HPT Formation scientifique UAA4 AUTEURS : Philippe Capelle, Brigitte Janssens, Pascale Papleux, Pascale Sartiaux Fiche d’expérience 5 Réaction entre le bicarbonate de sodium et le vinaigre Cette expérience peut être réalisée par les élèves moyennant le respect de certaines précautions (voir le point 6. Analyse de risques) : dans ce cas, les points 2 et 4 leur sont destinés. 1. Objectifs de l’expérience Grâce à la série de manipulations ci-dessous, la mise en évidence de ce qu'est une réaction chimique d'un point de vue macroscopique (un phénomène macroscopique est un phénomène dont nous pouvons observer certaines caractéristiques à l'œil nu) pourra être réalisée. Ce sera également l’occasion de vérifier que la masse est conservée dans un milieu fermé. 2. Matériel et produits - bicarbonate de sodium NaHCO3 (ou hydrogénocarbonate de sodium) du vinaigre 2 erlenmeyer 125 mL 1 ballon de baudruche 2 petits tubes à fond plat 1 balance 3. Notes techniques Pour estimer la masse, une balance à affichage digital est utilisée. Un appareil précis au dixième de gramme possède une précision suffisante pour l’expérience. Il faut s’assurer, avant de débuter les expériences, que les élèves sachent utiliser correctement cette balance : - Avant d’effectuer les mesures, tarer l’appareil (« remettre à zéro ») ; - Poser l’objet à mesurer sur la balance et lire la masse qui s’affiche ; - Noter la masse selon le modèle suivant : m = … g, avec un chiffre après la virgule. 1 HPT UAA4FE5 150905 4. Procédure 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) Placer 5 g de bicarbonate de sodium dans l’erlenmeyer. Verser 15 mL de vinaigre dans le petit tube à fond plat. Introduire le tube dans l’erlenmeyer sans le faire tomber. Peser l’ensemble. Noter la masse au dixième de g près. Agiter l’erlenmeyer pour faire tomber le petit tube, mettant ainsi en contact le vinaigre avec le bicarbonate de sodium. Qu’observez-vous ? Agiter doucement le tout jusqu’à la fin de la réaction. Lorsque la réaction est terminée, peser à nouveau. Noter la masse au dixième de g près et comparer cette masse avec celle mesurée avant la réaction. Que constatezvous ? Comment expliquer ces résultats ? Placer 5 g de bicarbonate de sodium dans le deuxième erlenmeyer. Verser 15 mL de vinaigre dans le deuxième petit tube à fond plat. Introduire le tube dans l’erlenmeyer sans le faire tomber. Refermer l’erlenmeyer avec le ballon de baudruche. Peser l’ensemble. Noter la masse au dixième de g près. Agiter l’erlenmeyer pour faire tomber le petit tube, mettant ainsi en contact le vinaigre avec le bicarbonate de sodium. Qu’observez-vous ? Agiter doucement le tout jusqu’à la fin de la réaction. Lorsque la réaction est terminée, peser à nouveau. Noter la masse au dixième de g près et comparer cette masse avec celle mesurée avant la réaction. Que constatez-vous ? Comment expliquer ces résultats ? 5. Note pour le professeur Pour faciliter l’analyse des résultats, il peut être proposé aux élèves un tableau (voir ci-après). Masse avant la réaction Masse après la réaction Système ouvert Système fermé Le phénomène observé est une réaction chimique entre le bicarbonate de sodium (ou hydrogénocarbonate de sodium) et le vinaigre (le vinaigre est une solution aqueuse d’acide acétique) : lorsque le vinaigre entre en contact avec le bicarbonate de sodium, il y a une effervescence (comme lorsque l’on dissout un comprimé d’aspirine dans un verre d’eau). L’équation chimique sous sa forme nominative est : hydrogénocarbonate de sodium + acide acétique → acétate de sodium + dioxyde de carbone + eau Dans la première expérience, l’erlenmeyer n’est pas fermé, il s’agit donc d’un système ouvert. Lorsque le mélange entre le bicarbonate de sodium et le vinaigre a lieu, produisant du dioxyde de carbone, gaz présent naturellement dans l’air. L’effervescence observée dans l’erlenmeyer permet de visualiser la production de ce gaz. Ce gaz peut s’échapper de l’erlenmeyer. Cela explique la différence de masses observée avant et après l’expérience. Cela permet également de se rendre compte qu’un gaz a une masse non négligeable. Dans la deuxième expérience, le système est fermé. Dans ce cas, le dioxyde de carbone ne peut pas s’échapper. Dans ce cas, il n’y a pas de différence de masse avant et après l’expérience. 2 HPT UAA4FE5 150905 On peut donc déduire que, lors d’une réaction chimique, - des substances disparaissent (on voit que le bicarbonate de sodium est dissout) et des substances apparaissent (effervescence visible à l’œil nu) ; - si le système est fermé, il y a conservation de la masse. L’expérience peut être réalisée avec du matériel réduit. Dans le cas du système fermé, il faut : - bicarbonate de sodium NaHCO3 (ou hydrogénocarbonate de sodium) - du vinaigre - 1 bouteille en plastique de 33 cL - 1 ballon baudruche - 1 balance Placer 5 g de bicarbonate de sodium dans le ballon baudruche. Verser 15 mL de vinaigre dans la deuxième bouteille. Placer le ballon baudruche sur le goulot de la bouteille sans faire tomber le bicarbonate. Peser l’ensemble. Noter la masse au dixième de g près. Soulever le ballon baudruche afin de faire tomber le bicarbonate dans le vinaigre. Qu’observezvous ? Agiter doucement le tout jusqu’à la fin de la réaction. Lorsque la réaction est terminée, peser à nouveau. Noter la masse au dixième de g près et comparer cette masse avec celle mesurée avant la réaction. Que constatez-vous ? Comment expliquer ces résultats ? Remarque : 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 6. Sécurité La réalisation d’expériences en particulier en chimie suppose le respect d’un certain nombre de règles permettant à chacun, élèves et professeur, de vivre ces séances de laboratoire dans les meilleures conditions de sécurité. Pour chaque local où se déroulent de telles expériences, existe un règlement de laboratoire, approuvé par le Conseiller en Prévention. Il sera signé par le chef d’établissement, le professeur, l’élève et ses parents/responsables. Chaque élève a une bonne connaissance de ce document. 3 HPT UAA4FE5 150905 Analyse de risques Phases Avant (Professeur) Pendant (Professeur et élèves) Sources de danger Points-clés Organisation classe de Nature du risque Mesures de prévention préconisées / Afin de limiter les déplacements, installer des postes de travail avec tout le matériel nécessaire pour le groupe. / / Coupures si de la verrerie est cassée Les élèves appellent le professeur qui se charge lui-même de ramasser les débris. la Système ouvert Système fermé Après (Professeur et élèves) Nettoyage et rangement de la verrerie 7. Développement attendu principalement visé Sur base d’une expérience réalisée en classe, mettre en évidence la conservation de la masse (A1). Les élèves réalisent des expériences de changements d’états et de transformations chimiques. Ils constatent que si le système est fermé, la masse se conserve. 8. Lien - http://www.edu.gov.mb.ca/frpub/ped/sn/dmo_s2/annexes_word/reg2_ann_13.doc (page consultée le 1 septembre 2015) 4 HPT UAA4FE5 150905