utiliser des technologies appropriées de traitement de l’information.

4. Raisonner avec rigueur.

5. Communiquer de façon claire et précise.

6. Apprendre de façon autonome.

7. Travailler en équipe.

8. Établir des liens entre la science, la technologie et l’évolution de la société.

9. Définir son système de valeurs.

10. Situer le contexte d’émergence et d’élaboration des concepts scientifiques.

11. Adopter des attitudes utiles au travail scientifique.

12. Traiter de situations nouvelles à partir de ses acquis.
Objectifs spécifiques :
1. Analyser les propriétés colligatives des solutions.

2. Résoudre des problèmes relatifs à la cinétique des réactions en solution.

3. Résoudre des problèmes relatifs aux équilibres chimiques.

4. Vérifier expérimentalement quelques propriétés des solutions.

5. Déterminer expérimentalement quelques caractéristiques de réactions en solution.
2.4. Organisation des activités d’enseignement et d’apprentissage
Des connaissances déclaratives (ou théoriques), procédurales et conditionnelles sont acquises dans le cadre de ce cours. L’acquisition de ces connaissances servira à l’atteinte des objectifs spécifiques et généraux du cours.
Les connaissances déclaratives (ou théoriques) seront acquises en réactivant les connaissances antérieures des élèves. Ils devront donc faire les lectures obligatoires avant le cours. Ceux-ci seront encouragés à poser des questions en classe pour identifier les points importants du cours et à clarifier les parties de la matière moins bien comprises de leur part. L’enseignant donnera plusieurs exemples et analogies afin d’expliquer et d’illustrer les notions ou les concepts importants du cours. Il demandera aussi aux élèves de trouver des exemples et des analogies pour expliquer eux-mêmes les notions ou les concepts présentés en classe. Les cours seront essentiellement des cours magistraux ponctués d’interactions avec les élèves. De plus, quelques films seront présentés dans le cadre de certains cours. Ces films résument d’une manière différente la matière abordée en classe ou présentent des applications pratiques portant sur certains concepts ou notions en chimie. L’organisation des connaissances sera faite par les élèves selon différentes activités pédagogiques réalisées en classe.
L’acquisition des connaissances procédurales et conditionnelles se réalisera principalement lors des périodes d’exercices, de problèmes ou de travaux, en classe. L’enseignant démontra la démarche de résolution de problème ou d’exercice. Les élèves en équipe, devront ensuite effectuer une série de problèmes ou d’exercices. Ces derniers doivent faire dans la mesure du possible les exercices, les problèmes et les travaux recommandés car leur résolution est essentielle pour acquérir ces connaissances. Dans le cadre de ce cours, ils seront de plus appelés à s’initier et à développer des habiletés à chercher des données dans des livres de référence en chimie comme le Handbook of chemicals and physics compounds ou le Merck Index.
Finalement, les séances de laboratoire (rédaction de rapports de laboratoire) et les problèmes contextualisés réalisés en équipe serviront à intégrer les connaissances déclaratives, procédurales et conditionnelles acquises lors des cours. Ils viennent donc consolider l’acquisition de ces connaissances, en les transposant dans un contexte réel.
Un site Web accompagnera le cours. Il servira principalement de support et d’aide aux élèves dans la progression de leurs apprentissages. On y retrouvera les notes de cours et les réponses à certains exercices et problèmes que les élèves doivent faire. La correction de ces problèmes ou exercices leur permettra de mieux se situer par rapport à la compréhension de la matière vue en classe et à soutenir les élèves en vue des examens, en distinguant les notions qu’il maîtrise bien et celles qu’il maîtrise moins bien. On retrouvera également sur ce site plusieurs hyperliens «Internet» menant à des sites d’intérêt en chimie afin que ceux qui le désirent puissent pousser plus loin leurs connaissances en chimie.

2.5. Les activités d’évaluation



L’évaluation formative :
L’évaluation formative est présente tout au long de la session, tant au niveau de l’acquisition des connaissances déclaratives (théoriques), procédurales ou conditionnelles, et prépare bien l'élève aux évaluations sommatives (examens et rapports de laboratoire). Les interventions de l’enseignant sont importantes, surtout lors de l’acquisition des connaissances déclaratives (théoriques) pour vérifier que ceux-ci possèdent une représentation juste des concepts ou des notions abordés en classe.

