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Concepts prescrits7


Les concepts prescrits sont regroupés autour de concepts généraux se rapportant aux gaz, à l’aspect énergétique des transformations, à la vitesse de réaction et à l’équilibre chimique. Ils sont présentés dans un tableau à deux colonnes. Dans la première colonne figurent les concepts généraux ainsi que les orientations qui précisent et contextualisent les assises conceptuelles, tout en laissant une certaine latitude à l’enseignant. À l’occasion, des notes fournissent des précisions supplémentaires sur la portée des concepts et les limites à donner à leur étude. La deuxième colonne présente une liste non limitative des concepts prescrits. Il est en effet souhaitable que la richesse des situations d’apprentissage et d’évaluation permette de dépasser les exigences minimales.

Par la suite est présenté un tableau de repères culturels. Destinés à enrichir les situations d’apprentissage et d’évaluation, ces repères contribuent à donner un caractère intégratif aux activités pédagogiques en les ancrant dans la réalité sociale, historique, culturelle ou quotidienne des élèves. Ils permettent souvent d’établir des liens avec les domaines généraux de formation et avec d’autres domaines d’apprentissage

.

Orientations

Concepts prescrits

Gaz

L’utilisation répandue des gaz dans de nombreux domaines de l’activité humaine justifie l’étude de la réactivité de certaines substances gazeuses. Cela nous renseigne, entre autres, sur leur utilisation possible et sur la manière de les manipuler en toute sécurité.

Les similitudes observées dans le comportement des gaz (compressibilité, expansion, diffusion, forme et volume indéfinis, etc.) ont conduit à l’élaboration de la théorie cinétique moléculaire. Au début du deuxième cycle, l’étude des gaz portait sur la relation entre la pression et le volume. Elle se poursuit dans ce programme avec la loi générale des gaz et la loi des gaz parfaits. L’utilisation de la loi de Dalton, aussi appelée « loi des pressions partielles », s’avère pertinente dans l’étude des mélanges gazeux. L’emploi de ces lois suppose une maîtrise des opérations mathématiques relatives à la conversion d’unités de mesure et le traitement d’expressions algébriques à plusieurs variables.

L’hypothèse d’Avogadro permet de comprendre les combinaisons volumétriques lors des réactions chimiques en phase gazeuse. Corollaire de cette hypothèse, le volume molaire simplifie les calculs relatifs aux quantités de gaz consommées ou produites. Les volumes molaires retenus sont ceux établis aux conditions de température et de pression normales (0 °C et 101,3 kPa) et aux conditions de température ambiante et de pression normale (25 °C et 101,3 kPa).

  • Propriétés chimiques des gaz

    • Réactivité

  • Propriétés physiques des gaz

    • Théorie cinétique des gaz

    • Loi générale des gaz

    • Loi des gaz parfaits

    • Loi de Dalton

    • Hypothèse d’Avogadro

    • Volume molaire gazeux

Aspect énergétique des transformations

Le bilan énergétique d’une transformation peut être représenté sous la forme d’un diagramme d’énergie. La construction et l’interprétation d’un tel diagramme mettent en évidence la variation de l’enthalpie (énergie emmagasinée sous forme cinétique et potentielle) des substances impliquées et certains aspects de la cinétique chimique, comme l’énergie d’activation.

L’additivité des chaleurs de réaction (loi de Hess) ou des enthalpies de liaison figure parmi les méthodes qui permettent d’évaluer la chaleur molaire des réactions. La calorimétrie permet, quant à elle, la détermination expérimentale des quantités de chaleurs impliquées lors de certaines transformations.

  • Diagramme énergétique

  • Énergie d’activation

  • Variation d’enthalpie

  • Chaleur molaire de réaction

Vitesse de réaction

Le rythme auquel les réactifs se transforment en produits est soumis à l’influence de plusieurs facteurs (nature des réactifs, concentration, surface de contact, température, catalyseurs). Les possibilités d’intervention sont donc multiples lorsqu’il s’agit d’accélérer ou de ralentir les changements qui s’opèrent dans la matière.

