Physique-Chimie | Créteil

La thématique de la transformation chimique est un enjeu de formation qu’on retrouve au collège au lycée. Ce sujet est aussi source de multiples difficultés pour les élèves.

En cohérence avec les programmes officiels, les trois capsules suivantes ciblent différents aspects de la notion de transformation chimique, identifient des enjeux didactiques et proposent des pistes concrètes pour la conception des enseignements.

Bien que complémentaires et cohérentes entre elles, ces capsules peuvent être abordées chacune indépendamment des deux autres. D’une quinzaine de minutes, chaque capsule dispose, en continue, à gauche de l’écran, d’un sommaire qui permet d’évoluer plus aisément tout au long de l’enregistrement si on le souhaite.

Cette capsule aborde la question des modélisations et représentation possibles de la transformation chimique dans le contexte des cycle 3 et 4.

Dans un premier temps, la différence entre mélange et transformation est abordée, en lien avec la question de vocabulaire mobilisé, tant du domaine microscopique, que macroscopique. La distinction entre transformation chimique comme modification d’un système chimique évoluant d’un état initial à un état final et la réaction chimique comme une modélisation de la transformation précisant uniquement quelles sont les espèces réactives et produites et dans quelles proportions. Ainsi, une même réaction peut modéliser des transformations différentes.

En s’appuyant sur la combustion du méthane, une modélisation très progressive mobilisant langage naturel, modèle moléculaire et écriture symbolique est mobilisée, pour proposer différentes représentations de la réaction chimique. L’équation de réaction est la représentation symbolique de la réaction et elle permet notamment un dialogue entre les point de vues macroscopiques et microscopiques, tout en explicitant les proportions en jeu via les nombres stoechiométriques.

En fin de capsule, la question du passage de l’entité à la quantité via le nombre d’Avogadro est aussi abordée, en lien avec l’équation de réaction.

Cette capsule aborde la notion d’avancement d’une transformation chimique dans le cadre de la description de la composition d’un système chimique.

Une fois levées les ambiguïtés liées à la polysémie du mot « quantité » en chimie, la quantité de matière est introduite, à partir de l’exemple d’une équation de réaction et des masses de réactifs associées, comme une grandeur nécessaire à la description macroscopique de la matière et de ses transformations.

L’outil « tableau d’avancement » est ensuite présenté dans toute sa richesse descriptive des états initial et final d’un système chimique mais aussi dans toutes ses limites, notamment lorsque les élèves finissent par le remplir de manière automatique sans donner du sens aux données qui y figurent.
Une alternative originale au tableau d’avancement est alors proposée : l’utilisation de diagrammes en bâtons et la mobilisation de la proportionnalité via la stoechiométrie de l’équation. La dimension visuelle et le caractère intuitif de ces diagrammes pour les élèves facilitent la description de l’état d’un système, l’identification du réactif limitant d’une transformation, ainsi que lien entre les coefficients stœchiométriques et les proportions selon lesquelles les réactifs sont consommés et les produits sont obtenus.

La plus-value des diagrammes en bâtons dans l’étude des titrages, notamment pour justifier la relation à l’équivalence, est illustrée en fin de capsule.

Cette capsule propose une réflexion didactique relative à la prévision et au contrôle de l’évolution d’un système chimique au cours d’une transformation chimique.

La première partie de cette capsule s’intéresse à la distinction entre transformation totale et non totale. Un protocole expérimental est proposé pour rendre compte du caractère non total d’une transformation par la présence, à l’état final du système, de tous les réactifs et de tous les produits.

La seconde partie de la capsule décrit l’équilibre chimique comme un processus dynamique. Cet équilibre rend compte de deux réactions directe et inverse ayant lieu simultanément dont les vitesses évoluent jusqu’à s’égaliser à l’équilibre. Une analogie originale avec le processus de transvasement de liquide entre deux récipients est présentée comme pouvant faciliter la compréhension des élèves.

La troisième partie de la capsule traite du sens d’évolution d’un système chimique. Les quotients de réaction Qr et la constante d’équilibre K sont définis. Le lien entre cinétique et thermodynamique est fait. Le sens d’évolution spontané d’un système est déterminé par la comparaison entre Qr et K.

La dernière partie de la capsule s’intéresse à la perturbation de l’état d’équilibre. Les effets de l’élimination d’un réactif ou d’un produit ou l’ajout d’un réactif sont analysés. L’utilisation d’un montage de Dean Stark, pour éliminer l’eau produit par la synthèse d’un ester afin d’augmenter le rendement de la réaction, est détaillé.