I.2. Description de la version finale du TP2 « Dosage de polyacides »

Le texte du TP2 que nous avons construit est donné aux étudiants sous forme de polycopié le jour même de la séance. Nous décrirons tout d’abord le texte du TP2, puis nous caractériserons les objectifs et les connaissances mises en jeu de la séance elle-même.

Nous mettons en lumière dans ce qui suit, quelques caractéristiques de ce texte permettant la compréhension des observations qui suivent.

La première expérience dans ce TP, consiste à réaliser un dosage d’une solution d’acide sulfurique à l’aide d’une solution de soude.

EXPERIENCE

- Mettre dans une burette une solution de soude de concentration 0,1 M.
-En utilisant une pipette Introduire dans un bécher 10 mL d’une solution d’acide sulfurique de concentration 0,05 M.
-Préparer le système de mesure du pH, et étalonner le pH-mètre si nécessaire.
-Ajouter suffisamment d’eau distillée pour que l’électrode soit convenablement immergée.
-Effectuer le dosage par pH-métrie de la solution acide.
-Tracer la courbe donnant l’évolution du pH en fonction du volume de soude ajoutée.

Les consignes données aux étudiants ne peuvent être rédigées uniquement qu’avec des termes appartenant au monde perceptible : « mettre, effectuer, solution, burette… ». Nous constatons que cette première expérience est la même que celle de l’ancienne version ainsi que la formulation du texte.

Toutefois, notre hypothèse principale de recherche est que les difficultés que rencontrent les étudiants au niveau des acides et des bases relèvent de la non compréhension du concept de réaction acido-basique.

Lors de la construction des questions de réflexion, nous nous sommes focalisés sur le concept de réaction chimique pour pouvoir détecter le niveau de compréhension de l’étudiant de ce concept à travers les acides et les bases.

La manière dont ces questions de réflexions sont présentées, vont aider l’étudiant à construire une connaissance relative à chaque dosage : « (…) le savoir est une association entre les bonnes questions et les bonnes réponses » (brousseau, p.58, 1998).

Par la suite, nous présentons les questions relatives au 1er dosage :

EXPLOITATION DES RESULTATS :

1. Combien de saut(s) de pH observe-t-on expérimentalement ?

2. Déduire, à partir du volume d’équivalence, la quantité d’ions HO– nécessaires pour la neutralisation de l’acide.

3. Quelle est l’équation du dosage ?

4. En déduire la quantité de matière d’ions H+ qui a été dosée ? Comparer cette quantité à celle de H₂SO₄ dans 10mL.

5.Que peut-on en déduire concernant le comportement de l’acide sulfurique H₂SO₄ en solution aqueuse ?

De la première question à la cinquième, nous avons suivi un ordre chronologique bien déterminé dans la construction de la connaissance, pour que l’apprentissage s’opère. Cet ordre que nous avons adopté se focalise au niveau du lien entre le monde perceptible (saut de pH) et le monde reconstruit (HO-, équation du dosage…), c’est-à-dire que nous avons aidé les étudiants à établir ce lien et à dépasser cette difficulté.

A la suite du dosage pH-métrique, l’étudiant est amené à réaliser un dosage volumétrique de l’acide sulfurique en présence d’indicateur coloré. L’objectif d’apprentissage de ce dosage est de confirmer les résultats du dosage pH-métrique sur le comportement de l’acide sulfurique en solution aqueuse.

TRAVAIL DE REFLEXION :

Décrire une méthode de dosage de l’acide sulfurique utilisant un indicateur coloré. On justifiera le bien fondé de la méthode proposée à l’aide du travail qui vient d’être effectué.
Doser par cette méthode un échantillon d’acide sulfurique de concentration inconnue sans utiliser de pH-mètre.

En déduire :

La quantité de matière d’ions H₃O+ dosés,
la quantité de matière d’acide sulfurique dans l’échantillon dosé,
la concentration molaire en acide sulfurique.

A partir des deux dosages précédents, nous signalons que lors de la construction de ce TP nous avons suivi une démarche précise au niveau de la conception des expériences et des questions de réflexions qui est quasi-absente dans l’ancienne version.

La deuxième partie de ce TP porte sur le dosage d’une solution d’acide phsosphorique (H₃PO₄) par une solution de soude (NaOH).

