ece : preparation de solutions - Académie d'Orléans-Tours
Élaborer et réaliser un protocole de préparation d'une solution ionique de ... (
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Le sujet dure alors 1h25 et les compétences supplémentaires évaluées sont
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Thème : ComprendreECE : PREPARATION DE SOLUTIONS
DESCRIPTIF DE SUJET DESTINE AU PROFESSEUR
Compétences exigibles du B.O.Cohésion et transformations de la matière
Élaborer et réaliser un protocole de préparation dune solution ionique de concentration donnée en ions.Relation avec d'autres disciplines : l'anglais (préambule du programme).
Travail sur les incertitudes liées à la mesure (lien avec le programme de TS).Tâches à réaliser par le candidatDans ce sujet on demande au candidat de :
Sapproprier 4 documents.
Proposer un protocole pour fabriquer une solution par dissolution et par dilution.
Préparer une solution plus concentrée pour mesurer une masse avec une précision correcte, puis diluer cette solution pour parvenir à la concentration massique requise.Compétences évaluées
Coefficients respectifsCette épreuve permet d'évaluer les compétences :
Sapproprier (APP) ; coefficient 1
Analyser (ANA) ; coefficient 3
Réaliser (REA) ; coefficient 2 Préparation du poste de travailPrécaution de sécurité :
Manipuler le permanganate de potassium solide avec des gants.
Prévoir :
Un flacon de récupération pour les solutions de permanganate de potassium.
Des gants.
Des balances précises au 100ème de gramme.
Une solution à 0,25 g.L-1 versée dans un tube à essai muni dun bouchon pour comparaison.Déroulement de lépreuve
Gestion des différents appelsMinutage conseillé :
APP (10 min conseillées)
ANA (25-30 min)
REA (20 min)
Il est prévu 4 appels obligatoires de la part du candidat.
Lors de lappel 1, lexaminateur vérifie que le candidat a su synthétiser linformation utile dans les documents
Lors de lappel 2, lexaminateur vérifie que le candidat sait proposer un protocole de préparation de solution par dissolution.
Lors de lappel 3, lexaminateur vérifie que le candidat a compris que la balance nétait pas adaptée à la masse à peser, et quil lui faut préparer une solution plus concentrée puis la diluer. Il vérifie également que le candidat sait proposer un protocole pour préparer une solution par dilution.
Lors de lappel 4 et en continu, lexaminateur vérifie la réalisation des solutions.
Le professeur observe le candidat en continu. Dans la partie « réaliser » le professeur est attentif à la façon dont le candidat évolue dans lenvironnement du laboratoire, organise son poste de travail, utilise le matériel avec pertinence, respecte les procédures et les règles de sécurité.RemarquesLe sujet peut être rallongé. Dans une partie 5 (vérification de la concentration massique), il est possible de faire une partie où lon aura tracé une courbe A = f (C) à 525 nm pour une gamme de solutions de permanganate de potassium et lon pourra alors faire mesurer à lélève les deux absorbances (la sienne et celle préparée à lavance) pour en déduire les deux concentrations (+ éventuellement un calcul décart relatif).
Lécart relatif dune valeur expérimentale par rapport à une valeur théorique sexprime en pourcentage et est donné par la formule :
EMBED Equation.3
Le sujet dure alors 1h25 et les compétences supplémentaires évaluées sont alors du domaine REA (10 min) et VAL (15min).
LISTE DE MATÉRIEL DESTINÉE AUX PROFESSEURS ET AU PERSONNEL DE LABORATOIRE
Pour chaque poste
Paillasse élèves : (x 9 groupes + 1 secours)
Un tube à essai muni dun bouchon
Environ 2 g de permanganate de potassium flaconné
Une spatule fine
Un sabot de pesée
3 béchers de 50 mL forme haute
Une fiole de 100,0 mL
Deux fioles de 50,0 mL
Une pipette droite (plastique ou non)
Une pipette de 5 mL
Une pipette de 10 mL
Une pipette graduée de 0 à 5 mL
Une propipette
Des gants et lunettes de sécurité (si non présents dans la salle)
Du parafilm( ou un bouchon pour les deux fioles
Une pissette deau distillée remplie
Un tube à essai fermé contenant la solution à 0,25 g.L-1
Du papier filtre
Du papier dessuyage
Paillasse professeur :
La solution préparée à lavance (0,25 g.L-1)
Documents mis à disposition des élèves :
Fiche technique de la balance à côté de la balance (avec lincertitude sur la masse pesée si possible ; sinon, prendre 1 digit soit 0,01 g)
Particularités du sujet, conseils de mise en uvre
La séance dure une heure (55 min + rotations)
ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT
Compétences travaillées (capacités et attitudes) :
APP : extraire des informations utiles dun texte.
