À la découverte de notre environnement : Les mélanges et leurs caractéristiques

Compétence 1 : Explorer les phénomènes naturels et les objets techniques à l’aide d’outils et de démarches caractéristiques des sciences expérimentales

• Composante 1a – Niveau visé : application

Distinguer les éléments du monde naturel des objets manufacturés, en vue de reconnaître, décrire et analyser leur complexité et leurs interdépendances.

• Composante 1b – Niveau visé : acquisition

Observer, mesurer, décrire et expliciter le fonctionnement de phénomènes naturels et d’objets techniques à l’aide d’un vocabulaire scientifique et technique et par l’usage d’instruments d’observation et de mesure.

• Composante 1c – Niveau visé : acquisition

Mettre en œuvre une démarche expérimentale par la formulation d’hypothèses, la définition et la mise en œuvre de stratégies d’exploration simples, le choix d’instruments d’observation et de mesure adaptés, la réalisation d’expériences, la formalisation des résultats obtenus et leur confrontation aux hypothèses émises.

• Composante 1d – Niveau visé : acquisition

Mettre en forme et communiquer ses conceptions, hypothèses, observations, résultats, interprétations et déductions ; les confronter à celles de ses pairs, aux informations issues de médias variés et aux prévisions des modèles théoriques des sciences expérimentales

Compétence 2 : Appréhender les phénomènes naturels et le comportement des objets techniques par le biais des représentations, de la modélisation et du langage mathématique

• Composante 2b – Niveau visé : acquisition

Faire à la fois la différence et le lien entre un modèle scientifique basé sur l’idéalisation du comportement d’un objet naturel ou artificiel, que ce modèle soit formalisé mathématiquement ou non, et les observations effectuées dans le cadre d’une démarche expérimentale.

Compétence 3 : Se situer et agir en citoyen ou citoyenne responsable, dans un souci d’enrichissement, de préservation et de protection de la vie sociale et de l’environnement.

• Composante 3a – Niveau visé : acquisition

Exercer un regard curieux et adopter une attitude exploratoire face au monde qui l’entoure en faisant preuve d’une distance critique et d’une capacité d’analyse et d’interprétation des informations qui lui sont soumises.

• Composante 3d – Niveau visé : acquisition

Apprendre à l’école et en dehors de l’école, puis tout au long de sa vie, par le biais de la documentation accessible in situ et en ligne, de ses expériences individuelles et des interactions avec les membres de sa communauté, notamment en vue de découvrir les métiers et activités professionnelles qui lui correspondent parmi celles qui l’entourent

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• Définir mélanges, solubilité des substances et miscibilité des liquides.

• Présenter les caractéristiques des mélanges.

• Réaliser des mélanges afin de préciser leurs caractéristiques, et de comprendre la solubilité des substances et la miscibilité des liquides.

• Distinguer une solution d’une suspension.

• Définir et exprimer les concentrations d’une solution.

• Définir les corps purs, appréhender la notion de substance et le concept de pureté chimique.

• Expérimenter et définir les méthodes de séparation des mélanges.

• Connaître la composition de l’air

• Développer des comportements responsables vis-à-vis des substances chimiques de la vie quotidienne et de l’environnement.

• Développer sa curiosité dans l’observation des phénomènes naturels et artificiels afin de les questionner et de chercher à mieux les comprendre.

Savoir que :

• En ajoutant du sel dans une quantité d’eau suffisante, les deux se mélangent et il n’est plus possible de distinguer l’un de l’autre.

• « L’eau sucrée » est un mélange d’eau et de sucre donnant un liquide uniforme.

• Les boissons gazéifiées libèrent des bulles quand elles sont agitées ou chauffées.

• L’eau liquide se transforme en vapeur (par évaporation ou par ébullition) lorsqu’on l’expose à une source de chaleur.

• Approche socio-constructiviste reposant sur une réflexion en commun relative aux propriétés observées des objets apportés de la maison.

• Approche phénoménologique (construction d’une « intuition » des phénomènes observés).

• Respect de l’autonomie des élèves et de leur goût pour les activités à réaliser afin de développer chez eux le sens de la créativité.

• Activités de recherche et partage d’informations

• Mise au point et réalisation de manipulations

• Travail en classe entière et en petits groupes

• Exploitation de documents appropriés

• Enquête dans leur communauté de vie

• Devoirs à la maison

Évaluation continue (formative) :

• L’enseignant organise deux activités d’évaluation formative, l’une à la fin de la première séance de deux heures, l’autre après les deuxième et troisième séances de la séquence. Il propose à chaque élève différents types d’exercices : « vrai ou faux », « questions à trous », « tableau à compléter », « différenciation entre certains termes », etc. dont des exemples sont proposés dans les pages qui suivent. Il s’autorise toutefois une certaine latitude et flexibilité, de manière à organiser ces activités en fonction de sa perception de la progression des élèves.

