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Informer et accompagner
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les professionnels de l’éducation CYCLES 2 3 4
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PHYSIQUE-CHIMIE
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Mettre en oeuvre son enseignement
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Organisation et transformations de la matière
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Je suis vernie !
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Le fichier source
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au format Word THÈME : ORGANISATION ET TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE
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disponible en
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téléchargement Attendus de fin de cycle : Décrire et expliquer des transformations chimiques
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« Matière –
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je suis vernie » Registre d’enseignement : Enseignement commun.
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Descriptif :
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Dans cette activité, les élèves cherchent à comprendre et à expliquer pourquoi les canettes de boissons au cola
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sont vernies.
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Pour cela, ils proposent des expériences et les réalisent en s’appuyant sur plusieurs documents dont il leur faut
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extraire des informations sur :
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• la composition des boissons au cola et indiquant les effets des acides dur les métaux ;
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• une explosion survenue au sein d’un entrepôt d’acier dans lequel une bouteille d’acide s’était renversée (docu-
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ment en anglais) ;
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• des formules chimiques et des tests d’identification des ions et des gaz.
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Cette activité nécessite de laisser les élèves disposer de temps pour la réflexion en amont des expériences pour
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s’approprier la problématique et en aval pour rédiger l’argumentation.
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Repère de progressivité : Cette activité peut être proposée après avoir étudié avec les élèves l’évolution du pH
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avec la quantité d’ions hydrogène, les tests des ions et les transformations chimiques. Elle peut, par exemple,
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servir d’activité de découverte des réactions entre les acides et les métaux.
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Compétences travaillées
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Domaine 4 : Pratiquer des démarches scientifiques
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• Proposer une ou deux hypothèses pour répondre à une question scientifique et concevoir une expérience pour
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la ou les tester
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• Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et les communiquer en argumentant.
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Domaine 1 : Pratiquer des langages
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• Lire et comprendre des documents scientifiques.
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• Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des
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observations, expériences, hypothèses et conclusions.
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Connaissances et compétences associées
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Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes.
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Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et OH-
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• Réactions entre solutions acides et métaux
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Prérequis :
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• Identifier le caractère acide d’une solution par mesure du pH
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• Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et d’ions OH-
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• Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie
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Nature de la ressource : Activité expérimentale et construction de connaissances
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Type d’approche pédagogique : Démarche d’investigation
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Contribution à un parcours : parcours santé
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Mots clefs : transformation chimique, réaction, métaux, acides, tests caractéristiques
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Juin 2016 1
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Fiche élève : Je suis vernie
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En France, 3 milliards de canettes métalliques sont produites chaque année : pratiques,
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légères, incassables, ces canettes font désormais partie de notre quotidien.
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Documents
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DOCUMENT 1 : EXTRAIT D’UN DOCUMENT PUBLICITAIRE D’UNE COMPAGNIE DE SODAS
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« La faible quantité d’acidifiants contenue dans certaines boissons gazéifiées de notre Compagnie a-t-elle une
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influence sur le système digestif ?
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Tout comme les jus d’agrumes et certains aliments de consommation courante, certains sodas de la Compagnie
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contiennent de faibles quantités d’acidifiants (acide phosphorique ou acide citrique) qui leur confèrent un goût
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acidulé, et contribuent à leurs propriétés rafraîchissantes. Mais cette acidité est sans danger pour notre estomac
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qui fabrique naturellement de l’acide chlorhydrique.
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La présence d’acidifiants expliquerait l’histoire de la pièce de monnaie qui subit, de ce fait, une légère altération
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après avoir longuement séjourné dans un verre de jus d’orange, d’eau gazéifiée ou de soda au cola.
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Quelle est la composition du soda au Cola ?
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Ce soda est essentiellement composé d’eau gazéifiée, de sucre qui apporte de l’énergie, de caféine qui contribue
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à sa saveur subtile, de caramel qui lui donne sa couleur ambrée, d’acide phosphorique qui est un acidulant et
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d’extraits végétaux qui lui confèrent son goût unique. La boisson comporte aussi des extraits végétaux mais leur
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composition est un secret bien gardé. »
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DOCUMENT 2 : NEWSPAPER EXTRACT
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You can use a dictionary
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“A violent explosion occurred in a warehouse of steel parts when an employee has operated the switch to illumi-
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nate the warehouse.
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During the investigation, the employee indicates that acid cans badly « keyed « risked breaking but hydrochloric
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acid is not an explosive liquid.”
