III.2.1. Résultats concernant les productions écrites

Nous avons codé les réponses des 40 binômes suivant la grille d’analyse décrite dans le cadre théorique. Le tableau ci-dessous (Tab.97), illustre les différents types de liens utilisés par les binômes dans leur réponse.

Tableau 97 : Répartition de la fréquence des types de liens dans les copies
Types de liens entre les niveaux de connaissances Fréquence d’apparition dans les copies
[M.géo ; E] 33
[o ; é] 30
[E ; é] 16
[p ; o] 11
[E; p] 10
[é; p] 8
[é; G] 4
[M.géo ; é] 3
[E ; G] 2
[p ; G] 1
[G ; o] 1
[E ; o] 1
[E ; O] 1
[O; p] 1
[M.géo ; p] 1
Pas de réponse 1

Légende :

[é] : événement reconstruit

[o] : objet reconstruit

[p] : propriété reconstruite

[G] : grandeur

[E] : événement perceptible

[O] : objet perceptible

[M.num] : modèle numérique

[M.géo] : modèle géométrique

Ce tableau montre que les étudiants utilisent fréquemment le niveau événement reconstruit dans leurs réponses. Il est en lien avec cinq autres niveaux de connaissances :

  • L’événement reconstruit (réaction chimique) est en lien avec les objets reconstruits (entités chimiques) :

Copie 2 : La courbe de dosage de Na2CO3 possède 2 sauts de pH

  • un saut correspond au point d’équivalence E1(9,3 ; 8,3) dont laquelle la solution est basique. La réaction mise en jeu : Na2CO32Na++2CO3-
  • une deuxième saut correspond au point d’équivalence E2(4,8 ;18,9) dont laquelle la solution devient acide. La réaction mise en jeu : H2SO4  HSO4-+H+

Copie 6 : D’après la courbe il apparaît deux sauts :

*1er saut correspond à la première équivalence (formation basique)

*2ème saut correspond à la deuxième équivalence (formation acide)

Les réactions mises en jeu sont : H2SO42H++SO42- H2OH++OH-

La réaction de dosage est : H++OH-H2O Avec Na+ et SO42- sont des ions inertes

Ces étudiants n’arrivent pas à faire correspondre à chaque saut de pH, le dosage de l’entité chimique correspondante. La difficulté des étudiants se présente dans la distinction entre, les entités chimiques présentes dans la solution à doser qui vont réagir avec les entités chimiques présentes dans la solution titrante.

Bien que le lien entre l’événement et les objets reconstruits existe, la réponse demeure fausse puisque les étudiants présentent des difficultés dans la détermination des entités chimiques réagissant ensemble.

  • L’événement reconstruit (réaction acido-basique) est en lien avec l’événement perceptible (saut de pH) :

Copie 14 : Il y a deux points d’équivalence : il y a deux sauts de pH.

*le 1er correspond à la CO2+2H2OHCO3-+H3O+

*le 2ème saut correspond à la HCO3-+H2O CO32-+H3O+

Copie 15 : La courbe possède deux sauts de pH :

*le 1er saut correspond à l’équation : CO2+H2O HCO3-+H3O+

*le 2ème saut correspond à l’équation HCO3-+ H2O CO32-+H3O+

Pareille aux deux autres binômes, ces étudiants présentent des difficultés dans la détermination de la réaction acido-basique mises en jeu, ils se limitent à reprendre les 2 équations de réactions présentes dans le texte de TP.

  • L’événement reconstruit (réaction acido-basique) est en lien avec une propriété reconstruite (1ère basicité et 2ème basicité) :

Copie 20 : D’après la courbe il y a 2 sauts de pH correspond aux deux basicités de Na2CO3.

*1ère basicité : l’équation de réaction : CO32-+H3O+ HCO3-+H2O

*2ème basicité : l’équation de la réaction : HCO3-+H3O+ CO2+2H2O

Pour la copie 20, le binôme correspondant présente une réponse acceptable du point de vue du savoir savant puisque ce dernier a présenté la propriété reconstruite du carbonate de sodium, tout en faisant correspondre à chaque saut de pH, la réaction acido-basique correspondante. Ce binôme a utilisé dans sa démarche les niveaux de connaissances qui doivent être présents pour avoir une réponse acceptable du point de vue du savoir savant.