Évaluation finale (bilan) et critères/indicateurs de réussite :

• Première partie

L’enseignant présente aux élèves une série de 5 à 10 mélanges différents, placés dans des récipients visibles par tous et faisant l’objet d’une description minimale (nature des substances en présence notamment). Il leur demande d’identifier chaque type de mélange (homogène, hétérogène, dilué, concentré, saturé…) et de présenter sa particularité.

• Deuxième partie

Construction et remplissage du tableau ci-dessous pour résumer les différentes méthodes de séparation des constituants d’un mélange, ainsi que l’importance et la composition de l’air.

Les critères sont les suivants :

• Dépassé = toutes les réponses sont correctes

• Maîtrisé = la majorité des réponses sont correctes

• Partiellement maîtrisé = jusqu’à la moitié des réponses sont correctes

• Insuffisant = moins de la moitié des réponses sont correctes

  Niveau de justesse	Dépassé	Maîtrisé	Partiellement maitrisé	Insuffisant
  L’élève a pu distinguer les différents types de mélanges et présenter les caractéristiques de chacun d’eux.
  L’élève a pu déterminer les conditions d’utilisation de chaque méthode de séparation des constituants d’un mélange et identifier la matière récupérée et le résidu obtenu
  L’élève est capable d’expliquer l’importance de l’air et de préciser en proportion les principaux gaz qui le constituent.
  L’élève est capable de décrire et d’expliciter les observations qu’il a réalisées à l’aide d’un vocabulaire scientifique adapté.
  L’élève est capable de rendre compte des démarches utilisées et des étapes de travail parcourues.

 NB. : Cette évaluation sera effectuée durant la dernière séance de la séquence (séance n°8).

Après avoir apprécié le niveau de justesse de chaque élève, si l’enseignant le souhaite, il pourra donner une note chiffrée.

• Troisième partie

Evaluation (formative) des compétences (grille en annexe).

Dans cette séquence, la majorité des activités relèvent d’observations et de manipulations.

L’enseignant accompagne les élèves en difficulté dans la réalisation de certaines manipulations et leur propose différents types d’exercices sur chacune des étapes afin de faciliter leurs observations, leur compréhension et la mémorisation des phénomènes observés.

L’enseignant propose à ces élèves de reprendre les autres manipulations chez eux, de préparer le rapport d’observations et de résultats, puis de préparer d’éventuelles questions dont ils auront besoin de discuter des réponses avec l’enseignant à la séance suivante.

NB. Ces activités peuvent également être réalisées pour les élèves sans besoins particuliers, qui peuvent en profiter également.

Contenus

• Dans cette séquence, il serait important de faire observer les mélanges qui existent dans la nature (l’eau de mer, l’air, la sueur, etc.) et ceux obtenus dans les industries (boissons gazéifiées, vin, vinaigre, etc.).

• On n’oubliera pas non plus de faire remarquer aux élèves que les solides aussi peuvent être des mélanges (la terre, les alliages de métaux, la plupart des matières plastiques, etc.)

• On pourra amener les élèves à réfléchir sur la façon de traiter une eau douteuse pour s’assurer de sa potabilité.

• On pourra s’amuser à demander aux élèves s’il est possible de réaliser les méthodes de séparation présentées lorsqu’on est sur la Lune ou en apesanteur. En effet, la gravité est nécessaire pour les méthodes de décantation, de filtration et même de distillation. Seule la cristallisation pourrait être réalisée en apesanteur.

• A ce niveau on n’abordera pas encore les combinaisons dans lesquelles les substances interagissent chimiquement pour former de nouvelles substances.

• Par ailleurs, l’atmosphère sera étudiée en profondeur en 8^e AF.

• On évitera également de manipuler des substances qui pourraient être dangereuses seules ou en les mélangeant avec d’autres. On profitera toutefois de l’occasion pour présenter quelques consignes de sécurité aux élèves.

Méthodes

• On évitera l’emploi d’un langage trop technique à ce niveau, privilégiant un langage simple et qualitatif afin de faciliter la compréhension intuitive des phénomènes par les élèves.

• Il est conseillé de donner aux élèves des activités à faire à la maison en prélude aux notions qui seront étudiées à chaque séance ultérieure.

• On expliquera aux élèves comment aborder les gens, obtenir et traiter des informations lors d’une enquête en vue de leur proposer de s’informer sur les techniques de préparation industrielle des eaux potables.

• On encouragera les élèves à s’entraider lorsqu’ils travaillent en équipe.