ANA : concevoir un protocole expérimental ; définir les conditions dutilisation des instruments de mesure.
REA : suivre un protocole ; maîtriser des gestes techniques.
CONTEXTE
Vous êtes étudiant en chimie et vous venez de vous engager dans une ONG. Vous allez partir en Afrique ! Votre mission consiste, entre autres, à aider les populations déplacées par les conflits à utiliser leau avec le moins de désagréments possible.
Vous allez emporter du permanganate de potassium et vous devrez montrer comment préparer des solutions qui permettent de désinfecter les fruits et légumes. Les pastilles deau de Javel seront réservées à la désinfection des eaux de boisson.
Avant de partir, vous souhaitez préparer une solution de permanganate de potassium exacte dans votre laboratoire, afin de vous familiariser visuellement à la couleur de ces solutions très diluées car vous naurez pas forcément sur vous le matériel nécessaire à ces préparations une fois là-bas.
DOCUMENTS A VOTRE DISPOSITION
Document 1 : Daprès Wikipédia
Le permanganate de potassium est un sel inorganique de formule chimique KMnO4. A l'état solide, il se présente sous la forme de cristaux violets. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il forme une solution aqueuse violette. C'est un composé sans odeur, et au goût amer. Sa masse molaire est M = 158,0 g.mol-1.
Cest un réactif oxydant aux multiples propriétés :
R : 8 (Favorise l'inflammation des substances combustibles)
R : 22 (Nocif en cas d'ingestion)
R : 50/53 (Très toxique pour les organismes aquatiques, et peut entraîner des effets néfastes à long terme sur l'HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Environnement" \o "Environnement"environnement aquatique)
S : 2 (Conserver hors de la portée des HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Enfant" \o "Enfant"enfants)
S : 60 (Eliminer le produit et son récipient comme un déchet dangereux)
S : 61 (Eviter le rejet dans l'environnement)
Document 2 : extrait de HYPERLINK "http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/nouvel-article-396.html"http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/nouvel-article-396.html
En solution diluée le permanganate de potassium est utilisé pour le traitement de leau, notamment pour oxyder le fer et le manganèse dans les eaux souterraines. Cest aussi un désinfectant à 0,25 g par litre, utilisé pour laver les légumes dans les pays tropicaux.
Dans les procédés de traitement des eaux potables, il peut être utilisé mais nécessite des filtres délimination de dioxyde de manganèse et la couleur et le goût amer du permanganate font que les procédés à lozone et aux UV lui sont préférés.
Par contre les aquariophiles recommandent le traitement périodique au permanganate de potassium dilué pour nettoyer les algues, éliminer les cyanobactéries, champignons et vers qui se forment sur les parois et graviers des aquariums (en ayant évidemment trouvé à loger ailleurs les poissons résidents !).
Comme tous les oxydants puissants, il faut manipuler le permanganate de potassium avec précaution, linhalation, le contact prolongé avec la peau et lingestion des cristaux solides sont dangereux. En solution concentrée, il colore la peau et le linge en formant des taches violettes qui brunissent avec le temps et senlèvent difficilement. Par contre, en solution diluée, cest un bon désinfectant. En pharmacie, on peut le trouver sous forme de sachets de 0,25 g qui, dilués dans 1 L deau, forment une solution pour les bains de bouche, un désinfectant pour les mains, le nettoyage des plaies. On trouve également le permanganate de potassium dans leau de Dakin.
Document 3 : daprès HYPERLINK "http://www.whereincity.com/medical/topic/child-health/diseases/cholera-59.htm"http://www.whereincity.com/medical/topic/child-health/diseases/cholera-59.htm
Preventions of Cholera
Cholera is usually transmitted through contaminated water or food. Outbreaks can occur in any part of the world where water supply, sanitation, food safety, and hygiene are inadequate.