L’élève doit faire autant que possible des exercices et des problèmes dans les manuels recommandés, réalisés lors des périodes prévues en classe ou sous forme de devoirs. Leur résolution l’aidera à mieux comprendre et approfondir la matière expliquée en classe. L’enseignant les aidera dans cette tâche, en démontrant les démarches de résolution de problème ou d’exercice et en faisant souvent des commentaires lors de la résolution ou de la correction de ceux-ci, oralement ou par écrit à ces derniers. Ces commentaires sont importants car ils leur permettront de mieux se situer dans leurs apprentissages (distinguer ce qu’ils comprennent bien de ce qu’ils comprennent moins bien).

Le corrigé des exercices et des problèmes présent sur le site Web du cours sert aussi d’évaluation formative car l’élève s’autoévalue en se corrigeant lui-même. Il peut alors distinguer ce qu’il a bien compris de ce qu’il ne comprend pas.
L’évaluation sommative :
La partie théorique du cours compte pour 70 % réparti comme suit :

% de la note du bulletin

Examen 1 (partiel) 20

Examen 2 (partiel) 20

Examen 3 (partiel et synthèse) 30
La date précise de chaque examen sera communiquée aux élèves au moins une semaine à l’avance.

L'évaluation de la théorie (examens) vise la maîtrise des objectifs spécifiques mentionnés précédemment et se fera sous forme de:

- Connaissance des mots-clés

- Explication de certains concepts de base

- Résolution de problèmes ou d’exercices

Critères d’évaluation :

Rigueur et cohérence de la démarche de résolution de problème (5 pts)

Exactitude des calculs (5 pts)

Utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes et utilisation d’une terminologie appropriée (5 pts)

Représentation adéquate de situations (5 pts)
La partie travaux pratiques compte pour 30% de la note du bulletin réparti comme suit :
Problèmes contextualisés % de la note du bulletin

5
Laboratoires % de la note du bulletin

Laboratoire 1 4

Laboratoire 2 6

Laboratoire 3 4

Laboratoire 4 3

Laboratoire 5 3


Cahier de laboratoire % de la note du bulletin

3
Appréciation individuelle au laboratoire % de la note du bulletin

2
Les problèmes contextualisés portent sur l’intégration des connaissances déclaratives, procédurales et conditionnelles.

Critères d’évaluation :

Qualité de la langue (0.5 pts)

Rigueur, cohérence de la démarche de résolution de problème et représentation adéquate de situations (1.5 pts)

Utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes et utilisation d’une terminologie appropriée (1 pt)

Justesse et cohérence des explications sur le plan de l’intégration de connaissances (2 pts)
Les laboratoires sont évalués par la rédaction d’un rapport de laboratoire.

Critères d’évaluation :

Qualité de la langue (1 pt)

Présence des éléments constituants d’un rapport de laboratoire (3 pts)

Exactitude des résultats obtenus (3 pts)

Discussion logique des résultats (3 pts)
Le cahier de laboratoire est évalué selon les

Critères d’évaluation suivants :

Qualité de la langue (1 pt)

Présence des éléments constituants d’un cahier de laboratoire (6 pts)

Exactitude des résultats obtenus (incluant les calculs effectués) (3 pts)
L’appréciation individuelle au laboratoire est évaluée selon les

Critères d’évaluation suivants :

  • Propreté du travail (0.3 pts)

  • Respect de la sécurité et du fonctionnement au laboratoire (0.3 pts)

  • Travail en équipe au laboratoire (0.3 pts)

  • Respect de l’heure accordée à chaque séance de laboratoire (0.3 pts)

  • Autonomie (0.3 pts)

  • Comportement (0.3 pts)


La qualité de la langue française est évaluée dans chaque rapport de laboratoire ou travail pour 10% de la note du rapport de laboratoire ou du travail. (Politique d'Évaluation des Apprentissages (PÉA), art.6.2. et Politique Départementale d'Évaluation des Apprentissages (PDÉA), règle 8)
L’élève sera évalué selon les critères suivants, à la fois dans la partie théorique et pratique du cours, tout au long de la session :

Utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes.

