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TP - Des grains de riz contre des atomes pour comprendre l'utilité de la
mole
Fiche professeur

Prérequis : savoir calculer la masse d'un atome (à partir de son nombre de
nucléons) ; savoir utiliser une balance et une calculatrice ; savoir
convertir des unités (tonnes ou kg en g) ; utiliser les puissances de dix.

Place dans la progression : ce TP permet d'introduire la quantité de
matière et son unité, la mole ; il intervient donc en première activité de
la partie III du programme de chimie de seconde, avant le cours.

Objectif principal : réaliser la nécessité de compter les entités chimiques
par paquets et ainsi découvrir la notion de mole.

1 - Situation déclenchante

|Récolte annuelle |Canette en aluminium |
|mondiale de riz | |
|(700 millions de | |
|tonnes) | |
|[pic] |[pic] |
|Combien y a-t'il de |Combien y-a-t'il |
|grains de riz dans une |d'atomes d'aluminium |
|récolte annuelle |dans une canette |
|mondiale de riz ? |d'aluminium vide ? |

2 - Formulation du problème (5 à 10 minutes)

Problème : y a-t-il plus d'atomes d'aluminium dans une canette que de
grains de riz dans une récolte annuelle mondiale de riz ?

Consignes :
. Grâce à un transparent (voir annexe 1), le professeur expose le
problème et s'assure que les élèves l'ont compris (on peut leur
demander d'identifier les quatre objets relatifs à ce problème).
. Le professeur répartit alors les élèves en groupe (de 2, 3 ou 4).
. Le professeur donne les consignes : - ils doivent travailler en
groupe et en autonomie,
- ils disposent de leur calculatrice, de leur livre pour chercher les
données manquantes, d'une balance et de
riz au bureau,
- ils rédigent sur l'énoncé (qui sera ramassé) les différentes étapes
de leur travail (protocole expérimental,
recherche de données et calculs (respect
des notations, chiffres significatifs)),
- quand ils ont fini, ils viennent écrire leurs deux résultats dans un
tableau (semblable à celui présenté ci-
dessous et caché au reste de la classe
dans un premier temps) et rendent leur
énoncé.


|N° du binôme |1 |2 |3 |4 |... |
|Ngrains | | | | | |
|Natomes | | | | | |


. Le professeur distribue uniquement la partie gauche de la feuille
d'énoncé et annonce le temps imparti.


Matériels :
. 1 bécher plein de riz et un bécher vide (ou une soucoupe).
. Une balance au dixième de gramme sur le bureau du professeur (et un
entonnoir).
. Livre de physique chimie et calculatrice personnels.


Remarque : il faut bien sûr s'assurer que le livre contient les données
nécessaires (en particulier le nombre de nucléons contenus dans un atome
d'aluminium qu'on risque de ne trouver que dans les exercices sur la
partie II du programme) ; de toute façon, la recherche sera difficile
pour les élèves (d'autant qu'ils ont le bon réflexe d'aller d'abord voir
la classification périodique qui leur donne la masse molaire et
n'hésitent pas à se lancer dans des chapitres non traités, oubliant
qu'ils savent calculer la masse d'un atome).


3 - Recherches de solutions : Hypothèses - Expériences (40 à 55 minutes)

Activité supposée de l'élève dans cette phase : les élèves doivent passer
par différentes phases de travail.
. Mise au point et réalisation d'une manipulation permettant de
déterminer la masse d'un grain de riz.
. Rédaction du protocole de pesée.
. Recherche des données nécessaires à la détermination de la masse d'un
atome.
. Réalisation et rédaction des conversions et calculs permettant de
déterminer les deux nombres recherchés.
. Remplissage du tableau avec leurs deux résultats.


Le travail est terminé lorsque : tous les groupes ont noté les deux nombres
recherchés dans le tableau.

Points sensibles et interventions à prévoir : les points suivants peuvent
poser problème aux élèves.
. L'utilisation de la balance (tarage).
. La détermination expérimentale de la masse d'un grain de riz (voir
annexe 3).
. La recherche de données dans le livre (écueil de la masse molaire,
données difficiles à trouver).
. L'écriture des grandeurs (notation, chiffres significatifs, puissance
de dix, conversion).
. Les calculs et leur réalisation avec la calculatrice.
Le but étant que tous les groupes arrivent à donner deux valeurs (même
fausses), le professeur qui circulera dans les rangs pourra, suivant
l'avancement des différents groupes, aider ceux complètement bloqués en
tâchant de poser des questions plutôt qu'en donnant des réponses.

Complément d'activité pour les plus rapides :
. Le professeur peut inviter les groupes ayant rempli le tableau à
confronter leurs résultats ou à réfléchir sur les sources d'erreur
possibles.
. Le professeur peut aussi distribuer aux plus rapides la partie droite
de la feuille d'énoncé.

4 - Les résultats (15 à 20 minutes)

Lorsque tous les groupes ont fini, le tableau est dévoilé. Les résultats
doivent ensuite être analysés par les élèves avec l'aide du professeur ; en
effet, il faut pouvoir expliquer les différentes valeurs trouvées.

Le professeur doit, dans un premier temps, amener les élèves à exclure les
valeurs aberrantes (calculs faux, erreur de calculatrice) puis celles
s'écartant notablement des autres (erreurs de conversion, de données).

Ensuite, les valeurs qui sont toutes du même ordre de grandeur (à faire
apparaître dans une dernière colonne) ne vont pas forcément être identiques
; cela permet alors au professeur de questionner les élèves sur ces écarts
(erreurs d'arrondis, chiffres significatifs, précision de la détermination
de la masse d'un grain de riz avec discussion sur le nombre de grains de
riz à peser, calcul de la masse d'un atome d'aluminium).

Cette phase de travail se termine par la réponse définitive au problème
posé : Ngrains = 10 16