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Démarche d'investigation en 3ème
Comment reconnaître la présence de certains ions ?
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Notion abordée :
Connaissances Capacités
- Domaines d'acidité et de basicité   en solution aqueuse
- Formules des ions Cl-, H+, HO-
- Suivre un protocole expérimental afin de distinguer les solutions acides, basiques et neutres.
- Suivre un protocole expérimental afin de reconnaître la présence de certains ions dans une solution aqueuse.
- Décrire le comportement du pH quand on dilue une solution acide.
Prérequis :

La conduction électrique dans une solution aqueuse s'interprète par un déplacement d'ions.

Objectifs :

Faire travailler les élèves avec un maximum d'autonomie pour aborder en une suite de trois T.P., les notions de pH et la réalisation du test de l'ion chlorure.

Documents :

Que contiennent certains produits ménagers ?

Problème : quels sont les ions contenus ces solutions ?

pH d'une solution

Le pH permet de savoir si une solution est acide, neutre ou basique.

On peut alors en déduire les ions présents dans cette solution :

• Une solution neutre contient autant d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

• Une solution acide contient plus d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

• Une solution basique contient moins d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

Les solutions acides et basiques concentrées sont dangereuses.

Mesure du pH du détartrant et du déboucheur avec du papier pH : voir la fiche « outil 3 » page 246

1. Mesurer le pH de l’eau déminéralisée, du détartrant et du déboucheur.

2. Faire le schéma de votre expérience.

3. Construire un tableau qui comporte la valeur du pH des différentes solutions testées.

4. Conclure sur le caractère « acide », basique » ou « neutre » des solutions testées.

5. En déduire l’ion présent majoritairement dans le détartrant et dans le déboucheur.

2ème partie

Que contiennent certains produits ménagers ?

Comment varie le pH lors de la dilution d’une solution acide ?

1. Diluer le détartrant dans un tube à essai :

Danger, pour éviter les projections, ajouter toujours l’acide dans l’eau et non l’inverse. (acide dans l’eau, bravo !)

Faire le schéma de votre expérience de dilution.

2. Mesurer le pH de la solution diluée et compléter le tableau ci dessous :

pH
détartrant
détartrant dilué

3. Conclusion (Comment varie le pH lors de la dilution d’une solution acide ?)

Comment identifier la présence d’autres ions dans le détartrant ?

pH d'une solution

Pour identifier la présence d’un ion (autre que H+ et HO-) dans une solution, on utilise une petite quantité d’un réactif particulier et on observe ce qui se passe.

Pour le test de l’ion chlorure Cl- , le réactif utilisé est le nitrate d’argent.

Recherche des ions chlorure dans le détartrant :

a. Proposer un protocole sous la forme de schéma dans votre partie « recherche ». Appeler votre professeur.

b. Réaliser l’expérience.

c. Rédiger votre compte rendu (schéma, observations, conclusion) dans la partie « activités ».

3ème partie

Que contiennent certains produits ménagers ?

Les solutions utilisées sont les suivantes : détartrant : il faut veiller à ce qu'il contienne bien de l'acide chlorhydrique ce qui n'est pas le cas de tous. (dilution possible : réaliser une solution à 5%) ; déboucheur, dilution possible : réaliser une solution à 1%.

Le professeur distribue la 1ère partie, laisse un temps de lecture silencieuse puis demande à un élève de reformuler le problème qui est posé pour s'assurer de sa bonne compréhension.

Exemples du produit détartrant et du déboucheur de canalisations :

Quels sont les risques indiqués par les étiquettes de ces deux produits ?

Problème : le détartrant est-il une solution ionique ? 1 heure

1. Trouver le protocole expérimental pour répondre à cette question.

Chaque élève cherche individuellement dans sa partie "Recherche" le protocole ; il s'agit ici d'un réinvestissement de l'expérience de conduction d'une solution.

La nécessité de mettre un ampèremètre est à nouveau soulevée auprès des groupes ayant choisi une lampe dans leur schéma de montage.

2. Faire l’expérience.

3. Conclure.

Votre compte rendu devra comporter le schéma de votre expérience, vos observations et votre conclusion.

Le détartrant est conducteur donc il contient des ions.

Problème : quels sont les ions contenus ces solutions ? 1 heure

La fiche élève est distribuée dès que les groupes ont fini l'activité précédente.