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DOCUMENT 3 : FORMULES ET TESTS DE RECONNAISSANCE DE QUELQUES ESPÈCES CHIMIQUES
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Doc 3.a : Solutions acides présentes dans une boisson au cola
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Solutions acides Acide chlorhydrique Acide phosphorique Acide citrique
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Formule chimique dans la H+, Cl- H+, H2PO4- H+, C6H8O7-
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solution de soda au Cola
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Doc 3.b : Tests d’identification de quelques espèces chimiques liquides ou gazeuses
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Gaz et liquide Dioxygène Dioxyde de carbone Dihydrogène Eau
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Tests d’identification Ravive une Trouble l’eau de chaux Explose à l’approche Bleuit le sulfate de cuivre
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flamme d’une flamme anhydre
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Doc 3.c : Tests d’identification de quelques espèces chimiques ioniques
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Ions présents Cuivre (II) Fer(II) Fer(III) Zinc Chlorure
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Formule Cu2+ Fe2+ Fe3+ Zn2+ Cl-
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Réactifs caracté- Hydroxyde de Hydroxyde Hydroxyde Hydroxyde Nitrate
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ristiques sodium de sodium de sodium de sodium d’argent
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Juin 2016 2
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Observations Précipité bleu Précipité vert Précipité rouille Précipité blanc Précipité blanc qui
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noircit à la lumière
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Après avoir pris connaissances des documents et en utilisant vos connaissances et compétences :
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• proposer une ou des expériences qui permettent d’expliquer pourquoi la canette de boisson au
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cola est vernie ;
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• la (ou les) réaliser ;
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• rédiger un paragraphe argumenté expliquant le rôle du vernis à l’intérieur des parois de la
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canette et ce qui s’est passé dans l’entrepôt.
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Travail à réaliser
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COMPÉTENCES TRAVAILLÉES
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Lire et comprendre des documents scientifiques.
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Proposer une ou deux hypothèses pour répondre à une question scientifique et concevoir une expérience pour la ou
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les tester
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Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et les communiquer en argumentant
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Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des obser-
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vations, expériences, hypothèses et conclusions.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Juin 2016 3
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Fiche professeur
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SCÉNARIO POSSIBLE
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Durée envisagée : 1h30
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Mode de travail : Travail en groupe (par deux ou trois)
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Organisation possible
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Matériel pour la présentation de l’activité et la recherche : vidéoprojecteur, classeurs ressources, dictionnaires
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anglais-français, dictionnaires, ordinateurs,
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Matériel pour les expériences (celui-ci peut rester sur un chariot en attendant les propositions des différents
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groupes qui peuvent être très diverses) : flacons solutions acide (chlorhydrique, phosphorique, citrique), échantillons
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de métaux, échantillons de métaux vernis, canettes, aimants, tube à essais, solution hydroxyde de sodium, allumettes,
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bouchon, lunettes, pH mètre, papier pH, boisson au cola
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Les élèves se mettent par groupe de travail ; la problématique est projetée et la consigne est lue d’abord
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individuellement puis reformulée au sein des groupes.
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Du temps est laissé aux élèves afin qu’ils s’approprient le problème et commencent à proposer des expériences
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en justifiant leur choix.
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Le professeur passe dans les groupes afin de voir si le problème est compris dans un premier temps. Dans un
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second temps, il peut commencer à donner des aides, en particulier aux groupes qui rencontrent des difficultés à
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faire des propositions.
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Exemple de production attendue
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Hypothèse :
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La canette est en métal fer (test avec l’aimant ou recherche sur Internet). La boisson contient des acides. Or
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dans l’entrepôt d’acier (alliage de fer), un contact entre l’acier et une solution acide a provoqué une explosion. La
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canette est sans doute vernie pour éviter le contact entre le métal fer et la boisson acide.
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On peut émettre l’hypothèse que les acides réagissent avec la canette (ce qui est souligné dans le document 1 à
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propos de l’altération de la pièce de monnaie par la boisson)
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Exemples d’expériences proposées :
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• Mettre dans différents tubes à essais des morceaux de fer et des morceaux de fer vernis
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• Ajouter différentes solutions acides, soit de l’acide chlorhydrique, soit de l’acide phosphorique ou citrique
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• Observer
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L’effervescence doit amener les élèves à identifier le dégagement de bulles à un dégagement de gaz qu’ils
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peuvent tester par tâtonnements successifs ou directement avec une flamme s’il utilise correctement les
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informations du document 2 relatif à l’explosion. Ils identifient alors l’émission de dihydrogène et si la réaction
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est assez vive, et une augmentation du pH, relatif à la disparition des ions hydrogène. Enfin, les groupes plus
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rapides pourront identifier la production des ions métalliques (pour cette identification, il faut mettre une quantité
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de solution d’hydroxyde de sodium suffisante pour neutraliser l’acide restant avant que le précipité vert ne soit
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effectivement observé).