Drink only boiled water or water that has been treated with chlorine or iodine.
Make sure all vegetables are cooked properly, avoid salads.
Avoid foods and beverages from street vendors.
Check for proper sanitation and water purification systems.
Vegetables and fruits must be washed with solution of potassium permanganate 0.25 g/L.
Outbreak = épidémie To occur = se produire Supply = fourniture To avoid = éviter Vegetables = légumes
Document 4 : Extrait de manuels de mesure et incertitude
Lincertitude relative sur une grandeur mesurée M est égale à EMBED Equation.3 où U(M) représente lincertitude sur la grandeur M.
TRAVAIL A EFFECTUER
Préparer 50,0 mL dune solution de permanganate de potassium de concentration Cm = 0,25 g.L-1 avec le matériel mis à disposition.
Questions préliminaires (10 minutes conseillées)
A laide des documents, expliquer brièvement pourquoi lutilisation du permanganate de potassium ne peut être quune solution durgence et pourquoi elle nest pas utilisée pour leau de boisson.
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Indiquer la concentration massique de la solution de permanganate de potassium utilisée pour désinfecter les fruits et légumes et préciser les conséquences possibles dun écart de concentration.
Préciser les consignes de sécurité à appliquer lors de cette manipulation
APPEL N°1Appeler le professeur pour lui présenter les réponses
Protocole de préparation de la solution (10 minutes conseillées)
Vous souhaitez préparer, par dissolution, 50,0 mL dune solution S1 de permanganate de potassium destinée au lavage des fruits et légumes. Indiquer le protocole pour préparer cette solution, préciser la masse à peser.
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APPEL N°2Appeler le professeur pour lui présenter le protocole
Adaptation du protocole au matériel disponible (20 minutes conseillées).
Compte tenu du matériel mis à votre disposition, vous parait-il possible de réaliser directement cette solution avec une précision correcte ? JUSTIFIER la réponse par un calcul dincertitude relative.
Etant donné quil est indispensable de préparer une solution de concentration relativement proche de la concentration préconisée, proposer un nouveau protocole, adapté au matériel disponible.
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APPEL N°3Appeler le professeur pour lui présenter le protocole modifiéRéaliser la(les) solution(s) (20 minutes conseillées). Comparer visuellement la concentration à celle de la solution faite par les préparatrices.
APPEL N°4Appeler le professeur pour lui présenter la solution réalisée
REPÈRES POUR LÉVALUATION
Le candidat est en situation dévaluation, lexaminateur ne doit pas fournir dexplicitation des erreurs ni de la démarche à conduire. Ses interventions sont précises, elles servent de relance pour faire réagir le candidat ou bien pour lui permettre davancer pour être évalué sur dautres compétences.
Les erreurs détectées par le professeur en continu ou lors dun appel sont forcément suivies dun questionnement ouvert si ces erreurs conduisent lélève à une impasse.
Questions préliminaires
La compétence SAPPROPRIER est mobilisée et évaluée lors de lappel 1.
Le critère retenu pour lévaluation de la compétence SAPPROPRIER est le suivant : extraire des informations utiles dun texte.
Le candidat doit être capable de :
trouver dans les documents les raisons pour lesquelles les solutions de permanganate de potassium ne sont pas consommées, même à faible concentration (goût amer, toxicité)
quil identifie 2,25 g.L-1 à une concentration massique.
quil précise que moins concentrée, la solution peut être inefficace alors que plus concentrée, elle peut être nocive ou donner trop de goût amer aux légumes et fruits puisquils ne peuvent pas être rincés (eau souillée)
quil indique les précautions de sécurité (gants, ne pas ingérer, flacon de récupération obligatoire).
Si lensemble des 4 points cités ci-dessus sont parfaitement maitrisés, le niveau obtenu est le niveau A pour la compétence ANA. Si certains points sont flous ou non présents, lexaminateur pourra les faire préciser au candidat à l'aide de questions ouvertes. L'examinateur attend que le candidat sache corriger seul un oubli ou une maladresse. Si le candidat y parvient le niveau acquis pour ANA reste le niveau A.