Copie 22 : Les deux sauts de pH correspondent aux deux acidités :

*la 1ère acidité correspond à la réaction : CO2+2H2O  HCO3-+H3O+

*la 2ème acidité correspond à la réaction : HCO3-+H2O  CO32-+H3O+

Par contre pour la copie 22, ce binôme n’arrive pas à distinguer la différence entre un acide et une base, bien que dans le texte du TP nous mentionnons que « l’ion carbonate CO 3 2- est donc une dibase ».

  • L’événement reconstruit (équivalence ou point d’équivalence) est en lien avec une grandeur (volume ou nombre de moles) :

Copie 13 : La courbe possède 2 sauts de pH :

*1er saut le volume entre 12mL25mL on a le point d’équivalence.

*2ème saut le volume entre 012mL on a le point de ½ équivalence : ½ Véq=V et pH= pKa

Copie 25 : Na2CO3 est une dibase, elle réagit en présence d’un acide en deux étapes :

Na2CO3+H3O+2Na++HCO3-+H2O

HCO3-+H3O+CO2+2H2O

Equation de la réaction du dosage :

Na2CO3+2H3O+2Na++CO2+2H2O

H2SO4+2H2OSO42-+2H3O+

Na2CO3+H2SO42Na+ + SO42-+CO2 + H2O

la courbe de neutralisation de Na2CO3 par H2SO4 présente deux sauts :

*1er saut de pH on a neutralisation de 1ère basicité qui lui correspond du valeur V1=10,3mL

Na2CO3+H3O+2Na++HCO3-+H2O

H2SO4+2H2OSO42-+2H3O+

Na2CO3+H2SO42Na+ + SO42-+HCO3-

A l’équivalence on a nOH- =nH+

Le binôme 13 ne présente aucune justification à sa réponse, il se contente de délimiter le saut de pH. Par contre le binôme 25 justifie sa réponse en utilisant des niveaux de connaissances appartenant au monde reconstruit.

  • L’événement reconstruit (réaction chimique ou point d’équivalence) est en lien avec le modèle géométrique (courbe du dosage) :

Copie 11 : La courbe possède 2 sauts de pH.

Les équations de dissolution de Na2CO3 et H2SO4 dans l’eau :

Na2CO32Na++CO32-

H2SO42H+ +SO42-

La première partie de la courbe correspond à l’équation CO32-+H+ HCO3- donc au premier point d’équivalence tous les ions CO32- sont transformés en HCO3- ;

la deuxième partie correspond à l’équation : HCO3-+H+ H2CO3 donc au deuxième point d’équivalence on a tous les ions HCO3- sont transformés en H2CO3, après le 2ème point d’équivalence on a une solution d’acide faible H2CO3

La difficulté du binôme 11 se présente dans la détermination des couples acide/base, l’acide correspondant à la base HCO3 - est l’acide CO2 et non pas H2CO3. Nous retrouvons dans ce cas là les conceptions des apprenants relatives aux couples acido-basiques (schmidt, 1995).

Copie 33 : La courbe possède 2 sauts de pH, en effet c’est un dosage de Na2CO3 de bicarbonate de sodium à l’aide de l’acide H2SO4. ainsi la courbe correspond à deux points d’équivalences E1 et E2

*pour 0<V<V1 : (E1) l’équation est : CO32-+H3O+  HCO3-+H2O

*pourV1<V<V2  (E2) : l’équation est HCO3-+H3O+ CO2+2H2O

CO32-+2H3O+ CO2+3H2O

Par contre le binôme 33, fait correspondre à chaque point d’équivalence l’équation chimique correspondante à la réaction du dosage de chaque entité présente en solution.

Dans cette question, nous avons recensé uniquement 7 (17,5%) réponses correctes du point de vue du savoir savant.

Copie 19 : La courbe possède 2 sauts de pH.

*1er saut correspond à la 1ère basicité : CO32-+H3O+ HCO3-+H2O

*2ème saut correspond à la 2ème basicité : HCO3-+H3O+CO2+2H2O

Copie 20 : D’après la courbe il y a 2 sauts de pH correspond aux deux basicités de Na2CO3.

