HGT - SCG
Chimie
UAA 3
AUTEURS : Caroline Destrée, Pascale Papleux, Pascale Sartiaux
Fiche d’activité 2
Des grains en TP pour définir le concept de mole
Introduction
Les concepts de « masse atomique relative, masse moléculaire relative, mole, masse molaire,… »
paraissent très peu concrets pour le public de 4e année. Comment faire ressentir aux élèves ces
différentes notions ? Particulièrement pour les plus visuels ou les kinesthésiques, profils qui en général
correspondraient à la majorité des étudiants.
L’idée est de créer un mini tableau périodique de classification des graines de légumineuses en fonction
de leurs masses et d’utiliser un vocabulaire ludique et inventé comme la « légumole ».
Objectifs d’apprentissage
Un premier constat
La définition la plus fréquente de la mole est la suivante : la mole est la quantité de matière contenant
600.000 milliards de milliards d’entités (ou plus sérieusement en notation scientifique : 6,02.1023 entités).
Ce nombre est vraiment énorme et dépasse sans doute le bon entendement de la plupart des
personnes.
Comment estimer cet ordre de grandeur ? Cela représente une réelle difficulté aussi bien du côté de
nos élèves que pour beaucoup d’enseignants. Comment faire comprendre et faire apprendre un concept
qui nous dépasse ?
Des perceptions imagées existent. Par exemple, une mole de grains de maïs permettrait de recouvrir
la surface des Etats Unis…avec une couche uniforme de 14 km d’épaisseur. Une mole de secondes
correspondrait à 4 millions de fois l’estimation de l’âge de la Terre. Ou encore, une mole de mètres
serait équivalente à la distance parcourue par la lumière… depuis la disparition des dinosaures. Mais,
ce nombre, malgré toutes ces comparaisons, reste tout de même difficile à imaginer …alors que nous
l’enseignons avec beaucoup d’évidence.
D’où vient ce nombre indénombrable et assez incroyable ?
Voici donc quelques activités ludiques (avec un vocabulaire inventé) à faire réaliser par les élèves,
pour les aider «à mieux appréhender par la suite » les notions de masse moyenne, masse atomique
relative, mole d’atomes et masse molaire.
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Document1
Enoncé des activités
1) Réaliser un tableau de classification des graines de légumes (suivant l’ordre croissant
de leurs masses moyennes, leurs masses relatives, leurs « masses légumolaires ») afin
de déterminer le nombre de graines dans une quantité donnée (« la légumole »)
Grains de riz
Lentilles blondes
Haricots rouges
Haricots de Soisson
a) Calcul de la masse
moyenne d’une graine
b) Détermination de la masse relative
d’une graine
c) Détermination
légumolaire»
de
«
la
masse
d) Détermination du nombre de graines
dans une « légumole »
e) Définition de la « légumole »
Figure 3 : Réalisation du Tableau de classification des graines de légumes
2) Remplir un récipient avec autant de graines de lentilles qu’il y a d’haricots rouges
enfermés dans un filet de 500g, sans ouvrir le filet.
Il s’agit ici de demander aux élèves d’estimer le nombre de graines de haricots rouges dans un
filet fermé de haricots rouges (à l’aide du tableau construit à la question 1) et de remplir un
récipient avec le même nombre de graines de lentilles
3) Etablir le lien entre « graines de légumes » et « entités (atomes, molécules) »
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Document1
Démarche à suivre
Activité 1.
a) Pour déterminer la masse moyenne d’une graine de légume, on demande aux élèves de
trouver une méthode efficace…
Chaque graine ayant une forme (et une masse différente), on peut, par exemple, dans le
cas du riz, en peser 50 ou 100 et faire ensuite la moyenne…
b) La masse relative de chaque graine sera calculée par rapport à la masse de la graine la
plus légère du tableau (dans notre cas, c’est le grain de riz).
c) On donne la définition suivante aux élèves : la masse légumolaire ou la masse d’une
légumole correspond à la masse relative d’une graine exprimée en gramme par légumole
(g/légumole).
d) On demande aux élèves de donner leur définition de « la légumole »… « la légumole est
le paquet de graines qui contient autant de graines qu’il y en a dans 1 g de grains de riz ».
Par exemple, la légumole de lentilles est le paquet de lentilles qui contient autant de
graines de lentilles qu’il y a de grains de riz dans 1 g de grains de riz.
e) On demande aux élèves de déterminer le nombre de graines contenues dans une quantité
correspondant à la masse d’une légumole.
Activité 2.