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Argumentaire :
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L’ensemble des solutions acides (comportant des ions hydrogène H+) réagissent avec le métal constituant la
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canette. Il s’agit de transformations chimiques car des espèces disparaissent (le métal et les ions hydrogène) et
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des espèces chimiques apparaissent (un gaz, le dihydrogène, et des ions métalliques, les ions fer II).
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Le vernis à l’intérieur de la canette permet de protéger le métal de la canette, c’est-à-dire qu’il ne soit pas en
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contact et donc « attaqué » par « l’acidité » de la boisson au cola. Le vernis permet d’empêcher la réaction entre
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le métal et l’acide.
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Dans l’entrepôt, une grande quantité de dihydrogène a pu être produite lors de la casse d’une bouteille d’acide,
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par réaction de l’acide sur le métal ; une étincelle produite lors de l’allumage de la lumière par l’employé a pro-
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duit l’explosion du fait de la présence du dihydrogène (tests caractéristique).
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Diverses restitutions peuvent être envisagées avant la structuration des connaissances et l’explicitation des
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compétences associées : des groupes sont invités à venir présenter leurs hypothèses, expériences et argumenta-
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tion à l’oral ou le professeur projette diverses productions écrites et faire dégager les résultats importants qui ont
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permis de répondre à la problématique.
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L’analyse de la transformation chimique entre les acides de la boisson au cola et le métal de la canette, permet
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de découvrir la réaction entre les acides et les métaux.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Juin 2016 4
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Bilan des connaissances et des compétences associées
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Lors de la réaction de la boisson au cola sur la canette non vernie, le métal réagit avec l’acide contenu dans la
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boisson.
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On peut modéliser les acides par de l’acide chlorhydrique.
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Des réactifs disparaissent : le métal et l’acide chlorhydrique et des produits apparaissent : le gaz dihydrogène
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et des ions métalliques. C’est une transformation chimique : des espèces disparaissent tandis que d’autres se
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forment.
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Le bilan de cette transformation chimique, la canette étant en métal fer, peut être modélisée par :
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Une discussion peut s’engager sur la conservation des atomes lors des transformations chimiques : les ions
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hydrogène donnant le dihydrogène, le fer donnant des ions fer II. Les ions chlorure par contre n’interviennent pas
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dans la transformation, ils sont alors identifiés comme des ions spectateurs.
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Ce qui permet de modéliser de manière plus générale l’action des différents acides par l’action des ions hydro-
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gène sur le métal.
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Les réactifs disparaissent : le métal et les ions hydrogène et des produits apparaissent : le gaz dihydrogène et des
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ions métalliques. C’est une transformation chimique : des espèces disparaissent tandis que d’autres se forment.
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Le bilan de cette transformation chimique, si la canette est en métal fer, peut être modélisée par :
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Remarque : Une écriture symbolique de l’équation ajustée de la réaction peut ensuite être proposée. On rappelle
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que l’ajustement des coefficients stœchiométriques n’est pas une attendu du cycle 4 et sera exigible en classe
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de seconde seulement. Par contre, les élèves peuvent identifier si une équation de réaction est ajustée ou non.
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Différenciation pédagogique (coups de pouce, …)
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Des aides sont proposées en fonction de l’avancée des élèves dans la résolution du problème. Quand un groupe
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rencontre des difficultés, il convient d’intervenir assez rapidement afin d’éviter d’avoir de trop grandes diffé-
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rences de durées de résolution. Les aides peuvent être donnés à l’oral ou par écrit ; elles peuvent concerner :
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• des aides méthodologiques (reformulation, identification des rôles des différentes espèces chimiques
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présentes, conception d’expérience, choix des tests à réaliser, extractions d’informations des textes et des
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expériences, …) ;
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• des aides liées à des connaissances (identification de l’acidité et mesure du pH, notion de transformation
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chimique, …) ;
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• des aides de savoir-faire (mise en œuvre des tests, prise en compte des mesures de sécurité, observation.
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Pour les groupes les plus rapides, il peut être proposé des activités complémentaires afin de permettre que tous
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les groupes terminent correctement l’activité. Ils peuvent mettre en œuvre des tests complémentaires sur les
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espèces formées ou disparues, changer de métal, d’acide ou préparer une présentation orale de leur travail.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Juin 2016 5
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