*1ère basicité : l’équation de réaction : CO32-+H3O+  HCO3-+H2O

*2ème basicité : l’équation de la réaction : HCO3-+H3O+ CO2+2H2O

Copie 21 : La courbe possède 2 sauts de pH :

*le premier saut correspond à la première basicité tel que sa réaction s’écrit :

CO32-+H3O+  HCO3-+H2O

*le deuxième saut correspond à la deuxième basicité tel que sa réaction s’écrit :

HCO3-+H3O+  CO2+2H2O

Dans les copies 19, 20 et 21, les étudiants mobilisent des liens internes du monde reconstruit tel que le lien entre la propriété et l’événement puis le lien entre les objets reconstruits et l’événement reconstruit. Nous constatons que l’utilisation des niveaux de connaissances du monde reconstruit sont indispensable à la réussite de cette tâche.

Copie 23 : La courbe possède deux sauts de pH :

*1er saut : au niveau du 1er saut il y a neutralisation du 1ère basicité qui lui correspond à V1=11,3mL

Na2CO3+H3O+Na+ + HCO3- + Na+ +H 2O

H2SO4+ 2H2O SO42-+2H3O+

Na2CO3+H2SO42Na++HCO3-+SO42-

*2ème saut :la neutralisation du 2ème basicité du carbonate de sodium qui lui correspond à V2=22,9mL

HCO3-+H3O+CO2+H2O+H2O

H2SO4+2H2OSO42-+2H3O+

HCO3-+H2SO4  CO2 + SO42-+H3O+

Copie 32 : La courbe est composée par 2 sauts de pH, ce qui explique que le 1er point d’équivalence : Véq1=11,2mL et pH=8,3

Véq1 : c’est le volume nécessaire pour la neutralisation de la 1ère basicité

CO32- + H+ HCO3-

Véq2 correspond au volume nécessaire pour la neutralisation de la 2ème basicité :

HCO3- + H+ CO2+H2O

2ème point d’équivalence : pH=4,55 et Véq2=21,5mL

Pour les copies 23 et 32, les liens cités ci-dessus (objets, événement et propriétés du monde reconstruit) sont utilisés par ces deux binômes tout en rajoutant le lien avec la grandeur (volume à l’équivalence).

Copie 33 : La courbe possède 2 sauts de pH, en effet c’est un dosage de Na2CO3 de bicarbonate de sodium à l’aide de l’acide H2SO4. ainsi la courbe correspond à deux points d’équivalences E1 et E2

*pour 0<V<V1 : (E1) l’équation est : CO32-+H3O+  HCO3-+H2O

*pourV1<V<V2  (E2) : l’équation est HCO3-+H3O+ CO2+2H2O

CO32-+2H3O+ CO2+3H2O

Pour le binôme 33, ce dernier fait correspondre à chaque point d’équivalence une équation de la réaction correspondante. Nous supposons que pour ce binôme que la réaction du dosage se passe au niveau du point d’équivalence, ce qui rejoint nos résultats du chapitre « Comparaison entre dosage pH-métrique et dosage conductimétrique ».

Copie 34 : D’après la courbe, on observe deux sauts de pH qui correspond à deux réactions de dosage :

Le 1er saut de la courbe correspond à la neutralisation des ions H3O+ qui sont captés par les ions CO32- par contre le 2ème saut de la courbe correspond à la neutralisation des ions H3O+ qui sont captés par les ions HCO3-

CO32-+H3O+  HCO3-+H2O

HCO3-+H3O+CO2+2H2O

CO2-+H3O+HCO3-+H2O

Concernant le binôme 34, il fait correspondre correctement à chaque saut de pH l’événement et les objets reconstruits correspondants. Par la suite ce binôme écrit une troisième équation de réaction qui montre la difficulté de ces deux étudiants dans la détermination des couples acido-basiques.

A partir des analyses des productions écrites, nous constatons que les difficultés des apprenants apparaissent principalement pour cette 2ème question au niveau de la détermination des entités chimiques présentes dans le système réactionnel (obstacle relatif au registre microscopique) et au niveau de la détermination des couples acido-basiques (conception concernant la théorie de bronsted).