Il s’agit ici de demander aux élèves d’estimer le nombre de graines de haricots rouges dans un
filet fermé de haricots rouges (à l’aide du tableau construit à la question 1) et de remplir un
récipient avec le même nombre de graines de lentilles
Activité 3.
Les graines de légumes…
Au laboratoire de chimie…
La graine de légume
Un atome
La graine de haricot rouge
Un atome déterminé (comme l’atome de chlore)
La graine de lentille
Un atome déterminé (comme l’atome de fer)
La masse moyenne d’une graine de haricot rouge (il
est nécessaire de calculer cette masse moyenne car
toutes les graines de haricots rouges n’ont pas la
même masse)
La masse moyenne d’un atome de chlore (car tous les
atomes de Cl n’ont pas la même masse). Attention aux
limites de l’analogie : la masse d’un atome ne se
détermine pas avec une balance…
(plus tard : Notions d’isotopes et d’éléments)
La masse relative d’une graine de haricot rouge
(déterminée à partir de la masse de la graine la plus
légère de notre tableau de classification des graines
de légumes : graine de riz)
La masse atomique relative d’un atome de chlore
(déterminée à partir de la masse de l’atome le plus léger
de la classification périodique de Mendeleïev :
l’hydrogène, et par la suite… le carbone 12)
« La légumole de graines »: un paquet de graines
dont le nombre est déterminé (dans notre tableau
………)
La mole d’atomes : quantité de matière contenant 6,02.
10 23 atomes (nombre déterminé expérimentalement par
Perrin)
« La masse légumolaire » : c’est la masse « d’une
légumole » de graines qui correspond à la masse
relative d’une graine exprimée en g/légumole
La masse molaire d’atomes d’une espèce déterminée :
c’est la masse d’une mole d’atomes de cette espèce.
Elle s’exprime en g/mol. Sa valeur est identique à la
valeur de la masse atomique relative des atomes de cette
espèce.
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Document1
Développements attendus principalement visés
Aspects quantitatifs d’une réaction chimique
Décrire la mole comme un outil permettant au chimiste de lier les champs macroscopique et
microscopique (C1).
L’élève explicite que lorsque le chimiste travaille avec des quantités de matière qui correspondent à des
moles de différentes substances (6,02.1023 espèces chimiques), cela lui permet de réaliser aisément
au laboratoire des expériences macroscopiques (transformations chimiques) quantitatives
interprétables à un niveau microscopique inaccessible.
Décrire le nombre d’Avogadro comme interface entre la réaction chimique (dimension microscopique)
et la transformation chimique (dimension macroscopique) (C2).
L’élève fait une lecture molaire et moléculaire de l’équation-bilan d’une réaction chimique. Il établit le
lien entre ces deux lectures.
Bibliographie
Fiche d’activité réalisée d’après un article paru dans a revue de l’ABPPC, écrit par Pascale Papleux,
conseillère pédagogique en sciences
Histoire du concept de mole (1869-1969) à la croisée des disciplines physique et chimie
http://www.lactualitechimique.org/Histoire-du-concept-de-mole-1869-1969-a-la-croisee-desdisciplines-physique-et-chimie , page consultée le 21/10/2016
L’hypothèse d'Avogadro et le poids atomique
http://ddata.over-blog.com/xxxyyy/0/31/89/29/Fusion-110/F110.9.pdf, page consultée le 21/10/2016
Les tribulations de l’atome au pays de la chimie
http://ecoles.csbf.qc.ca/lasamare/cours/ethibault/Chimie/chimie/CHHIST1.htm,
21/10/2016
page
consultée
le
Reconceptualisation et transposition : la mole
http://icampus.encbw.be/claroline/backends/download.php?url=L0RpZGFjdGlxdWUvc3RvZWNoaW9t
ZXRyaWVfb3JkcmVfZGVzX2NvbmNlcHRzLnBkZg%3D%3D&cidReset=true&cidReq=B1_S1410
,
page consultée le 21/10/2016
Pistes : mole, étude détaillée
http://www.pistes.fse.ulaval.ca/sae/?no_version=2164, page consultée le 21/10/2016
Quelques activités avec les graines de haricots
http://sciencphys2.unblog.fr/files/2008/01/activit1surlamole.pdf, page consultée le 21/10/2016
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Document1
Annexes
Tableau des graines
Nom des graines
Riz
Lentilles
Maïs
Pois chiches
Haricots
rouges
Haricots
Soissons
Masse moyenne d’une graine
Masse relative
Masse légumolaire
Nlégumole
Définition de la « légumole »
La légumole est …
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