La partie pH d’une solution correspond à l'apport de connaissances nécessaire sur le pH. Le professeur intervient, si nécessaire, individuellement.

pH d'une solution

Le pH permet de savoir si une solution est acide, neutre ou basique.

On peut alors en déduire les ions présents dans cette solution :

• Une solution neutre contient autant d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

• Une solution acide contient plus d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

• Une solution basique contient moins d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

Les solutions acides et basiques concentrées sont dangereuses.

Mesure du pH du détartrant et du déboucheur avec du papier pH : voir la fiche « outil 3 » page 246

La fiche "outil" est celle du livre de Physique de Bordas collection Vento. Elle représente, sous la forme d'un dessin, la technique de mesure du pH avec un papier pH. Il est donc intéressant de demander à l'élève de schématiser son expérience pour qu'il ait une trace écrite mais aussi pour le passage du dessin au schéma.

1. Mesurer le pH de l’eau déminéralisée, du détartrant et du déboucheur.

2. Faire le schéma de votre expérience.

3. Construire un tableau qui comporte la valeur du pH des différentes solutions testées.

détartrant eau déminéralisée déboucheur
pH 2 7 13

4. Conclure sur le caractère « acide », basique » ou « neutre » des solutions testées.

L’eau déminéralisée est une solution neutre. Le détartrant est une solution acide. Le déboucheur est une solution basique.

5. En déduire l’ion présent majoritairement dans le détartrant et dans le déboucheur.

Le déboucheur contient plus d’ions hydroxyde HO- que d’ions hydrogène H+.

Le détartrant contient plus d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-.

Comment varie le pH lors de la dilution d’une solution acide ?

Durée de la dernière partie : 1 heure

Cette partie est l'occasion pour les élèves de réfléchir sur la quantité d'eau à mettre dans le tube à essai : le plus souvent, ils en mettent peu et la variation du pH lors de la dilution de l'acide est alors invisible au papier-pH. Le rôle du professeur va être de provoquer cette réflexion : "si on veut voir l'effet de la dilution sur le pH de la solution acide, faut-il mettre beaucoup d'eau ou peu d'eau ?"

1. Diluer le détartrant dans un tube à essai :

Danger, pour éviter les projections, ajouter toujours l’acide dans l’eau et non l’inverse. (acide dans l’eau, bravo !)

Faire le schéma de votre expérience de dilution.

2. Mesurer le pH de la solution diluée et compléter le tableau ci dessous :

pH
détartrant 2
détartrant dilué 5

3. Conclusion (Comment varie le pH lors de la dilution d’une solution acide ?)

Lors de la dilution d’une solution acide le pH augmente (sans jamais atteindre 7).

Comment identifier la présence d’autres ions dans le détartrant ?

pH d'une solution

Pour identifier la présence d’un ion (autre que H+ et HO-) dans une solution, on utilise une petite quantité d’un réactif particulier et on observe ce qui se passe.

Pour le test de l’ion chlorure Cl- , le réactif utilisé est le nitrate d’argent.

Recherche des ions chlorure dans le détartrant :

a. Proposer un protocole sous la forme de schéma dans votre partie « recherche ». Appeler votre professeur.

b. Réaliser l’expérience.

c. Rédiger votre compte rendu (schéma, observations, conclusion) dans la partie « activités ».

Schéma :

Observations : Il se forme un trouble blanc (=précipité) au contact du nitrate d’argent.

Conclusion : le détartrant contient des ions chlorure.

Les ions chlorure Cl- forment un précipité blanc en présence de nitrate d’argent (réactif spécifique des ions chlorure).

Un précipité est un solide en suspension dans un liquide.

Corrigé

Que contiennent certains produits ménagers ?

Exemples du produit détartrant et du déboucheur de canalisations :

Quels sont les risques indiqués par les étiquettes de ces deux produits ?

Problème : le détartrant est-il une solution ionique ?

1. Trouver le protocole expérimental pour répondre à cette question.

2. Faire l’expérience.

3. Conclure.

Votre compte rendu devra comporter le schéma de votre expérience, vos observations et votre conclusion.

1ère partie

Eric Hamberger - Collège Louise Michel - Chagny || Isabelle Hamberger - Collège "Le Petit Prétan" - Givry || Décembre 2008