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Classe inversée - Dosages en terminale S

Niveaux : Terminale
Mot(s) Clé(s) : Dosage - classe inversée
Résumé

logo-ptt-Term logoTraAM Cet article illustre un exemple d’usage proposé par le groupe GIPTIC de l’académie de Paris dans le cadre des TraAM 2015-2016 autour de la thématique n° 1 : "Dans quelle mesure les usages des ressources numériques permettent au professeur de mettre en place un enseignement de la physique chimie dans le cadre de la classe inversée ?" ici

Chapeau

logoTraAM Professeurs expérimentateurs - académie de Paris :
• Florian Briant, Lycée Arago
• Guillaume Serwar, Lycée Paul Bert
• Raphaël Spira, Lycée Montaigne
• Rodolphe de Tourris, École alsacienne

TraAM - page nationale

Objectifs

Compétences mises en œuvre

Notions et contenus :

Contrôle de la qualité par dosage

Dosages par étalonnage :

  • spectrophotométrie ; loi de Beer-Lambert ;
  • conductimétrie ; explication qualitative de la loi de Kohlrausch, par analogie avec la loi de Beer-Lambert.

Dosages par titrage direct.

Réaction support de titrage ; caractère quantitatif.

Équivalence dans un titrage ; repérage de l'équivalence pour un titrage pH-métrique, conductimétrique et par utilisation d’un indicateur de fin de réaction. 

Compétences attendues :

Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce à l’aide de courbes d’étalonnage en utilisant la spectrophotométrie et la conductimétrie, dans le domaine de la santé, de l’environnement ou du contrôle de la qualité.

Établir l’équation de la réaction support de titrage à partir d’un protocole expérimental.

Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce chimique par titrage par le suivi d’une grandeur physique et par la visualisation d’un changement de couleur, dans le domaine de la santé, de l’environnement ou du contrôle de la qualité.

Interpréter qualitativement un changement de pente dans un titrage conductimétrique.

Outils utilisés

  • Documents déposés sur une plateforme Moodle (accessible en Connexion anonyme ou par identification) : http://profs2physique.fr/
  • Capsules vidéos scénarisées.
  • Capsules vidéos créées à l’aide d’un appareil photo numérique et montage réalisé avec le logiciel Camtasia.
  • Capsules vidéos déposées sur une chaine Youtube
  • Et visualisable à l’adresse : https://youtu.be/vtQcurMCb8A
  • Quizz nominatifs  accompagnant chaque vidéo + quizz nominatifs de révision pour chaque chapitre (fonctionnalité Moodle).

 

Description

Déroulement de la séquence

À faire à la maison, avant…

Consigne pour les élèves :

TraAM-video-6

  • Faire le quizz associé, (voir Annexe)

TraAM-Quiz-6-1

  • Concevoir une fiche de cours à partir de la fiche de compétences (voir Annexe). (version pdf)

 

À faire en classe

  • Séance 1 : débriefing du quizz, réponses aux questions des élèves, travail par groupes de 4 sur une activité de découverte : (voir Annexe)
    version pdf
  • Séance 2 : travail par groupes de 4 sur une activité d’approfondissement : (voir Annexe)
    version pdf
  • Séance 3 : travail par groupes de 4 sur une activité d’approfondissement : (voir Annexe)
    version pdf
  • Séances 4 et 5 : travail différencié par groupes de 4. Les groupes les plus avancés travaillent sur des exercices type bac :
    • Bac S 2013, Amérique du Nord, Exercice I. ASPIRINE ET PRÉVENTION CARDIOVASCULAIRE sauf Partie 1
    • Bac S 2014, Pondichéry, Exercice III. CONTRÔLES DE LA QUALITÉ D’UN LAIT
    • Bac S 2015, Polynésie, Exercice III. COMPOSITION D’UN MÉDICAMENT
    • Centres étrangers 2015, Exercice I. L’HÉLIANTINE, INDICATEUR COLORÉ.

À faire à la maison, après...

Auto évaluation à l’aide du quizz de révision mis en ligne sur la plateforme Moodle.