• Lors de cette séquence (mais également tout au long de l’année), on pensera à valoriser les efforts et les idées des élèves, même lorsqu’elles ne sont pas tout à fait correctes, pour les encourager et les stimuler à participer au cours et leur donner confiance en leurs capacités à apprendre les sciences.

Correction de l’évaluation réalisée en fin de séquence précédente

Distribution du matériel - Réalisation des mélanges

Explications, précisions et conclusions

Résumé du cours - Évaluation formative des contenus de la séance - Devoirs à la maison

Il est attendu que l’élève :

• fasse la différence entre les mélanges homogènes et les mélanges hétérogènes, puis entre les liquides miscibles et les liquides non-miscibles ;

• comprenne que certaines substances sont solubles dans certains solvants, mais insolubles dans d’autres ;

• définisse les notions de mélange, miscibilité, solubilité, soluté, solvant, solution, phase ;

• arrive à distinguer une solution d’une suspension.

Trace écrite pour l’élève à écrire dans le cahier :

• Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n’interagissent pas chimiquement et retrouvent donc leurs propriétés individuelles si on les sépare. Un mélange peut être homogène ou hétérogène.

• Un mélange est dit « homogène » quand on ne peut pas distinguer ses constituants à l’œil nu : on dit qu’ils se présentent sous une seule « phase ». Exemples : l’eau de mer, l’air, l’eau sucrée, les boissons gazéifiées, etc.

• Un mélange est dit « hétérogène » quand on peut distinguer ses constituants à l’œil nu ou à l’aide une loupe : on dit qu’ils se présentent sous plusieurs « phases ». Exemple : le béton (construction), l’huile dans l’eau, le lait (même si les gouttelettes d’huile y sont très petites), etc.

• Un mélange homogène dont l’un des constituants est largement majoritaire est nommé « solution ». La substance qui se dissout est appelée « soluté » et celle qui dissout le soluté est appelée « solvant ». Exemple : dans l’eau sucrée, le sucre est le soluté et l’eau est le solvant.

• Quand une substance se dissout dans un solvant, on dit qu’elle y est « soluble ». Dans le cas contraire, on dit qu’elle y est « insoluble ». Exemple : le sel est soluble dans l’eau mais insoluble dans l’éthanol.

• Deux liquides qui forment entre eux et en toutes proportions un mélange homogène sont dits « miscibles » : par exemple, l’eau et l’éthanol. Dans le cas contraire, ils sont dits « non-miscibles » : par exemple, l’huile et l’eau.

• Une « émulsion » est constituée par la dispersion des gouttelettes d’un liquide au sein d’un autre avec lequel il n’est pas miscible. Exemple : l’eau et huile forment une émulsion car elles sont non-miscibles.

• Une solution est un mélange homogène qui se laisse ordinairement traverser par la lumière.

• Une suspension est un mélange hétérogène, dont les constituants peuvent être vus à l’œil nu. Il peut disperser la lumière.

Exercice 1 : Dans le tableau suivant, indiquer 1/ si le mélange est homogène en écrivant « HO » ou hétérogène en écrivant « HE », 2/ si les liquides mélangés sont miscibles ou non et préciser le soluté et le solvant dans le cas d’un mélange homogène.

Exercice 2 : Préciser la différence entre :

a) une solution et une suspension ;

b) un soluté et un solvant.

Critère pour l’évaluation

Les définitions sont assimilées et reliées aux observations ; les manipulations sont comprises.

L’élève dont le résultat est moins de 3 sur 5 mérite de faire l’objet d’une remédiation.

L’enseignant lui fournira des explications supplémentaires sur les notions qu’il constate ne pas trop bien comprendre et l’accompagnera à travers des exercices additionnels sur le sujet.

NB : Ces exercices additionnels peuvent être aussi distribués aux élèves qui ont bien compris pour les aider à approfondir des notions étudiées.

NB : On s’assurera que l’enquête a été menée sur une période de deux semaines environ, avant la restitution des informations obtenues.

Il est attendu que l’élève :

• définisse une solution diluée, une solution concentrée et une solution saturée ;

• sache comment on réalise la distillation d’un mélange homogène ;

• fasse la différence entre le « distillat » et le « distillé ».

   

Trace écrite pour l'élève :

• Une solution est dite « diluée » quand elle contient très peu de soluté par rapport à la quantité de solvant.

• Une solution est dite « concentrée » quand la quantité de soluté est importante par rapport à la quantité de solvant.

• Une solution est dite « saturée » quand la limite de solubilité du soluté dans le solvant est atteinte. Dans ce cas, la solution ne peut plus dissoudre une quantité supplémentaire de la substance dissoute (sauf dans certains cas si on augmente sa température).