L’intérêt de la loi des vitesses de réaction réside dans l’écriture d’expressions algébriques qui permettent de comparer les vitesses de diverses réactions chimiques et, dans certains cas, d’en calculer la valeur numérique. Cette loi favorise une meilleure compréhension de la nature dynamique de l’équilibre et conduit à l’expression mathématique des constantes d’équilibre.

  • Facteurs qui influencent la vitesse de réaction

    • Nature des réactifs

    • Concentration

    • Surface de contact

    • Température

    • Catalyseurs

  • Loi des vitesses de réaction

Équilibre chimique

L’équilibre dynamique est un état qui caractérise de nombreux systèmes chimiques, physiques et biologiques. L’étude qualitative de l’état d’équilibre et des facteurs qui l’influencent est exigée. Le principe de Le Chatelier sert, entre autres, à prévoir l’évolution des systèmes dont les conditions ont été modifiées.

Quel que soit le système considéré, l’interprétation et le calcul de l’expression de la constante d’équilibre (constante d’ionisation de l’eau, constantes d’acidité et de basicité, constante du produit de solubilité) permettent de traiter à la fois des aspects qualitatifs et quantitatifs de l’équilibre chimique. Lorsque cela est nécessaire, le recours aux équations du premier ou du deuxième degré est de rigueur.

La constante d’ionisation de l’eau permet de comprendre l’interdépendance entre les concentrations molaires des ions hydronium et hydroxyde. La détermination de l’une ou l’autre de ces concentrations molaires permet, avec l’emploi des fonctions logarithmiques, le calcul du pH des solutions aqueuses. La maîtrise de la notation scientifique est requise.

Note : Lors du traitement numérique des constantes d’équilibre, il est souhaitable que les systèmes étudiés se composent de substances simples, dont les formules moléculaires sont de type XY, XY2 ou X2Y.

  • Facteurs qui influencent l’état d’équilibre

    • Concentration

    • Température

    • Pression

  • Principe de Le Chatelier

  • Constante d’équilibre

    • Constante d’ionisation de l’eau

    • Constantes d’acidité et de basicité

    • Constante du produit de solubilité

  • Relation entre le pH et la concentration molaire des ions hydronium et hydroxyde






Repères culturels possibles

Histoire

Ressources du milieu

Événement

Amedeo Avogadro

Robert Boyle

Jacques Charles

Louis Joseph Gay-Lussac

Antoine Laurent de Lavoisier

Henry Louis Le Chatelier

Edme Mariotte

Maud Leonora Menten

William Thomson


Association francophone pour le savoir (ACFAS)

Conseil de développement du loisir scientifique (CDLS)

Conseil national de recherches Canada (CNRC)

Institut de chimie du Canada (ICC)

Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA)


Expositions scientifiques

Prix Nobel de chimie




Démarches, stratégies, attitudes et techniques

Cette section porte sur les démarches, les stratégies, les attitudes et les techniques ciblées par le programme. Bien que distincts des concepts, ces éléments contribuent tout autant au développement des compétences. Ils s’inscrivent dans une perspective de consolidation des éléments abordés au cours des deux premières années du deuxième cycle.

Démarches


Les démarches méritent une attention particulière. Elles ne doivent pas être mises en œuvre isolément, mais dans des situations d’apprentissage et d’évaluation qui font appel à plusieurs d’entre elles. L’utilisation cohérente des démarches et leur articulation constituent une manifestation de compétence.

Cinq démarches sont présentées ici : les démarches de modélisation, d’observation et d’analyse ainsi que les démarches expérimentale et empirique.

Démarche de modélisation


La démarche de modélisation consiste à construire une représentation destinée à concrétiser une situation abstraite, difficilement accessible ou carrément invisible. Le modèle élaboré peut prendre diverses formes : texte, dessin, formule mathématique, équation chimique, programme informatique ou maquette. Au fur et à mesure que la démarche progresse, le modèle se raffine et se complexifie. Il peut être valide pendant un certain temps et dans un contexte spécifique. Mais, dans plusieurs cas, il est appelé à être modifié ou rejeté. Il importe également de considérer le contexte dans lequel il a été construit. Il doit faciliter la compréhension de la réalité, expliquer certaines propriétés de ce qu’il vise à représenter et permettre la prédiction de nouveaux phénomènes observables.