Expérience

Prélever à la pipette 10mL d’une solution aqueuse d’acide phosphorique 0,05 M.
Ajouter une quantité d’eau distillée suffisante pour que l’électrode soit convenablement immergée.
Doser par de la soude de concentration 0,1 M tout en mesurant le pH.
Tracer la courbe pH = f(Volume de soude). On fera en sorte que le volume V ajouté soit “ suffisant ”, et l’on justifiera pourquoi on a considéré que ce volume était suffisant.

Au niveau de cette deuxième expérience, nous avons incités l’étudiant à établir le lien entre l’événement perceptible et l’événement reconstruit, c’est-à-dire lors de la réalisation du dosage l’étudiant doit réfléchir sur le système réactionnel afin de savoir le volume de soude suffisant pour la neutralisation de l’acide

EXPLOITATIONS DES RESULTATS

1. Combien de sauts de pH apparaissent-ils ?

2. Déterminer les coordonnées de chaque point d’équivalence (Volume et pH). Que remarque-t-on à propos des différents volumes d’équivalences ?

3. Sachant que l’acide phosphorique H₃PO₄ est un triacide, interpréter ce qui vient d’être remarqué à propos des différents volumes d’équivalence. On pourra faire différentes hypothèses sur la force des différentes acidités de l’acide phosphorique et voir si ces hypothèses sont confirmées ou infirmées par l’expérience réalisée.

4. Votre interprétation vous permet-elle de confirmer que vous avez ajouté suffisamment de soude avant d’arrêter les mesures ?

5. Comment pourrait-on doser une solution d’acide phosphorique à l’aide d’indicateurs colorés, et sans pH-mètre ? On proposera un mode opératoire et on le réalisera en dosant à nouveau la solution d’acide phosphorique par la soude.

A travers cette exploitation des résultats, l’étudiant doit être capable de décrire le comportement de l’acide phosphorique H₃PO₄ en solution aqueuse. Ces questions de réflexion amènent l’étudiant à se baser dans ses réflexions sur les réactions chimiques qui ont eu lieu entre un polyacide (acide phosphorique H₃PO₄) et une base forte (soude NaOH).

Dans la troisième partie de ce TP, nous abordons le dosage d’un mélange d’acides (acide phosphorique H₃PO₄ + acide sulfurique H₂SO₄) à l’aide d’une solution de soude.

EXPERIENCE

Introduire dans un bécher 10 mL de la solution d’acide sulfurique de concentration 0,05 M et autant de la solution d’acide phosphorique de même concentration. On utilisera pour chaque acide une pipette propre ( ou rincée à l’eau distillée puis avec une petite quantité de la solution à prélever)
Réaliser le dosage à l’aide de la solution de soude 0,1M.
Tracer la courbe pH = f(Volume de soude)

Le texte de l’expérience est rédigé en termes du monde perceptible (bécher, pipette, solution) et du monde reconstruit (acide sulfurique, soude)

Travail de réflexion

1. Combien de saut(s) de pH observe-t-on ?

2. A quoi correspond chaque saut observé sur la courbe de dosage ? Ecrire l’équation de la réaction mise en jeu dans chaque cas.

3. En déduire une méthode pour doser, par volumétrie, un mélange formé d’acide sulfurique et d’acide phosphorique en solution aqueuse.

Ces questions de réflexion incitent à l’étudiant utiliser le concept de réaction acido-basique dans leur raisonnement.

APPLICATION

Prélever un échantillon de 10mL d’un mélange d’une solution aqueuse d’acides sulfurique et phosphorique et le doser par la méthode qui vient d’être proposée.
Indiquer brièvement une méthode de préparation de la solution qu’on vient de doser. On y précisera les concentrations des solutions utilisées et leur quantité.

Cette application est présentée à l’étudiant pour valider la méthode que nous lui avons demandée de proposer dans la question qui précède.

L’analyse du texte du TP2, montre que nous adopté une démarche bien précise dans la formulation des questions, c’est-à-dire que nous avons construit un milieu permettant à l’apprenant d’avoir un moyen pour évaluer ses réponses (brousseau, 1998).

La finalité de cet enseignement que nous voulons atteindre est de, développer les capacités intellectuelles de l’apprenant en lui permettant de comprendre, de raisonner et de construire des apprentissages intelligents et fonctionnels lors de l’apprentissage des réactions acido-basiques relatives à ce dosage