Si lun des 4 points cités ci-dessus est incorrect ou incomplet malgré une interrogation orale de lexaminateur, le niveau acquis est alors le niveau B.
Le niveau acquis est le niveau C si deux des 4 points cités ci-dessus ne sont pas corrects ou incomplets malgré une interrogation orale de lexaminateur.
Le niveau acquis est le niveau D si trois des 4 points cités ci-dessus ne sont pas corrects ou incomplets malgré une interrogation orale de lexaminateur.
Pas de solutions partielles (mais des aides à loral)
Elaborer les protocoles expérimentaux de préparation de solutions
La compétence ANALYSER est mobilisée et évaluée à deux moments de lépreuve :
lors de lappel 2 lors duquel le candidat doit proposer un protocole de préparation de solution par dissolution,
lors de lappel 3 lors duquel le candidat doit proposer un protocole de préparation de solution par dissolution puis dilution.
Le critère retenu pour lévaluation de la compétence ANALYSER est le suivant : définir les conditions dutilisation des instruments de mesure ; concevoir un protocole expérimental réalisable avec le matériel fourni.
A la question 2, le candidat doit être capable de :
calculer la masse de permanganate de potassium solide nécessaire à la préparation de 50,0 mL de solution à 0,25 g.L-1 (m = 0,0125 g) ;
proposer le protocole complet de dissolution : pesée avec un sabot en faisant la tare, utilisation dune fiole jaugée de 50,0 mL deau distillée, dissolution totale avant lajustement au niveau du trait de la fiole et essuyage du col, homogénéisation.
A la question 3.1, il doit être capable de :
se rendre compte que la masse à peser est trop faible pour pouvoir la mesurer sur une balance au 100ème de g ;
calculer lincertitude relative sur la mesure de masse (80%).
A la question 3.2., il doit être capable de :
de comprendre que pour avoir une incertitude plus faible, on doit avoir une masse à peser plus grande ;
dexpliquer alors quil faut réaliser une solution plus concentrée, puis la diluer pour obtenir la solution de concentration demandée (puisquon ne dispose pas de fiole de plus grand volume) ;
de calculer la nouvelle masse à peser, de déterminer la nouvelle fiole à utiliser donc la nouvelle concentration ;
de prévoir la dilution à effectuer et le matériel à utiliser (pipette et fiole) ainsi que le calcul permettant de parvenir à la bonne concentration.
L'examinateur évalue ce que lui présente le candidat. Il attend de la part de celui-ci :
quil calcule la masse de permanganate de potassium nécessaire à la première préparation, quil prévoit le matériel nécessaire (sabot, fiole, pipette droite pour lajustement) et quil en décrive correctement les étapes du protocole ;
quil calcule lincertitude relative sur la masse à peser et quil commente son résultat ;
quil propose, ne disposant pas de fiole de grand volume, de réaliser une solution plus concentrée puis la diluer (il devra alors préciser les étapes de la préparation et justifier ses choix par des calculs).
On attendra lappel 3 avant de procéder à lévaluation. Si le candidat a réalisé lensemble des tâches, le niveau A pour le domaine de compétences ANA est obtenu.
Si nécessaire, lexaminateur intervient oralement (sous forme de questions) et de façon très ponctuelle pour faire préciser par le candidat certains points du protocole flous ou non présents. L'examinateur attend que le candidat sache corriger seul une maladresse ou apporte seul un complément au protocole lors des appels. Si le candidat y parvient le niveau acquis pour ANA est le niveau A. Un candidat qui demande une aide très ciblée et bien explicitée ne lest pas non plus. Dans tous ces cas le niveau A pour le domaine de compétences ANA est obtenu.
Si malgré les questions ouvertes, un protocole (ou une réponse) est toujours incomplet, lexaminateur fournit au candidat une solution partielle adaptée en fonction des besoins du candidat. Le niveau acquis est le niveau B sil parvient à réaliser parfaitement le reste des tâches.
Si le candidat est à nouveau bloqué pour lautre protocole, le professeur lui fournit une réponse partielle. Si celle-ci permet de le débloquer et que celui-ci poursuit la manipulation, le niveau acquis est le niveau C.