Démarche d’observation


La démarche d’observation est un processus actif qui permet d’interpréter des faits selon des critères déterminés par l’observateur ainsi que par ce qui fait consensus dans un cadre disciplinaire donné. À la lumière des informations recueillies, les élèves doivent en arriver à une nouvelle compréhension des faits qui reste toutefois tributaire du contexte dans lequel s’effectue l’observation. Par sa manière d’interpréter et d’organiser les informations, l’observateur fait une relecture du monde physique en tenant compte de ses présupposés et des schémas conceptuels qui font partie intégrante de la grille qu’il applique aux faits observés. Ainsi, toute observation repose déjà sur l’établissement d’un modèle théorique provenant de celui qui observe.

Démarche d’analyse

L’analyse d’un phénomène, d’un objet ou d’un système vise à reconnaître les éléments qui les déterminent ou les composent ainsi que les interactions entre ces éléments. Elle permet d’en identifier les composantes structurales et fonctionnelles, qui peuvent être analysées à leur tour, et de déterminer leurs liens hiérarchiques ou leurs liens d’interdépendance. Dans certains cas, cette démarche amène à tirer profit d’une connaissance plus globale du système pour déterminer la fonction des parties et les relations qu’elles entretiennent. Elle permet alors de mettre à jour la dynamique d’un système complexe et d’examiner son comportement dans la durée. Cet aspect de la démarche d’analyse se révélera particulièrement fécond dans l’étude de phénomènes ou d’applications.

Démarche expérimentale


La démarche expérimentale implique d’abord la formulation de premières explications. Elle permet d’amorcer une tentative de réponse et de définir le cadre dans lequel se fera l’expérimentation. L’expérimentateur doit ensuite s’engager dans l’élaboration d’un protocole dans lequel il reconnaîtra un certain nombre de variables en vue de les manipuler. Le but de ce protocole expérimental sera de faire émerger des éléments observables ou quantifiables, de les mettre en relation et de les confronter aux hypothèses émises. Les interactions entre les diverses phases de la démarche expérimentale permettent de soulever de nouveaux questionnements, de formuler de nouvelles hypothèses, d’apporter des ajustements à sa mise en œuvre et de prendre en compte les limites de l’expérimentation.

Démarche empirique


La démarche empirique est une recherche de terrain sans manipulation de variables. L’absence de manipulation n’enlève rien à sa validité méthodologique. Un sondage, par exemple, est une démarche empirique qui n’a rien d’aléatoire. Les modèles intuitifs sont bien souvent à l’origine de cette démarche. Elle peut se révéler adéquate dans certaines situations puisqu’elle permet d’explorer et de se représenter les éléments d’un problème. Souvent, elle génère plusieurs idées et permet d’émettre des hypothèses et de concevoir des théories provisoires. Elle permet également de mettre au point des techniques et d’explorer des avenues possibles pour d’autres recherches.

Stratégies




Certaines stratégies, mobilisées et utilisées dans un contexte scientifique, soutiennent le développement des trois compétences de la discipline.

Stratégies d’exploration

Stratégies d’analyse


  • Inventorier le plus grand nombre possible d’informations scientifiques et contextuelles éventuellement utiles pour cerner un problème ou prévoir des tendances

  • Évoquer des problèmes similaires déjà résolus

  • Généraliser à partir de plusieurs cas particuliers structurellement semblables

  • Anticiper les résultats d’une démarche

  • Élaborer divers scénarios possibles

  • Explorer diverses pistes de solution

  • Envisager divers points de vue liés aux problématiques scientifiques




  • Déterminer les contraintes et les éléments importants de la résolution d’un problème

  • Diviser un problème complexe en sous-problèmes plus simples

  • Faire appel à divers modes de raisonnement (ex. inférer, induire, déduire, comparer, classifier, sérier) pour traiter des informations

  • Raisonner par analogie pour traiter des informations et adapter ses connaissances scientifiques

  • Sélectionner des critères pertinents qui permettent de se situer au regard d’une problématique scientifique





Attitudes




L’adoption de diverses attitudes facilite l’engagement des élèves dans les démarches utilisées et leur responsabilisation par rapport à eux-mêmes et à la société. Les attitudes constituent ainsi un facteur important dans le développement des compétences.

