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1 R R RE E EP P PU U UB B BL L LI I IQ Q QU U UE E E D D DU U U S S SE E EN N N

1 R R RE E EP P PU U UB B BL L LI I IQ Q QU U UE E E D D DU U U S S SE E EN N NE E EG G GA A AL L L U UN N P PE EU UP PL LE E - - U UN N B BU UT T - - U UN NE E F FO OI I ------------- UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR -------------- F F FA A AC C CU U UL L LT T TE E E D D DE E ES S S S S SC C CI I IE E EN N NC C CE E ES S S E E ET T T T T TE E EC C CH H HN N NO O OL L LO O OG G GI I IE E ES S S D D DE E E L L L’ ’ ’E E ED D DU U UC C CA A AT T TI I IO O ON N N E E ET T T D D DE E E L L LA A A F F FO O OR R RM M MA A AT T TI I IO O ON N N -------------- DEPARTEMENT DE SCIENCES PHYSIQUES -------------- F FI IC CH HE E P PE ED DA AG GO OG GI IQ QU UE E Présenté par : Sous la Direction de : M M. . E El l h ha ad dj ji i D Da ao ou ud da a D DI IA AW W M M. . I Ib br ra ah hi im ma a C CI IS SS SE E Année académique Année académique Année académique Année académique : : : : 2008/2009 2008/2009 2008/2009 2008/2009 T T Ti i it t tr r re e e: : : C C CL L LA A AS S SS S SI I IF F FI I IC C CA A AT T TI I IO O ON N N Q Q QU U UA A AN N NT T TI I IT T TA A AT T TI I IV V VE E E D D DE E ES S S C C CO O OU U UP P PL L LE E ES S S O O OX X XY Y YD D DA A AN N NT T T- - -R R RE E ED D DU U UC C CT T TE E EU U UR R R 2 TABLE DES MATIERES Introduction 2 Fiche de la leçon 3 Pré-requis 3 Compétence 3 Objectifs spécifiques 3 Matériels et produits utilisés 4 Plan de la leçon 5 Déroulement possible de la leçon 6 Evaluations 16 Conclusion 22 Bibliographie 23 Webographie 24 Annexes 25 Annexe 1 : réalisation de pile électrochimique 25 Annexe 2 : réalisation d’une demi-pile à hydrogène simplifiée 38 Annexe 3 : réalisation de pile à la maison 40 3 INTRODUCTION Le programme de physique chimie au Sénégal a été modifié en 2008. L’approche par les compétences (A.P.C) a remplacé l’approche par les objectifs (A.P.O). Le contenu de certain chapitre a été légèrement modifié. Dans ce travail nous nous proposons d’élaborer une fiche pédagogique sur le chapitre : « Classification quantitative des couples oxydant-réducteur ». C'est un chapitre incontournable pour l'acquisition de l’une des compétences d'année en chimie défini dans le programme de science physique pour la classe de première S qui est : « A la fin de la classe de première S, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être en électrochimie (réactions redox, propriétés métalliques, potentiels normaux, électrolyse…), doit les intégrer dans des situations familières de résolution des problèmes: utilisation, application diverses ». Le problème mondiale actuelle qui est celui de l'énergie avec le tarissement prochain des gisements de pétrole et la pollution qui découle de leur utilisation a fini par dégrader notre environnement et nous expose actuellement aux pires catastrophes naturelles (inondation, ouragan, séisme, tsunami …). D’où l’urgence de trouver de nouvelles sortes d’énergies « propres » et en quantité suffisante. Ce document est destiné à tous les professeurs de Sciences Physiques. C’est une fiche de leçon avec ses différentes parties (pré-requis, compétence, objectifs spécifiques, plan, déroulement). Des exercices sur le chapitre ont été proposés et corrigés. En fin une annexe sur des expériences simples et réalisables à domicile ferme le document. 4 FICHE DE LA LEÇON Chapitre : Classification quantitative des couples oxydant-réducteur. Durée : 6h Classe de premiére S Effectif: Fille: Garcon: PRE-REQUIS Pour pouvoir suivre cette leçon, l'élève de la classe de première S doit connaître : La notion d'atome La notion d'ion Les tests d'identification des ions courants Les couples oxydant-réducteur Le sens conventionnels du courant électrique Le sens de parcours des électrons dans un circuit électrique COMPETENCE A la fin de la leçon, l’élève ayant acquis les savoir, savoir faire et savoir être sur la classification quantitative des couples oxydants-réducteurs (réactions redox, propriétés métalliques, potentiels normaux) doit les intégrés dans des situations