 

Conditions de mise en œuvre

Avantages

Côté enseignant

  • Transfert du temps de cours dialogué vers du temps de mise en activité des élèves. On passe plus de temps dans l’échange individuel avec les élèves et de manière plus personnalisée
  • Différenciation de la pédagogie
  • Remédiations facilitées
  • Satisfaction professionnelle car les élèves visionnent les ressources dans une très grande majorité ce qui montre leur intérêt pour la matière
  • Créer une habitude de travail par un canevas analogue pour chaque chapitre et à l'aide d'outils numériques familiers des élèves (chaîne Youtube, site internet)

Côté élèves (voir questionnaire d’évaluation)

  • Plus de plaisir et de motivation dans l’apprentissage
  • Satisfaction de savoir de quoi on va parler avant le cours
  • Satisfaction d’être actifs en cours
  • Qualité d’apprentissage : chacun apprend à son rythme, mutualise ses savoirs et les enrichit (celui qui explique en choisissant son vocabulaire et celui qui écoute)
  • développement de l'autonomie

Inconvénients

  • Temps de préparation très important pour le professeur (solution : collaborer à plusieurs professeurs pour se partager le travail)
  • Des outils numériques à maitriser (vidéo, site, quizz)
  • Quelques élèves ayant de bons résultats dans un schéma classique d’enseignement se plaignent. La mise en œuvre du scénario demande de l’autonomie, des prises d’initiative et un travail actif
  • Gestion de vitesse d’apprentissage différente entre les élèves

 

Annexes

Fiche de compétences (version pdf)

 

TraAM-Competences-6

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Quizz associé à la vidéo

TraAM-Quiz-6-1

TraAM-Quiz-6-2

TraAM-Quiz-6-3

TraAM-Quiz-6-4

TraAM-Quiz-6-5

TraAM-Quiz-6-6

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Activité 1 (version pdf)

Dosages par titrage direct : Première approche d’un dosage par titrage

Un « dosage par titrage » est une méthode consistant à déterminer la quantité d’espèce chimique dans une solution de concentration inconnue. Pour comprendre l’évolution des quantités de matière lors d’un dosage par titrage, on peut modéliser ces quantités par des briques de construction.

Analyser la modélisation

Dans un cristallisoir sont placées 5 briques jaunes (modélisant le réactif titré, c'est-à-dire les molécules dont on souhaite déterminer la quantité).

1)     Faites tomber les briques blanches (modélisant les molécules du réactif titrant) une par une dans le cristallisoir et les accrocher à une brique jaune pour former un objet O selon l’ « équation de réaction » : B + J → O.
Complétez le tableau suivant au fur et à mesure :

Etape n° Nombre de briques blanches restant dans le cristallisoir Nombre de briques jaunes restant dans le cristallisoir
0 5
1    
2    
4    
5    
6    
10    


2)     Dans le cas où n < 5, quelle est la couleur des briques limitant la réaction ?
3)     Dans le cas où n > 5, quelle est la couleur des briques limitant la réaction ?
4)     L’étape n = 5 est appelée l’équivalence du titrage. Proposer une définition de ce terme.
5)     Imaginez maintenant qu’il y ait non pas 5 mais un nombre inconnu de briques jaunes dans le cristallisoir au départ, en versant progressivement des briques blanches à quoi aurait-on alors pu voir que l’équivalence est atteinte ? Cela permet-il de déterminer le nombre inconnu de briques jaunes ?

Réaliser un dosage par titrage direct

Un bécher contient 10,0 mL d’une solution de diiode de concentration inconnue. Les molécules de diiode I2 donnent une couleur jaune à la solution. A l’aide d’une burette graduée, on introduit mL par mL dans le bécher une solution de thiosulfate de sodium (2 Na+, S2O32-) de concentration connue C=0,10 mol/L.