Attitudes intellectuelles

Attitudes comportementales


  • Curiosité

  • Sens de l’initiative

  • Goût du risque intellectuel

  • Intérêt pour la confrontation des idées

  • Considération de solutions originales

  • Rigueur intellectuelle

  • Objectivité

  • Sens du travail méthodique

  • Souci de précision dans la mesure et le calcul

  • Souci d’une langue juste et précise




  • Discipline personnelle

  • Autonomie

  • Souci d’efficacité

  • Souci d’efficience

  • Persévérance

  • Sens du travail soigné

  • Sens des responsabilités

  • Sens de l’effort

  • Coopération efficace

  • Souci de la santé et de la sécurité

  • Respect de la vie et de l’environnement

  • Écoute

  • Respect de soi et des autres

  • Esprit d’équipe

  • Solidarité internationale à l’égard des grands problèmes de l’heure







Techniques





Souvent incontournables, les techniques renvoient à des procédés méthodiques qui balisent la mise en pratique de connaissances théoriques. Les techniques énumérées ci-dessous sont prescrites, au même titre que les concepts.

Techniques liées aux manipulations 




  • Utilisation sécuritaire du matériel de laboratoire ou d’atelier

  • Utilisation d’instruments d’observation

  • Préparation de solutions

  • Collecte d’échantillons




Techniques liées aux mesures

  • Vérification de la fidélité, de la justesse et de la sensibilité des instruments de mesure (étalonnage, ajustage)

  • Utilisation d’instruments de mesure

  • Interprétation des résultats de la mesure (chiffres significatifs, incertitudes liées aux mesures, erreurs)

Note : Lors d’opérations mathématiques sur les mesures, le calcul d’incertitude n’est pas exigé.




Bibliographie


Culture scientifique et technologique
BINDI, Christophe. Dictionnaire pratique de la métrologie : Mesure, essai et calculs d'incertitudes, France, La Plaine Saint-Denis, AFNOR, 2006, 380 p.
CONSEIL DE LA SCIENCE ET DE LA TECHNOLOGIE. La culture scientifique et technique au Québec : Un bilan, rapport de conjoncture, Québec, gouvernement du Québec, 2002, 215 p.
HASNI, Abdelkrim. La culture scientifique et technologique à l’école : De quelle culture s’agit-il et quelles conditions mettre en place pour la développer?, communication présentée au 70e Congrès de l’ACFAS, Québec, Université Laval, 2002, 25 p.
ORGANISATION INTERGOUVERNEMENTALE DE LA CONVENTION DU MÈTRE. Le Système international d’unités, France, BIPM, 8e éd., 2006, 180 p.
THOUIN, Marcel. Notions de culture scientifique et technologique : Concepts de base, percées historiques et conceptions fréquentes, Québec, MultiMondes, 2001, 480 p.

Didactique de la science
AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE. Science for All Americans, Project 2061, New York, Oxford University Press, 1993, 272 p.
AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE. Benchmarks for Science Literacy, Project 2061, New York, Oxford University Press, 1993, 420 p.
AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE. Atlas of Science Literacy, Project 2061, New York, Oxford University Press, 1993, 165 p.
AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE. Designs for Science Literacy, Project 2061, New York, Oxford University Press, 1993, 300 p.
CANADA, CONSEIL DES MINISTRES DE L’ÉDUCATION. Cadre commun de résultats d’apprentissage en sciences de la nature, Toronto, gouvernement du Canada, 1997, 261 p.
DE SERRES, Margot et autres. Intervenir sur les langages en mathématiques et en science, Montréal, Modulo, 2003, 390 p.
FOUREZ, Gérard. Alphabétisation scientifique et technique : Essai sur les finalités de l’enseignement des sciences, Bruxelles, De Boeck Université, 1994, 219 p.
GIORDAN, André. Une didactique pour les sciences expérimentales, Paris, Belin, 1999, 239 p.
POTVIN, Patrice, Martin Riopel et Steve Masson. Regards multiples sur l’enseignement des sciences, Québec, MultiMondes, 2007, 464 p.
QUÉBEC, MINISTÈRE DE L’ÉDUCATION. Programmes d’études. Secondaire. Chimie 534, Québec, gouvernement du Québec, 1992, 252 p.



