Pourquoi la solution de BBT change-t-elle de couleur selon la valeur du pH ?

TraAM 2019-2020

Groupe de travail « GEP » Terminale Lycée Numérique Enseignement de spécialité

jeudi 29 avril 2021 , par Geneviève Ponsonnet

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 :


Le codage et l’algorithmique pour l’enseignement de la physique-chimie


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Professeur expérimentateur

  • Geneviève PONSONNET
  • Lycée Blaise Pascal
  • ORSAY (91)

Niveau - Thèmes

  • Lycée
  • Terminale spécialité

Introduction

Au cours de cette séance, l’élève réalise un programme permettant de tracer le diagramme de distribution d’un couple/acide-base (le BBT) pour ensuite retrouver expérimentalement les résultats.

Teaser

http://scolawebtv.crdp-versailles.fr/?id=62231

Compétences

  • S’APPROPRIER : Rechercher et organiser l’information en lien avec la problématique étudiée
  • ANALYSER : Proposer une stratégie de résolution
  • RÉALISER : Mettre en œuvre les étapes d’une démarche ; effectuer des procédures courantes (calculs, représentations, collectes de données
  • VALIDER : Confronter un modèle à des résultats expérimentaux
  • COMMUNIQUER : Utiliser un vocabulaire adapté et choisir des modes de représentation appropriés

CRCN - Compétences Numériques

  • Compétence 3.4 : programmer.

Notions et contenus du programme

  • Notions et contenus : Diagrammes de prédominance et de distribution d’un couple acide-base ; espèce prédominante, cas des indicateurs colorés
  • Capacités exigibles : Représenter le diagramme de prédominance d’un couple acide-base. Exploiter un diagramme de prédominance ou de distribution.
  • Capacité numérique : Tracer, à l’aide d’un langage de programmation le diagramme de distribution des espèces d’un couple acide-base de pK_A donné.

Objectif(s) pédagogique(s)

  • Retrouver les relations permettant de calculer le degré de dissociation de la forme acide et de la forme basique d’un couple acide-base.
  • Construire l’algorithme permettant de calculer les degrés de dissociation et de tracer le diagramme de distribution.

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

  • Programmer ;
  • Mettre en œuvre les étapes d’une démarche ;
  • Mettre en œuvre un protocole expérimentale en respectant les règles de sécurité.

Description succincte de l’activité

Dans un premier temps, l’élève est amené à retrouver par calcul l’expression du degré de dissociation des formes acide et basique d’un couple acide-base.
Ensuite, il réfléchit au logigramme à construire pour programmer le calcul et le tracé du diagramme de distribution de ce couple.
Pour finir, il met en œuvre expérimentalement la détermination de ces degrés de dissociation pour le couple du BBT par mesures d’absorbance dans différentes solutions de pH différents.

Découpage temporel de la séquence

Travail à distance (30 min) : étude documentaire sur le diagramme de prédominance et de distribution.

Travail en classe (1h) : en groupe, écriture du logigramme qui permet de décrire la construction du diagramme de distribution.

Travail en classe (1h) : en groupe, réalisation du programme pour un couple acide-base de pK_A donné.

Travail en classe (TP 1h30) : réalisation du TP « mesures d’absorbance et réalisation du diagramme de distribution du BBT ».
Comparaison avec le résultat trouvé par le langage de programmation.

Pré-requis

Constante d’acidité d’un couple acide-base, réaction d’un acide avec l’eau, indicateur coloré.
Absorbance, loi de Beer-Lambert.

Outils utilisés / Matériel

  • Python (installé ou en ligne)
  • Liste du matériel :
    Par poste-élève :
    Solution de concentration en BBT C_0=3,00×10^(-4) mol∙L^(-1),
    Une pipette jaugée de 1,0 mL,
    Une pipette jaugée de 20,0 mL,
    Un bécher de 25 mL et un bécher de 50 mL,
    Un spectrophotomètre,
    Un agitateur magnétique + barreau aimanté,
    Un pH-mètre étalonné.
    Au bureau :
    Solution de « Britton-Robinson »,
    Un bécher de 250 mL contenant la solution de « Britton-Robinson »,
    Une burette graduée,
    Solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (〖Na〗^+ (aq) ; 〖HO〗^- (aq)) de concentration C_1=1,00×10^(-1) mol∙L^(-1),

Gestion du groupe - Durée estimée

  • Classe entière : 2 h
  • Demi-groupe : 1h30
  • Présentiel : 4h30
  • Distanciel : 0h30
  • Synchrone : 4h30
  • Asynchrone : 0h30

Déroulement de la séquence

Séance 1 : préparation des calculs (en amont de la séance 2).
Séance 2 : construction du logigramme.
Séance 3 : écriture du programme.
Séance 4 : étude expérimentale.

À faire à la maison, avant ...
  • Retrouver les expressions des degrés de dissociations de la forme acide et de la forme basique d’un couple acide-base.
À faire en classe
  • Réflexion en groupe sur la construction d’un logigramme qui permet de calculer les degrés de dissociation et de tracer le diagramme de distribution.
  • Réalisation du programme.
  • Quiz sur les fonctions du programme.
  • Étude expérimentale : mesures d’absorbance de différentes solutions de pH variant de 0 à 14, et contenant du BBT.
À faire à la maison, après ...
  • Comparer les résultats expérimentaux avec la courbe donnée par le programme.

Retour d’expérience

Au vue du contexte sanitaire, il n’a pas été possible de tester la situation (calculs préliminaires, réalisation du programme) avec des élèves.
Cependant, la partie expérimentale (mesures d’absorbance) a été testée en séance.

Les plus-values pédagogiques (enseignants / élèves)
  • Réflexion autour du logigramme
  • Préparation des calculs des degrés de dissociation, permettant aux élèves de s’approprier la situation-problème et de mener des calculs assez complexes.
Les freins
  • Utilisation de Python
  • Calculs pouvant paraître complexes pour retrouver le degré de dissociation connaissant l’absorbance et les concentrations des formes acide et basique de l’indicateur coloré.
Les leviers
  • La séance de préparation peut être réalisée selon deux modes : guidé et non guidé ;
  • Le site "Vittascience" qui permet de programmer par blocs ;
Les pistes pour aller plus loin ou généraliser la démarche
  • Item1
  • Item2

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

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