La réaction support du titrage est :   I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62-

6)     Quel réactif correspond aux briques jaunes précédentes (quel est le réactif titré) ? Quel réactif correspond aux briques blanches précédentes (quel est le réactif titrant) ?
7)     Ici, combien faut-il de « briques blanches » pour réagir avec une seule « brique jaune » ?
8)     A l’équivalence quelle sera alors la relation entre la quantité nthiosulfate de thiosulfate versé et la quantité ndiiode de diiode initialement contenue dans le bécher ?
9)     S2O32-, I- et S4O62- sont toutes des espèces chimiques incolores. D’après vous, à quoi pourra-t-on repérer l’équivalence ?
10)  L’équivalence de ce titrage est obtenue lorsqu’on a versé un volume VE = 15,0 mL de solution de thiosulfate de sodium. Ce volume est appelé volume équivalent. Quelle quantité de thiosulfate a alors été versée ?
11)  En déduire la concentration inconnue de la solution de diiode.

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Activité 2 (version pdf)

 Dosages par titrage direct : Titrages pH-métrique et conductimétrique

Nous avons vu précédemment comment il était possible de repérer l’équivalence d’un titrage grâce au changement de couleur de la solution titrée. Mais comment faire lorsqu’une solution n’est pas colorée ?

TraAM-Activite6-2-1

S’approprier la technique de titrage pH-métrique

Si l’espèce chimique à titrer est un acide, il est possible de la titrer à l’aide d’un réactif titrant basique. Inversement si l’espèce chimique à titrer est une base, il est possible de la titrer à l’aide d’un réactif titrant acide Au fur et à mesure que la solution titrante est versée, on mesure le pH de la solution. L’évolution du pH en fonction volume de solution titrante versée donne ce type de courbe :

TraAM-Activite6-2-2

               

1)     Complétez le schéma du document 1 avec les légendes suivantes : « solution titrée », « solution titrante », « burette », « turbulent », « potence », « agitateur magnétique »
2)     Plaçons-nous dans le cas du titrage d’un acide par une base forte. En reprenant la modélisation de l’activité précédente, les briques jaunes sont une espèce chimique acide tandis que les briques blanches sont une espèce chimique basique.
Complétez le tableau suivant au fur et à mesure qu’on verse les briques blanches :

Etape n°

Nombre de briques blanches restant dans le cristallisoir

Nombre de briques jaunes restant dans le cristallisoir

pH

0

0

5

acide

1

 

 

 

2

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

6

 

 

 

10

 

 

 

 3)     Sur la courbe n°1, à quoi voit-on que l’équivalence est atteinte ? Quelle est la valeur du volume équivalent ?
4)     D’après vous, quelles sont les conditions sur la réaction entre le réactif titrant et le réactif titré pour que le titrage soit efficace : cette réaction support du titrage doit être totale ou équilibrée ? rapide ou lente ? unique ou couplée à d’autres réactions simultanées ?

S’approprier la technique de titrage conductimétrique

Lorsqu’une solution contient des ions, il est possible de déterminer la concentration en ions de cette solution grâce à un titrage conductimétrique. Il suffit de suivre l’évolution de la conductivité σ de la solution au fur et à mesure qu’on verse la solution titrante.

Par exemple, on réalise le titrage d’un volume V=200mL de solution d’acide chlorhydrique (H3O+,Cl-) de concentration inconnue par une solution titrante de soude (Na+, OH-) de concentration C= 0,20mol/L. L’équation de la réaction support du titrage est :

H3O+ + OH→ 2 H2O

Voila la courbe de titrage obtenue :

TraAM-Activite6-2-3

 5)     Cette fois encore on peut modéliser le réactif titré H3O+ par des briques jaunes, et le réactif titrant OHpar des briques blanches. Seulement la conductivité est due à tous les ions présents en solution, il faut donc prendre en compte les ions Cl- (briques vertes) et les ions Na+ (briques rouges) qui sont spectateurs :

Etape n

Nombre de briques jaunes H3O+

Nombre de briques vertes Cl-   

Nombre de briques blanches OH-   

Nombre de briques rouges Na+   

0

5

5

0

0

1

4

5

0

1

2

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

 

 

6

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 6)     Comment évolue [H3O+] (la concentration en ions H3O+) au cours du titrage ? Même question pour les ionsCl- , OHet Na+.
7)     La conductivité suit la loi de Kohlrausch : σ est proportionnelle aux différentes concentrations des ions en solution. Cela se traduit ici par :
σ =  λH3O+ x [H3O+] + λCl- x [Cl-] + λOH- x [OH- ] + λNa+ x [Na+]
où λH3O+ , λCl- , λOH- et λNa+ sont les conductivités ioniques molaires de chacun des ions.
Expliquez alors l’allure de la courbe de titrage obtenue.
8)     Comment repère-t-on l’équivalence sur une courbe de titrage conductimétrique ? Déterminez le volume équivalent à partir de la courbe de titrage conductimétrique.
9)     En déduire la concentration de la solution titrée.