Annexe A : Contextualisation des apprentissages

Cette annexe présente, pour chacun des concepts généraux du programme de chimie, un rappel des concepts prescrits qui s’y rapportent, diverses pistes de contextualisation ainsi que les concepts abordés dans les programmes de science et technologie antérieurs. Ceux-ci peuvent contribuer à l’appropriation des concepts qui sont prescrits dans ce programme. Les pistes de contextualisation proposées évoquent des phénomènes et des applications susceptibles de réactiver des acquis. Véritables points de convergence, ces pistes visent à favoriser le développement des trois compétences disciplinaires et l’élaboration des concepts ciblés. Proposées à titre indicatif afin de soutenir l’intervention pédagogique, elles offrent la possibilité d’intégrer des connaissances scientifiques, technologiques et mathématiques. D’autres contextes peuvent également être porteurs de sens et il revient aux enseignants de privilégier ceux qui sont les plus susceptibles de servir les intérêts des élèves.


Contextualisation des concepts de chimie et liens avec les concepts abordés antérieurement





Gaz

Concepts prescrits

  • Propriétés chimiques des gaz

    • Réactivité

  • Propriétés physiques des gaz

    • Théorie cinétique des gaz

    • Loi générale des gaz

    • Loi des gaz parfaits

    • Loi de Dalton

    • Hypothèse d’Avogadro

    • Volume molaire gazeux

Pistes de contextualisation

  • Moteur à combustion interne

  • Montgolfière, dirigeable et ballon-sonde

  • Pompe à air

  • Manutention, utilisation et stockage des substances gazeuses

  • Plongée sous-marine

  • Maladies respiratoires

  • Utilisations médicales des gaz (anesthésie, réanimation, etc.)

  • Utilisations agroalimentaires des gaz (conservation, mûrissement, gazéification, etc.)

  • Gaz de l’atmosphère primitive

  • Éruption volcanique

  • Appareil fonctionnant au gaz

  • Couche d’ozone

  • Appareils de mesure et de réglage associés au gaz (manomètre, sphygmomanomètre, baromètre, etc.)

  • Filtres et masques à gaz

Concepts abordés antérieurement

Univers matériel

Univers vivant

Terre et espace

Univers technologique

  • États de la matière

  • Changement de phase

  • Pression, volume, température

  • Modèle particulaire

  • Atome et molécule

  • Système respiratoire

  • Écotoxicologie (contaminant)

  • Transformation des aliments

  • Conditions favorables au développement de la vie

  • Contamination

  • Pergélisols

  • Grands épisodes de l’histoire du vivant

  • Matériaux (dégradation et protection)

  • Alliages à base de fer

  • Métaux et alliages non ferreux



Contextualisation des concepts de chimie et liens avec les concepts abordés antérieurement (Suite)




Aspect énergétique des transformations

Concepts prescrits

  • Diagramme énergétique

  • Énergie d’activation

  • Variation d’enthalpie

  • Chaleur molaire de réaction

Pistes de contextualisation

  • Réfrigération et climatisation

  • Pochettes réfrigérantes ou chauffantes

  • Rendement énergétique des carburants

  • Choix alimentaire

  • Régulation de la chaleur dans la géosphère

  • Centrale solaire (panneau solaire)

  • Combustible fossile

  • Produits pétroliers et biocarburants

Concepts abordés antérieurement

Univers matériel

Univers vivant

Terre et espace

Univers technologique

  • Liaison chimique

  • Réactions endothermique et exothermique




  • Intrants et extrants

  • Valeur énergétique des aliments

  • Dynamique des écosystèmes

  • Flux de matière et d’énergie




  • Échelle des temps géologiques

  • Manifestations naturelles de l’énergie

  • Flux d’énergie émis par le soleil

  • Ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables

  • Biotechnologies (biodégradation des polluants)



Contextualisation des concepts de chimie et liens avec les concepts abordés antérieurement (Suite)