familières de résolution de problèmes : utilisation rationnelle des piles …. OBJECTIFS SPECIFIQUES A la fin de la leçon: la classification quantitative des couples oxydant-réducteur, l’élève de la classe de première S doit être capable de: Définir les concepts clés: pile, demi-pile force électromotrice, potentiel d'un couple oxydant- réducteur, potentiel normal d'un couple oxydant-réducteur. Déterminer la polarité d’une pile. Déterminer la f.e.m d’une pile. Retenir qu'au pôle négatif on a une oxydation. Ecrire l'équation-bilan de la réaction de fonctionnement d'une demi. Déterminer la f.e.m d'une pile connaissant les potentiels normaux des deux couples la constituant. Placer le couple H3O+/ H2 dans l'échelle de classification électrochimique. Réaliser une pile. Mesurer la f.e.m d'une pile. Utiliser une pile de manière rationnelle. 5 MATERIELS ET PRODUITS Produits Matériels Solution 1M et 0,1 M de Zn2+ Solution 0,1M et 1M de Cu2+ Solution 1 M et 0,1 M de Fe2+ Lame de zinc Lame de fer Zinc en Grenaille Fer en poudre Cuivre en tournure Solution d'Acide Chlorhydrique 1 M Ponts Salins (fait avec du papier filtres imbibe de KNO3) Multimètres Numériques Fils de connections et pinces crocodile Tubes à essais Pipettes Compte-gouttes Béchers 100 ml Béchers 500 ml Béchers 250 ml Cristallisoir Entonnoirs Electrodes de Graphite Fil de Platine ou Electrode de Platine Règle Craies (blanche, jaune, bleu, vert et rouge) 6 PLAN DE LA LEÇON 1-Action des ions hydronium sur un métal : 1-1 Expérience : 1-2 Equations des réactions: 1-3- Place du couple H+/ H2 : 2- Pile Danielle : 2-2 Description : 2-2-1 Utilisation : 2-2-2 Expérience ; Cf. Schéma : 2-2-3 Représentation par un diagramme : 2-3 Equation bilan : 2-4 Force électromotrice: 2-5 Conclusion: 3-Demi pile à hydrogène : 3-1 Description : 3-2 Electrode normale à hydrogène : 3-3 Potentiel d’oxydoréduction : 3-3-1 Définition : 3-3-2 Potentiel d’oxydoréduction du couple M+/ M : 3-3-3 Potentiel normale d’oxydoréduction : 4- Utilisation des potentiels d’oxydoréduction : 4-1 Classement des couples oxydants réducteurs : 4-2 Réactions totales : 4-3 Détermination d’une force électromotrice : 4-4 Demi-pile de référence pratique : 7 DEROULEMENT Temps Plan habillé Déroulement 30mn 1 Action des ions hydronium sur un métal : 1-1 Experience : • Montage expérimentale : Dans quatre tubes à essais, mettons, respectivement, un peu de grenaille de zinc, de poudre d’aluminium, un morceau de clou en fer et de tournure de cuivre, puis ajoutons quelques centimètres cubes de solution d’acide chlorhydrique. • Observation : Nous observons que des bulles de gaz se dégage dans les tubes à essai contenant respectivement : de la grenaille de zinc, de l’aluminium et le morceau fer. Nous observons aussi que la température des tubes correspondant augmente tandis que le dégagement gazeux s’accélère. • Interprétation : L’ion hydronium H3O+ est un ion H+ qui s’est fixé sur une molécule d’eau H2O. Dans les expériences précédentes pour obtenir une molécule de dihydrogène il faut que deux ions H+ captent deux électrons. On peut traduire cette interprétation par : 2H3O+ + 2 e- → H2 (g) + 2H2O 2H+ + 2 e- → H2(g) Les métaux se transforment en ions métalliques. 1-2 Equations des réactions: *Amener le titre de la leçon en parlant de la classification qualitative pour leur montrer que l’on peu aussi classer les couples oxydants réducteurs d’une autre manière par exemple de manière quantitative. Parler aussi des réactions d’oxydoréduction et de leurs intérêts dans la production d’énergie électrique. Dans le paragraphe 1, nous allons nintéresser aux réactions d’oxydoréduction mettant en jeu l’ion hydronium. * Présenter le matériel *Insister sur l’observation *Interroger un élève pour faire l’expérience *La mise en évidence du dihydrogène se fera en approchant une petite flamme des tubes à essais. *Aider les élèves à établir les équations des réactions chimiques. *Montrer aux élèves la mise en évidence d’un nouveau couple H3O +/H2. *Faire observer aux élèves qu’il n’y a pas de réaction entre le cuivre et l’acide chlorhydrique. uploads/Management/ fiche-pedagogique2-pdf.pdf