Cet article illustre un exemple d’usage proposé par le GEP de l’académie de Versailles s’inscrivant dans le projet national TraAM 2019-2020 dont la thématique est :

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Professeur expérimentateur

• Aurélie Marié
• Lycée Polyvalent Albert Einstein
• Sainte Geneviève des Bois (Essonne 91)

Cette solution de décontamination pour lentilles de contact est-elle toujours fiable ?

• Lycée
• Première spécialité - Thème : Constitution et transformations de la matière

Introduction

L’objectif de cette séquence pédagogique est de proposer une activité expérimentale (2H) sur le titrage de l’eau oxygénée par les ions permanganate pour déterminer puis comparer le volume équivalent par deux méthodes différentes : l’une expérimentale par titrage par suivi colorimétrique, l’autre à l’aide d’une simulation par programmation python.
Pour cela, les élèves seront amenés à construire le graphe représentant l’évolution des quantités de matière des espèces en fonction du volume de solution titrante versé par le biais de la programmation python après avoir consolidé leurs connaissances sur le vocabulaire lié aux dosages, sur la notion liée à l’équivalence ainsi que sur la syntaxe de la programmation python.

Compétences

• S’APPROPRIER :
  Vocabulaire lié aux titrages.
  La notion de la relation à l’équivalence.
• ANALYSER :
  Choisir, concevoir ou justifier un protocole expérimental.
  Organiser et exploiter les informations extraites et ses connaissances.
• RÉALISER :
  Mettre en œuvre un protocole, expérimentalement une dilution, un titrage par suivi colorimétrique, comprendre une simulation d’une courbe en langage python, relever les résultats (tableau, graphique, …), utiliser un langage de programmation.
• VALIDER :
  Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter. Confronter un modèle à des résultats expérimentaux.

CRCN - Compétences Numériques

• C2-3 « collaborer » : Collaborer dans un groupe pour réaliser un projet, co-produire des ressources, des connaissances, des données, et pour apprendre.
• C3-4 « programmer » : Écrire des programmes et des algorithmes pour répondre à un besoin.

Notions et contenus du programme

• Notions et contenus :
  Titrage avec suivi colorimétrique
  Réaction d’oxydo-réduction support du titrage
  Changement de réactif limitant au cours du titrage
  Définition et repérage de l’équivalence.

• Compétences exigibles :
  Relier qualitativement l’évolution des quantités de matière de réactifs et de produits à l’état final au volume de solution titrante ajoutée.
  Relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stoechiométriques.
  Etablir la relation entre les quantités de matière de réactifs introduites pour atteindre l’équivalence.
  Expliquer ou prévoir le changement de couleur observé à l’équivalence d’un titrage mettant en jeu une espèce colorée.

Objectif(s) pédagogique(s)

• Réaliser une dilution et un titrage par suivi colorimétrique.
  Déterminer le volume à l’équivalence.
  Collaborer avec l’ensemble des binômes pour faire un calcul d’incertitude parmi les différentes valeurs de VE trouvées.

• Choisir parmi 3 scripts de programmation python celui qui convient à la situation.
  Avoir un esprit critique quant aux résultats expérimentaux et de simulation

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

• Objectif 1 : disciplinaire
  Réaliser un titrage par suivi colorimétrique et déterminer le volume à l’équivalence de façon expérimentale (changement de couleur) , puis par la relation à l’équivalence pour parvenir à l’objectif 2
• Objectif 2 : numérique
  S’approprier la syntaxe du langage de programmation sur un exemple concret et vérifier la concordance des résultats sur le volume à l’équivalence.

Description succincte de l’activité

Après avoir consolidé ses acquis sur le vocabulaire particulier du titrage par suivi colorimétrique, repéré l’équation support de dosage ainsi que consolidé ses bases sur la programmation python, l’élève devra en séance expérimentale proposer un protocole de dilution et de titrage colorimétrique, le mettre en œuvre puis vérifier la valeur du volume équivalent à l’aide d’une simulation en programmation python.

Découpage temporel de la séquence

La séquence est composée de 4 activités :
les activités peuvent toutes être traitées de manière indépendante.

• Durée totale : 4H environ
• Activité 1 : autonome / individuel / distanciel (25min)
• Activité 2 : présentiel / classe entière / synchrone (25 min)
• Activité 3 : présentiel / groupe de 3 à 4 élèves/ synchrone (1H)
• Activité 4 : présentiel /Demi-groupe, binôme (2H) Séance de TP

Pré-requis

• Niveau Seconde :
  • Connaitre la relation entre concentration massique, m et volume ;
    – **Savoir équilibrer une équation-bilan.

• Niveau 1ère Spécialité :
  • Ne pas confondre réactif et solution, titrant, titré
  • Savoir faire référence à la stœchiométrie de la réaction pour un titrage
  • Identifier les données connues et inconnues (en particulier les concentrations)
  • Connaitre la notion d’équivalence et savoir réaliser un titrage colorimétrique.
  • Relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stœchiométriques
  • Relier qualitativement l’évolution des quantités de matière des réactifs et de produits à l’état final au volume de solution titrante ajoutée

Outils utilisés / Matériel

• genial.ly incluant des learningapps
• matériel de dilution, de dosage
• ordinateur, logiciel edupython

Déroulement de la séquence

• Activité 1 : autonome / individuel / à la maison (25min)
  Rappeler la différence entre un dosage et un titrage
  Réinvestir le vocabulaire lié au titrage ainsi que la légende d’un schéma expérimental de titrage (Learning apps).
  https://view.genial.ly/5e24222e3050...

• Activité 2 : présentiel /Collectif (25 min)
  Reconnaitre les différents types de réaction, comprendre à nouveau la différence entre réactif et solution, déterminer le réactif titrant et titré.

• Activité 3 : en présentiel / groupe / (1H) travail en groupe afin de connaitre la syntaxe du langage Python par des Flashcards et ensuite savoir expliquer des parties de code.

• Activité 4 : présentiel / binôme (2H) Séance de TP
  Effectuer le titrage colorimétrique de l’eau oxygénée par les ions permanganate, choisir entre trois programmes python celui qui correspond à l’évolution des quantités de matière en fonction du volume de solution titrante versé et le représenter.

Retour d’expérience

• le travail en autonomie a permis aux élèves de mieux s’approprier les notions du montage et du protocole d’un titrage par colorimétrie (gain de temps pendant la séance de TP)
• collaboration entre pairs pour remplir les cartes et les corriger ;
• accompagnement indispensable en présentiel du professeur sur la notion délicate de réaction support de dosage et de l’obtention de la relation à l’équivalence.

• Difficultés des élèves sur la syntaxe du langage de programmation python ( Nouveauté de la réforme des lycées 2020).
• Difficultés pour certains encore d’établir une équation-bilan d’une transformations d’oxydo-réduction.

• La séance de TP à la fois expérimentale et numérique a permis aux élèves de mobiliser leurs connaissances acquises antérieurement et surtout de gagner en efficacité.

• Proposer de plus en plus d’exemples de programmation sur différentes parties du programme et montrer l’intérêt d’effectuer une simulation.
• Créer une fiche de mémorisation sur la syntaxe du langage de programmation python pouvant se construire au fur et à mesure sur les 3 niveaux du lycée. Elle peut se faire individuellement ou de manière collective...
• Poursuivre l’apprentissage du langage python en Terminale spécialité :
  voir : " peut-on faire des crêpes aujourd’hui ?"

Remarque : pour intégrer une vidéo il suffit de copier-coller l’url de la page web la contenant dans le corps de l’article.