Vitesse de réaction

Concepts prescrits

  • Facteurs qui influencent la vitesse de réaction

    • Nature des réactifs

    • Concentration

    • Surface de contact

    • Température

    • Catalyseurs

  • Loi des vitesses de réaction

Pistes de contextualisation

  • Vitesse de combustion

  • Moyens de protection contre les incendies

  • Convertisseur catalytique

  • Catalyseur et inhibiteur

  • Additif alimentaire

  • Réaction enzymatique

  • Pharmacocinétique (action, élimination des médicaments)

  • Matière plastique biodégradable

  • Vitesse de dissolution des engrais

  • Traitement des surfaces (protection)

Concepts abordés antérieurement

Univers matériel

Univers vivant

Terre et espace

Univers technologique

  • Concentration

  • Température

  • Pression

  • Transformation des aliments

  • Dynamique des communautés (perturbation)

  • Empreinte écologique

  • Types de sols

  • Couches stratigraphiques

  • Biotechnologies (pasteurisation, biodégradation des polluants, traitement des eaux usées)

  • Alliages à base de fer

  • Métaux et alliages non ferreux

  • Bois et bois modifiés

  • Matières plastiques

  • Céramiques

  • Matériaux composites

  • Matériaux (dégradation et protection)



Contextualisation des concepts de chimie et liens avec les concepts abordés antérieurement (Suite)


Équilibre

Concepts prescrits

  • Facteurs qui influencent l’état d’équilibre

    • Concentration

    • Température

    • Pression

  • Principe de Le Chatelier

  • Constante d’équilibre

    • Constante d’ionisation de l’eau

    • Constantes d’acidité et de basicité

    • Constante du produit de solubilité

  • Relation entre le pH et la concentration molaire des ions hydronium et hydroxyde

Pistes de contextualisation

  • Produit d’entretien ménager

  • Procédé Haber

  • Aquariophilie

  • Produit d’entretien des piscines

  • Contrôle du pH sanguin

  • Contrôle de l’acidité gastrique

  • Impact de l’activité humaine sur les cycles biogéochimiques

  • Biocides (pesticide, insecticide, etc.)

  • Ozone stratosphérique

  • Dépollution physico-chimique des sols

Concepts abordés antérieurement

Univers matériel

Univers vivant

Terre et espace

Univers technologique

  • Dissociation électrolytique

  • Échelle pH

  • Neutralisation acidobasique

  • Stœchiométrie

  • Photosynthèse et respiration

  • Maintien de l’équilibre sanguin

  • Adaptation physique et comportementale

  • Contamination

  • Cycle du carbone, de l’azote et du phosphore

  • Cycle de l’eau

  • Effet de serre

  • Biotechnologies (biodégradation des polluants, traitement des eaux usées)

  • Matériaux composites







Annexe B : Exemples de situations d’apprentissage et d’évaluation

La production de l’hydrogène

1. Intention pédagogique


Cette activité vise le développement de la compétence disciplinaire 1 – Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes relevant de la chimie – par la résolution d’un problème de nature pratique portant sur la vitesse de réaction.

2. Durée approximative

Le déroulement de l’activité nécessite deux périodes de 75 minutes.

3. Domaine général de formation touché et axe de développement


Environnement et consommation

  1. Construction d’un environnement sain dans une perspective de développement durable

Les travaux de recherche qui portent sur la revalorisation des matières résiduelles contribuent à améliorer la gestion de nos ressources.

4. Description de l’activité


Amorce

Durant la période estivale, votre travail dans une usine spécialisée dans la transformation du magnésium vous permet de constater que des résidus sont éliminés alors qu’ils contiennent encore du magnésium métallique. Vous suggérez à votre superviseur de traiter ces résidus avec une solution acide afin de produire du dihydrogène, un gaz pouvant servir de combustible. Votre superviseur pense qu’il serait possible de faire réagir ces résidus avec des solutions acides disponibles à l’usine. Il vous informe qu’il faudrait limiter le débit de la réaction pour qu’il se situe entre 1,2 et 1,5 litre de dihydrogène à l’heure. Il vous confie le mandat de déterminer la nature et la concentration de l’acide qui permet de produire le dihydrogène à ce rythme.