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Activité 3 (version pdf)

Dosages par titrage direct : Choix d’un indicateur coloré

Un titrage colorimétrique est un titrage qui se base sur un changement de couleur du milieu à l’équivalence. Si la réaction support du titrage est une réaction acidobasique, il est possible d’ajouter à la solution titrée un indicateur coloré acidobasique dont la couleur changera à l’équivalence, ce qui permettra de repérer facilement l’équivalence. Le Bleu de Bromothymol (BBT) est un exemple d’indicateur coloré acidobasique.

Donnée : Cercle chromatique

    TraAM-Activite6-3-1

Analyser le changement de couleur du BBT

Le BBT se trouve, selon le pH, sous forme acide notée HIn et/ou sous forme basique notée In. Ces deux formes ont des couleurs différentes en solution aqueuse. HIn et In constituent un couple acide/base dont le pKa est égal à 7,1. Les spectres UV-visible des formes acide et basique du BBT sont représentés ci-dessous :

TraAM-Activite6-3-2

1)     Quelle est la couleur de la forme acide HIn du BBT ?
2)     Quelle  est la couleur de la forme basique In du BBT ?
3)     On introduit quelques gouttes de BBT dans une solution aqueuse incolore de pH égal à 5. Quelle couleur prend cette solution ? Bien détailler votre raisonnement.
4)     *** Le BBT présente sa teinte sensible, résultat de la superposition de sa forme acide et de sa forme basique, dans une zone de pH appelée « zone de virage ».
On considère, en première approximation, que l’on a superposition des teintes quand aucune des deux formes n’est prépondérante devant l’autre : c’est-à-dire si aucune n’a sa concentration supérieure à dix fois celle de l’autre. Déterminez la zone de virage.

Rappel : TraAM-Activite6-3-4

Valider le choix d’un indicateur coloré acidobasique

En réalité, il faut prendre en compte l’intensité de la teinte de chaque forme ; la zone de virage réelle du BBT est de ce fait comprise entre pH = 6,0 et pH = 7,6.

On réalise le dosage pH-métrique de 20,0 mL de solution aqueuse d’acide benzoïque C6H5COOH par une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (Na+(aq) + HO(aq)) de concentration 0,10 mol/L. La courbe du titrage ci-après présente les variations du pH en fonction du volume de solution aqueuse d’hydroxyde de sodium versé.

TraAM-Activite6-3-3

5)     Aurait-on pu utiliser le BBT pour détecter l’équivalence de ce titrage acido-basique ? Qu’aurait-on observé à l’équivalence ?
6)     Parmi les indicateurs colorés acidobasiques suivants, lequel serait encore plus adapté pour détecter l’équivalence de ce titrage :
  - hélianthine : zone de virage comprise entre pH = 3,1 et pH = 4,4
  - rouge neutre : zone de virage comprise entre pH = 6,8 et pH = 8,0
  - thymolphtaléine : zone de virage comprise entre pH = 9,4 et pH = 10,8
7)     Pourquoi, d’après vous, ne faut-il verser que quelques gouttes d’indicateur coloré dans la solution titrée ?
8)     À défaut d’indicateur coloré, déterminez le volume équivalent de ce titrage par la méthode des tangentes.
9)     En déduire la concentration de la solution titrée.

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Sondage-bilan

Nous avons réalisé un bilan d'étape de notre démarche auprès de nos élèves avant les vacances de Noël. Le questionnaire était anonyme.

Voici un extrait des réponses : 

TraAM-Sondage-6-1

TraAM-Sondage-6-2

TraAM-Sondage-6-3

 

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