VI.2.Difficultés et conceptions des apprenants à propos de l’usage des potentiels de référence pour la prédiction de l’évolution d’un système oxydoréducteur

Garnett et Treagust (1992) se sont penchés sur l’identification des difficultés conceptuelles dans la compréhension des aspects de l’électrochimie, reliés aux cellules électrochimiques et électrolytiques, et aussi a l’oxydation et à la réduction.

Leur recherche investit les phénomènes de l’électrochimie enseignés aux étudiants (Grade 12) et fournit une riche description de la compréhension conceptuelle et des explications des étudiants.

Parmi les difficultés sur lesquelles focalise cette étude

Garnett et Treagust ont noté un usage erroné des potentiels de référence (difficulté (a), (b) et (c)) ; les potentiels de référence sont automatiquement utilisés sans avoir une réelle représentation de la situation, ce qui conduit à des difficultés d’interprétation des phénomènes électrochimiques et électrolytiques.

A propos de l’identification de l’anode et de la cathode d’une cellule électrochimique, Garnett et Treagust (1992) ont noté que certains étudiants choisissent, d’une manière erronée, l’anode et la cathode directement à partir des tables des potentiels de référence en impliquant des espèces non existantes dans la cellule. Ces étudiants pensent qu’ils ont appliqué ce qu’ils ont appris par cœur : il s’agit de la conception que l’espèce ayant le plus grand potentiel de référence E° est l’anode.

A propos de la prédiction des produits d’électrolyse et de la magnitude de la force électromotrice (f.e.m) appliquée, Garnett et Treagust (1992) ont constaté que quand les étudiants prédisent les réactions relatives à une cellule électrolytique, les demi-réactions d’oxydation et de réduction sont combinées de manière à avoir E° positif. Il s’agit de la conception que la f.e.m. prédite pour une cellule électrolytique doit être positive. Les étudiant ne conçoivent pas aussi la relation entre la f.e.m. calculée d’une cellule électrolytique et la magnitude du voltage appliqué.

Ceci montre que l’usage des potentiels de référence est un automatisme auquel font recours les apprenants sans donner un sens à son application.

A propos de la détermination de l’anode et de la cathode pour les cellules galvaniques, Runo et Peters (1993) notent que les étudiants présentent des incertitudes sur la détermination de la cathode et de l’anode. D’après ces chercheurs, les étudiants se demandent comment des changements de concentration ou de la pression de l’un des composants ou dans les deux demi-piles, pourraient affecter le « voltage » ou le potentiel de cette pile. Les étudiants ont alors des difficultés à analyser les différents facteurs qui influencent le potentiel d’une cellule.

Les chercheurs d’Arizona state university (2001), donnent une liste de conceptions en chimie et indiquent que pour les cellules galvaniques, certains étudiants pensent que les potentiels des demi-piles sont absolus dans la nature et peuvent être utilisés pour prédire la spontanéité des réactions relatives aux demi-piles.

Dans l’analyse des transcriptions des étudiants relatives aux situations expérimentales, nous avons constaté qu’ils identifient fréquemment les potentiels des couples à leurs potentiels de référence. Les interventions suivantes illustrent cette conception :

J&C 61-62 (B) : 

‘«  - pour la deuxième question on nous demande que de / que peut-on dire des potentiels des couples mis en jeu lors de cette expérience on justifiera la réponse en utilisant les observations expérimentales donc on a Fe3+ c’est l’oxydant du premier couple
– … E° de Fe3+ Fe2+ est plus grand que E° de I2 est supérieur au E° de I2 I-»’