5. Production attendue

Les élèves doivent produire un rapport de laboratoire qui présente, entre autres :


  • un protocole expérimental;

  • les résultats expérimentaux;

  • au moins deux suggestions de solutions acides à utiliser (nature et concentration à préciser) ainsi que la valeur expérimentale de la vitesse de réaction obtenue pour chaque solution;

  • une justification des solutions proposées.

6. Compétences disciplinaires ciblées


Compétence 1 – Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes relevant de la chimie

  1. Cerner un problème 

Représentation initiale du problème (mesure du débit de formation du gaz)

Identification des données pertinentes (effet de la nature et de la concentration des solutions acides sur la vitesse de réaction)

Formulation d’hypothèses (choix d’un acide, d’une concentration, etc.)

  1. Élaborer un plan d’action

Détermination des ressources nécessaires (choix des instruments de mesure [burette, chronomètre], des substances à utiliser, etc.)

Planification des étapes du plan d’action (élaboration du protocole)

  1. Concrétiser le plan d’action

Réalisation des manipulations et des opérations requises (montage expérimental, mesures, etc.)

Collecte des données
  1. Analyser les résultats


Établissement de liens entre les résultats obtenus et les concepts scientifiques (calcul de la vitesse de réaction, interprétation)

Élaboration d’une conclusion pertinente en fonction des contraintes de départ (suggestions quant à la nature de l’acide, fourchette de concentration, etc.)

7. Compétences transversales ciblées


Résoudre des problèmes; Communiquer de façon appropriée.

8. Ressources (prévues dans le contenu de formation)


Concepts prescrits

Concepts prescrits de l’année en cours

  • Facteurs qui influencent la vitesse de réaction

    • Nature des réactifs

    • Concentration

  • Propriétés physiques des gaz

    • Loi générale des gaz

    • Loi des gaz parfaits

    • Volume molaire gazeux




Concepts abordés antérieurement

  • Concentration (mol/L)

  • Stœchiométrie

  • Notion de mole




Démarches

  1. Démarche expérimentale et démarche d’analyse

Techniques

  • Interprétation des résultats de la mesure (chiffres significatifs)

9. Critères d’évaluation


  • Représentation adéquate du problème

  • Élaboration d’un plan d’action pertinent

  • Mise en œuvre adéquate du plan d’action

  • Élaboration de conclusions, d’explications ou de solutions pertinentes



L’aquariophilie




1. Intention pédagogique


Cette activité vise le développement des compétences disciplinaires 2 – Mettre à profit ses connaissances en chimie – et 3 – Communiquer sur des questions de chimie à l’aide des langages utilisés en science et en technologie – à partir de l’examen d’un ensemble d’éléments de nature scientifique liés à l’aménagement d’un aquarium d’eau douce.

2. Durée approximative

Le déroulement des activités nécessite trois périodes de 75 minutes (excluant le temps de la recherche documentaire).

3. Domaine général de formation touché et axe de développement


Environnement et consommation

  • Connaissance de l’environnement

Les concepts scientifiques sous-jacents aux interventions de l’aquariophile favorisent l’établissement de liens entre les divers éléments propres à un milieu.

4. Description de l’activité


Amorce

Vous possédez un aquarium d’eau douce déjà équilibré, abritant quelques plantes et habité par cinq guppys (Poecilia reticulata). Quelques-uns des paramètres actuels de l’aquarium sont décrits dans le tableau ci-dessous.


Paramètres

Conditions actuelles

Volume d’eau

40 L

Éclairage

11 heures/jour

Température

21 °C

pH

6,8

Dureté totale de l’eau

160 mg/L


Vous désirez introduire dans cet aquarium des poissons d’une autre espèce. Sur la base de leurs comportements et de certaines caractéristiques de leur environnement, quelques espèces sont susceptibles d’être choisies, par exemple Xiphophorus maculatus (platy), Poecilia velifera (molly voile) ou Hemigrammus erythrozonus (néon rose). Vous devez vous informer sur les particularités de l’espèce que vous avez sélectionnée afin de déterminer les conditions optimales requises pour la cohabitation avec les guppys.
Votre tâche consiste d’abord à trouver les modifications qu’il faut apporter à la composition chimique de l’eau de l’aquarium puis à proposer une façon adéquate de procéder à ces transformations.
Activités proposées