Si le candidat ne parvient pas à établir les protocoles demandés à partir des solutions partielles, lexaminateur lui donne les solutions totales. Le niveau acquis est le niveau D.
Exemples de solutions partielles pour le protocole de dissolution simple
Solution partielle 1
Il faut dabord calculer la masse de permanganate de potassium solide à peser pour préparer 50,0 mL de solution.
Solution partielle 2
Une fois pesée la masse de solide, on utilise une fiole jaugée de 50,0 mL dans laquelle on verse un peu deau distillée. Puis, après avoir pesé la masse de solide en nomettant pas la tare du récipient, on verse le solide dans la fiole, on rince le récipient, on dissout le solide, puis on ajuste le niveau de solution au trait de jauge avec de leau distillée. On essuie le col puis on homogénéise.
Exemple de solution totale
Les deux solutions partielles.
Exemples de solutions partielles pour le protocole de dissolution - dilution
Solution partielle 1
La masse de permanganate de potassium est trop faible pour être pesée avec précision sur une balance au 100ème de g. En effet, si U(m)= 0,01 g et m = 0,0125 g alors EMBED Equation.3 = 0,8 soit 80 % !!!
Solution partielle 2
Il faut fabriquer une solution plus concentrée par dissolution et ensuite la diluer. (Attention : faire en sorte que la dilution soit simple et que le matériel soit adapté).
Exemple de solution totale
Fabriquer 100,0 mL dune solution de concentration 2,5 g.L-1 en dissolvant 0,25 g de permanganate de potassium, puis diluer cette solution 10 fois (on prélève 5,0 mL à laide dune pipette jaugée que lon verse dans une fiole de 50,0 mL, on ajoute de leau distillée jusquau trait de jauge puis on essuie de col et on homogénéise).
EMBED Equation.3 = 0,04 soit 4 % ce qui est plus acceptable.
Réaliser les deux solutions
La compétence REALISER est mobilisée et évaluée en continu et lors de lappel 4.
Les critères retenus pour lévaluation de la compétence REALISER sont les suivants : réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole ; respecter les consignes de sécurité ; maîtriser certains gestes techniques.
Le candidat doit être capable de :
respecter les consignes générales dans un laboratoire (cheveux et blouse attachés, sac rangé, paillasse dégagée) ;
choisir la verrerie adaptée ;
tarer la balance avec le récipient ;
peser avec précision et transvaser sans pertes ;
utiliser des gants pour la pesée du solide ;
être adroit dans lutilisation de la pipette et savoir ajuster un niveau ;
transvaser la première solution dans un bécher avant de pipeter ;
homogénéiser chaque solution.
Le candidat doit être capable de suivre le protocole proposé précédemment en toute sécurité.
Le professeur observe en continu le candidat pendant la mise en uvre du protocole. Sil intervient oralement (sous forme de questions) et de façon très ponctuelle pour réguler leur mise en uvre, lutilisation adaptée du matériel, les candidats ne sont pas pénalisés. De la même façon, un candidat demandant une aide très ciblée et bien explicitée ne lest pas non plus. Dans tous ces cas, le niveau A pour le domaine de compétences RÉA est obtenu.
Si malgré les questions ouvertes le candidat ne parvient pas à mettre en uvre le protocole proposé, le professeur laide par exemple pour utiliser la balance. Le niveau acquis est le niveau B sil parvient à réaliser parfaitement les autres manipulations.
Si le candidat est à nouveau en difficulté dans une autre réalisation, le professeur lui fournit une réponse partielle. Le niveau obtenu sera alors le niveau C.
Si plus de 3 erreurs sont relevées alors le niveau obtenu sera le niveau D.
Exemples de solutions partielles
Exemple de solution partielle 1
Le professeur explique le fonctionnement de la balance (comment faire la tare par exemple).
Exemple de solution partielle 2
Le professeur explique quil faut rincer lentonnoir et la coupelle pour ne pas perdre de cristaux
Exemple de solution partielle 3
Le professeur explique quil faut ajouter de leau à la moitié pour dissoudre les cristaux.
Exemple de solution partielle 4
Le professeur explique comment ajuster le trait de jauge.
Etc
Académie dOrléans-Tours Laurence Dagousset PAGE \* MERGEFORMAT10
APP
ANA
REA
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