Utilisation d’une terminologie appropriée.

Représentation adéquate de situations.

Rigueur et cohérence de la démarche de résolution de problème.

Validité des approximations requises.

Application correcte du protocole expérimental.

Respect des règles de sécurité et protection de l’environnement.

Validité du contenu du rapport de laboratoire.

Discussion logique des résultats.

Estimation des incertitudes.

Qualité de la présentation des données expérimentales.

2.6. Ce qui est attendu de vous …



Les règles définies dans la politique d’évaluation des apprentissages (PÉA) et celles adaptées par le département des Sciences de la nature (PDÉA) sont appliquées dans le cadre du cours de chimie des solutions (pour plus d’informations, voir ces documents sur le site web du cours ou du département).

Tous les cours théoriques et les séances de laboratoire sont obligatoires. (PÉA, art.6.11. et PDÉA, règle 10.3) L’utilisation d’un cellulaire est interdite dans la classe ainsi qu’au laboratoire de chimie. Une absence non motivée à un examen ou à une séance de laboratoire est sanctionnée par la note 0 à cet examen ou à cette séance de laboratoire. Il revient donc à l’élève d’aviser le professeur en cas d’absence motivée. (PÉA, art.6.9.).

Il n’y a aucune reprise ou remise pour une absence à une séance de laboratoire, quelle qu’en soit la cause. Le port du sarrau et des lunettes protectrices est obligatoire au laboratoire. Le port des lentilles cornéennes est dangereux et est donc proscrit. L’élève qui oublie son sarrau ou ses lunettes une seconde fois lors de la session peut se voir refuser l’accès au local du laboratoire. (PÉA, art. 6.15. et PDÉA, règle 6.6)

Tous les examens se feront sans aucun document. L’utilisation d’un cellulaire n’est pas autorisée lors de la passation des examens. Il n’y a pas de reprise des examens. Les examens partiels manqués dus aux absences motivées seront remis par l’examen de synthèse. L’élève obtient alors, aux examens remis, la même note que celle obtenue à l’examen de synthèse (pondération ajustée) (PDÉA, règle 5.9). Un délai de deux jours ouvrables (de cours) qui suivent son retour est accepté pour motiver votre absence (PDÉA, règle 10.2).
Le plagiat et/ou la fraude au cours d’un examen ou d’un travail sont automatiquement sanctionnés par la note 0. En cas de récidive, l’élève est référé à la coordination départementale qui décidera des mesures à prendre. (PÉA, art.6.10. et PDÉA, règle 9)
La réussite du cours requiert une note cumulative d’au moins 60% (PÉA, art.6.4. et PDÉA, règle 4).
L’élève qui arrive systématiquement en retard (deux fois et plus) avec plus de dix minutes de retard à un cours est pénalisé d’une période d’absence; de plus, le professeur peut exiger qu’il attende à la période suivante avant d’entrer en classe (PDÉA, règle 10.4).

Les expériences de laboratoire sont effectuées par des équipes de deux élèves. Chaque membre d'une équipe doit faire sa part dans le déroulement de l’expérience. Un seul rapport par équipe est remis au professeur. Chaque membre d’une équipe est responsable de la remise à temps du rapport de laboratoire de son équipe. Une pénalité de 10% de la note du rapport de laboratoire par jour de retard ouvrable sera appliquée. Aucun rapport de laboratoire ne sera accepté après que le professeur aura remis les rapports corrigés sur le même laboratoire à la classe (PÉA, art.6.8. et PDÉA, règles 6.3 et 6.4).