Les élèves choisissent une espèce de poisson d’eau douce pouvant cohabiter avec les guppys et s’informent sur les besoins particuliers de cette espèce.
Une première description chimique des milieux de vie des deux espèces est élaborée. Les élèves doivent déterminer les actions à entreprendre pour modifier l’état d’équilibre de l’eau de l’aquarium existant afin de permettre la cohabitation. Présentées clairement dans un document, ces informations doivent mettre en évidence les liens qui existent entre les divers paramètres.
Les élèves doivent aussi déterminer l’emplacement idéal de l’aquarium dans la pièce où il se trouve (proximité du système de chauffage, d’une fenêtre, etc.) et justifier leur choix à l’aide d’arguments de nature scientifique.

5. Production attendue

Les élèves doivent produire un document qui inclut :

  • une description du milieu et des changements envisagés;

  • une présentation des liens entre les facteurs externes et leurs effets (température, pH, luminosité, concentration). La justification doit décrire les changements apportés à l’état d’équilibre;

  • une proposition d’actions à entreprendre pour adapter la composition chimique de la solution aqueuse de l’aquarium aux deux espèces (ajout ou retrait de produits, emplacement, etc.);

  • une justification scientifique des solutions proposées.



6. Compétences disciplinaires ciblées


Compétence 2 – Mettre à profit ses connaissances en chimie
  • Examiner un phénomène ou une application
Identification des données initiales (recherche de la composition chimique de l’eau requise pour les deux espèces)

Détermination des éléments pertinents et des relations qui les unissent (identification des paramètres qui doivent être modifiés)

Représentation du phénomène (substances présentes, interactions possibles, concentrations)
  • Comprendre des principes de chimie liés au phénomène ou à l’application
Reconnaissance des principes et des concepts liés à l’équilibre chimique (facteurs qui influencent l’équilibre, constante d’équilibre, principe de Le Chatelier)
Construction et description de ces principes
Mise en relation de concepts et étude de l’influence de leur variation sur l’état d’équilibre de la solution aqueuse
  • Expliquer un phénomène ou une application sous l’angle de la chimie
Utilisation du principe de Le Chatelier et des constantes d’équilibre afin d’expliquer l’effet des modifications suggérées sur l’état d’équilibre favorisant la cohabitation des deux espèces de poissons
Compétence 3 – Communiquer sur des questions de chimie à l’aide des langages utilisés en science et en technologie

  • Participer à des échanges d’information à caractère scientifique ou technologique

Échanges sur les changements à apporter et sur la production du

document
  • Interpréter des messages à caractère scientifique ou technologique


Appropriation de l’information sur les deux espèces de poissons

  • Produire et transmettre des messages à caractère scientifique ou technologique

Production du document

7. Compétences transversales ciblées


Exploiter l’information; Coopérer; Communiquer de façon appropriée.

8. Ressources (prévues dans le contenu de formation)


Concepts prescrits

Concepts prescrits de l’année en cours

  • Facteurs qui influencent l’état d’équilibre

    • Concentration

    • Température

  • Principe de Le Chatelier

  • Constante d’équilibre

    • Constante d’ionisation de l’eau

  • Relation entre le pH et la concentration molaire des ions hydronium et hydroxyde

Concepts abordés antérieurement

  • Solubilité

  • Règles de nomenclature et d’écriture

  • Échelle pH

  • Dynamique des communautés

  • Perturbation

Démarches

  • Démarches de modélisation et démarche d’analyse

9. Critères d’évaluation


Compétence 2

  • Formulation d’un questionnement approprié

  • Utilisation pertinente des concepts, des lois et des modèles de la chimie

  • Production d’explications pertinentes

  • Justification adéquate des explications


Compétence 3

  • Interprétation juste de messages à caractère scientifique ou technologique

  • Production ou transmission adéquate de messages à caractère scientifique ou technologique

  • Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie

Annexe C : Répartition des concepts prescrits de l’univers matériel du premier et du deuxième cycle du secondaire8

Parcours de formation générale
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