I. Texte du TP2 (Nouvelle version)

I.1. Texte d’origine TP03 « Dosage de polyacides »

Le TP2 a été construit à partir du TP03 (version antérieure à 1999) qui porte le même titre « dosage de polyacides » que nous présentons ci-dessous. Ce texte a subi des modifications au niveau du travail de réflexion que nous allons analyser dans ce chapitre.

Le texte du TP03 fourni aux étudiants comprend un développement théorique, des méthodes à utiliser pour obtenir les mesures à effectuer et des questions.

La première manipulation de ce TP, consiste à réaliser le dosage d’un diacide : l’acide sulfurique H2SO4 par une solution de soude NaOH en présence d’un indicateur coloré (dosage volumétrique), puis un dosage pH-métrique. Le texte fourni aux étudiants donne d’abord le mode opératoire :

MANIPULATION

a- Dosage volumétrique de l’acide sulfurique

  • Mettre dans la burette une solution de soude de titre connue.
  • Verser dans un bécher 10mL de la solution de H2SO4 à doser (à l’aide de pipette).
  • Effectuer le dosage en présence d’indicateur coloré.

b- Tracé de la courbe de titrage de H 2 SO 4 par la soude de titre connu

  • Mettre dans un bécher 10mL d’acide + 10mL d’eau et effectuer le dosage à l’aide du pH-mètre.
  • On rappelle que les additions de soude se feront selon la variation du pH de 1cm3 à 1cm3 au départ et de 0,2cm3 à 0,2cm3 au voisinage du point d’équivalence.

Ce texte est essentiellement rédigé en terme d’objets (burette, solution…), d’événements (verser, effectuer …) du monde perceptible.

Puis des calculs sont proposés :

CALCULS

  • Ecrire l’équation de la réaction de dosage.
  • Calculer :
    • Le nombre de moles d’ions OH- ajoutées,
    • Le nombre de moles d’ions H3O+ dosés dans les V0 mL de départ,
    • Le nombre de moles de H2SO4 dans les V0mL de départ,
    • La concentration molaire en H2SO4 (Ca)
    • Le titre massique en H2SO4
  • D’après les expériences précédentes, montrer que l’acide sulfurique se comporte ici comme un monoacide.

Les questions présentées aux étudiants après la réalisation de l’expérience relèvent du monde reconstruit (réaction) et du niveau des grandeurs (nombre de moles, concentration…). L’événement reconstruit (la réaction chimique) est pris en considération dans la partie réflexion. Les questions relatives aux calculs de la quantité de matière (nombre de moles), ne présentent aucun objectif d’apprentissage pour l’apprenant puisque la conclusion qu’il doit dégager à partir des calculs est déjà donnée dans la dernière question.

Dans cette partie du TP03, l’étudiant est amené à réaliser deux dosages : l’un volumétrique et l’autre pH-métrique, les questions présentes dans le texte du TP, n’indiquent pas à quel dosage sont valables. L’objectif de ces deux dosages n’est pas explicité.

La seconde partie concerne le dosage d’un polyacide : l’acide phosphorique H3PO4.

Comme pour le dosage de l’acide sulfurique, l’étudiant est amené à réaliser un dosage volumétrique puis un dosage pH-métrique.

MANIPULATION

a- Dosage volumique d’une solution d’acide phosphorique

  • Mettre dans la burette de la soude de titre connu et dans un bécher 10mL d’acide phosphorique à doser.
  • Effectuer le dosage en présence d’hélianthine puis en présence de phénolphtalèine.

Remarque  :

La 3ème acidité étant trop faible pour donner lieu à une variation brusque de pH, on ne la titrera pas aux travaux pratiques

b- Tracé de la courbe

  • Prélever à la pipette 10mL d’acide, les verser dans un bécher et ajouter 10mL d’eau.
  • Effectuer le dosage à l’aide du pH-mètre tout en traçant la courbe pH = f(V).

Selon notre cadre théorique, nous codons les termes utilisés dans le texte de la manipulation, comme appartenant majoritairement au monde perceptible (burette, solution, indicateurs colorés…), sauf la remarque appartient au monde théorique puisqu’elle relie une propriété de l’acide phosphorique à son comportement lors d’une expérience de titrage.

Puis des calculs sont proposés :

CALCULS

Lorsqu’on a dosé la première acidité, on a titré le tiers des moles d’ions H3O+ libérables par la solution, lorsque l’on a dosé les deux premières acidités on a titré les deux tiers des moles d’ions H3O+ libérables par la solution.

  • Ecrire les équations des réactions qui ont lieu lors du dosage.
  • Soient Ca et Cb les concentrations molaires de l’acide phosphorique et de la soude. Soit V1 le volume de soude nécessaire à la neutralisation de la première acidité et V2 celui correspondant à la neutralisation des deux premières acidités.
    • - Exprimer dans les deux cas le nombre de moles de H3O+ dosés en fonction de V1 ou V2.
    • - Calculer dans les deux cas la concentration molaire de la solution en H3PO4 (Ca).
    • - Calculer le titre massique (P = 31 ; O = 16).
    • - Le choix des indicateurs est-il satisfaisant.
  • Calcul d’incertitude :
    • - Donner les expressions littérales de l’incertitude relative sur la concentration relative sur la concentration pour chaque dosage.
    • - Quel indicateur permet de déterminer la molarité avec la meilleure précision ?

Au début des calculs, le texte présente un aperçu théorique permettant d’aider les étudiants à comprendre le comportement de l’acide phosphorique pendant le dosage. Le niveau de l’événement reconstruit (réaction du dosage) se manifeste au niveau de sa représentation symbolique (équation). Par la suite, ce qui est demandé aux étudiants relève majoritairement du modèle numérique.

La dernière partie de ce TP traite du dosage d’un mélange de deux acides : l’acide sulfurique H2SO4 et l’acide phosphorique H3PO4.

MANIPULATION

  • Tracé de la courbe :

Prélever à la pipette 10mL de H 2 SO 4 + 10mL de H 3 PO 4 et effectuer le dosage avec le pH-mètre.

  • Résultats :
    • Déterminer, à partir de la courbe de dosage, le volume de soude correspondant au premier saut de pH (V1) et celui correspondant au second saut de pH (V2).
    • Calculer la concentration molaire de chacun des deux acides dans le mélange (le volume de mélange dosé est 20m3).

Les termes utilisés dans cette partie du texte du TP03 soit appartiennent au monde perceptible soit au modèle géométrique soit au modèle numérique. Les résultats qui seront dégagés à partir de cette expérimentation n’ont pas un objectif d’apprentissage nouveau pour l’apprenant, il s’agit bien d’une constatation des faits.

A partir de la description du texte original de l’ancienne version du TP2, nous pouvons constater que dans tous les procédés expérimentaux et les questions à traiter, la réaction chimique n’est prise en compte que sous la forme d’une représentation symbolique (l’écriture des équations).

En dépit de la présence d’une partie théorique, les objectifs conceptuels ne sont pas identifiables et le texte du polycopié présente les caractéristiques d’un texte à visée pragmatique (richard, 1990).

Les analyses que nous avons faites du texte de TP03 mettent en évidence un point que nous estimons faible mais important : l'absence quasi-totale du lien entre les calculs à faire dans les trois types de dosages et leurs apports dans la construction de la connaissance chez l’apprenant. Il est bien sûr difficile d'inciter les étudiants à réfléchir, mais il nous semble que c’est indispensable pour une compréhension correcte des phénomènes chimiques et de leurs fonctionnements. Cette idée rejoint celle que nous avons évoquée dans l’analyse des textes du TP01, TP02 et TP05.