• La distillation est l’une des méthodes qui permet de séparer certains constituants d’un mélange homogène en portant ce mélange à ébullition.

• Lors de la distillation, le liquide recueilli est appelé « distillat » et le résidu restant dans le récipient est le « distillé ».

La séance qui suit (n° 7) s’inscrit en continuité de celle-ci. Les deux séances (n° 6 et 7) seront donc évaluées ensemble par une évaluation formative à la séance n°7 et par une évaluation sommative à la séance n° 8.

Critère pour l’évaluation

Voir séances N°7 et 8

Voir séances N°7 et 8

Il est attendu que l’élève :

• connaisse et expérimente certaines méthodes de séparation des constituants d’un mélange ;

• arrive à traiter une eau claire et limpide pour la rendre potable ;

• définisse : décantation, filtration, distillation et cristallisation.

• fasse la différence entre décantât et décanté, filtrat et filtré.

• connaisse l’importance de l’air, sa position dans l’atmosphère, sa composition et la proportion de ses constituants.

Trace écrite pour l’élève :

• La décantation est le procédé qui consiste à clarifier un mélange homogène en laissant déposer naturellement les impuretés qui sont en suspension.

• Le liquide recueilli après la décantation est le « décantât » et le résidu obtenu s’appelle « décanté ».

• La filtration est le procédé de clarification d’un mélange en faisant passer un mélange décanté au travers d’un filtre pour retenir les substances solides très petites qui y sont en suspension.

• Lors de la filtration, le liquide recueilli est appelé « filtrat » et le résidu restant est le « filtré ».

• La cristallisation est la formation de cristaux d’un soluté dans un mélange homogène afin de séparer une partie du soluté du solvant.

• Pour traiter de l’eau claire et limpide afin de la rendre potable, on peut la faire bouillir pendant quelque temps ou y ajouter soit quelques gouttes d’eau de javel, soit un comprimé « aquatab », soit un sachet de « pur ».

• L’air est un mélange de gaz homogène indispensable à la vie de la plupart des êtres vivants.

• L’air possède toutes les caractéristiques de la matière à l’état gazeux, il est incolore et inodore.

• L’air est composé d’environ 21% de dioxygène, 78% de diazote et 1% d’autres gaz en très petites quantités comme le dioxyde de carbone ou la vapeur d’eau.

• L’air se trouve sur la Terre autour de nous, dans le sol et dans les eaux, mais il n’existe pas sur la Lune et sur les autres planètes.

• La plupart des planètes sont aussi entourées de gaz ou de mélange de gaz dont la composition est différente de celle de l’air.

Exercice 1 : Réponds par vrai ou faux.

1. Un mélange homogène est une solution dans laquelle le soluté et le solvant ne peuvent se voir à l’œil nu. ( ....... )

2. Deux liquides non miscibles finissent par se séparer quand on les agite ensemble dans un même récipient. ( ....... )

3. Bonus : même question si l’expérience est réalisée en apesanteur ( ....... )

4. L’eau obtenue par filtration d’un mélange est potable. ( ....... )

5. L’eau obtenue par distillation dans de bonnes conditions possède un haut niveau de pureté. ( ....... )

6. Une solution dans laquelle le solvant peut encore dissoudre du soluté est saturée. ( ....... )

7. La recristallisation est la séparation d’une partie d’un soluté et d’un solvant par formation de cristaux de ce soluté. ( ....... )

8. L’air existe partout, même sur les autres planètes ( ....... )

Exercice 2 : Complète les phrases suivantes :

1. L’air est composé de deux principaux gaz : le ______________________ et le ___________________.

2. Pour clarifier un mélange homogène en laissant déposer naturellement les impuretés, on utilise le procédé de la ______________________________.

3. Quand une substance se dissout dans un solvant, on dit qu’elle y est ______________________. Dans le cas contraire, on dit qu’elle y est ________________________.

4. L’air est __________________ à la vie de la plupart des ____________________________________.

5. Quand on peut distinguer à l’œil nu ou à l’aide une loupe les constituants d’un mélange, on dit qu’il est _____________________________.

6. Une solution dans laquelle le soluté atteint sa limite de solubilité est dite ______________________.

Critère pour l’évaluation

Les définitions sont assimilées et reliées aux observations et manipulations.

L’élève dont le résultat est moins de 10 sur 17 mérite de faire l’objet d’une remédiation.

L’enseignant lui fournira des explications supplémentaires sur les notions qu’il affirme ne pas trop bien comprendre et l’accompagnera à travers des exercices additionnels sur le sujet.

NB : Ces exercices additionnels peuvent être aussi distribués aux élèves qui ont bien compris pour les aider à approfondir des notions abordées.