3- Contenu détaillé du cours
1. Les propriétés des solutions

1.1. Nature des solutions aqueuses
1.2. Composition d’une solution
1.3. Solutions idéales : loi de Raoult, propriétés colligatives
1.4. Solutions non idéales

1.5. Propriétés colligatives des solutions d’électrolytes

2. La cinétique chimique

2.1. Vitesse de réaction
2.2. Équations de vitesse
2.3. Équations de vitesse intégrée
2.4. Mécanismes réactionnels

3. L'équilibre chimique

3.1. Les constantes d'équilibre kc, kp
3.2. Équilibre hétérogène
3.3. Principe de Le Châtelier
4. Les acides et les bases

4.1. Nature des acides et des bases
4.2. Échelle de pH
4.3. Force d’un acide
4.4. Calcul du pH des solutions aqueuses des acides, des bases, des polyacides et des sels
4.5. Solutions tampons : préparations, calcul de pH, propriétés
4.6. Titrages acido-basiques : courbes de titrage, indicateurs colorés acide-base

5. Le produit de solubilité

5.1. Solubilité
5.2. Produit de solubilité
5.3. Solubilité en présence d'un ion commun
5.4. Précipitation
5.5. Dissolution
6. L'oxydoréduction

6.1. Oxydation et réduction
6.2. Degré d'oxydation
6.3. Équilibrage des équations d'oxydoréduction


4- Calendrier des activités

Voir annexe
5- Matériel requis pour le cours
- CHIMIE DES SOLUTIONS, John C. Kotz et Paul M. Treichel Jr, Groupe Beauchemin, 2005.

- CHIMIE DES SOLUTIONS, COURS 202-201, Département de chimie, Les presses du CVM, (code 212-051).

- Tableau périodique des éléments

- Calculatrice scientifique (fonctions Exp, Log)

- Sarrau et lunettes protectrices

Ces volumes et ce matériel sont en vente au magasin scolaire du collège, L’ARTÉFACT, au 3ième étage.
6-Médiagraphie
- CHIMIE DES SOLUTIONS, Steven S. Zumdahl, 2e édition, CEC Inc., 1998.

- CHIMIE DES SOLUTIONS, CORRIGÉ DÉTAILLÉ, Thomas J. Hummel, Susan A. Zumdahl, Steven S. Zumdahl, 2e édition, CEC Inc., 1998.

- CHIMIE DES SOLUTIONS, John W. Hill et Ralph H. Petrucci, ERPI, 2003.

- CHIMIE DES SOLUTIONS, Eddy Flamand, 2e édition, Modulo, 2003.

- CHIMIE FONDAMENTALE, PRINCIPES ET PROBLÈMES, Chimie des solutions, Vol.2, Raymond Chang, 2e édition, Chenelière/McGraw-Hill, 2002.

- TRAITÉ DE CHIMIE DES SOLUTIONS, Gaston J. Beaudoin & René P. Tremblay, Éditions Le Griffon d’Argile inc. 1986.

- CHIMIE DES SOLUTIONS, PROBLÈMES DE CHIMIE 2, G. J. Beaudoin & M. Julien, Éditions Le Griffon d’Argile inc. 1986.

- CHIMIE 2 ; 1. LES ÉQUILIBRES DE PHASE, 2. LES ÉQUILIBRES CHIMIQUES, 3. LA CINÉTIQUE CHIMIQUE, M. Tournier & M. Servant, Centre éducatif et culturel inc., 1988.

- CHIMIE GÉNÉRALE, UNE APPROCHE RAISONNÉE, André Barrette, Éditions Études vivantes, 1993.

- GUIDE DES SCIENCES EXPÉRIMENTALES, Gilles Boisclair & Jocelyne Pagé, Éditions du Renouveau pédagogique, 1992.

- INTRODUCTION À LA MÉTHODE EXPÉRIMENTALE, L.-M. Tremblay & Y. Chassé, Centre éducatif et culturel, 1970.

- DEVENIR EFFICACE DANS SES ÉTUDES, Christian Bégin, Éditions Beauchemin inc., 1992.

- CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT, C. Blieffert et R. Perraud, ERPI/De Boeck, 2001.

- CHIMIE DES EAUX, Monique Tardat-Henry, Le Griffon d’Argile, 1995.

Ces volumes sont disponibles à la bibliothèque pour consultation.
- Les revues Québec Sciences, Pour la science, Sciences et vie, Le Chimiste (OCQ).
Site web du cours : http://www.cvm.qc.ca/martingiroux


1 Le genre masculin inclus le genre féminin et est utilisé seul afin de ne pas alourdir le texte.


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