Plan de Cours | Méthodologie Active | Électrochimie : Lois de Faraday

Hypothèses: Ce Plan de Cours Actif suppose : une durée de cours de 100 minutes, une étude préalable des élèves à la fois avec le Livre et le début du développement du Projet, et qu'une seule activité (parmi les trois suggérées) sera choisie pour être réalisée pendant le cours, car chaque activité est conçue pour occuper une grande partie du temps disponible.

Objectif

Durée: (5 - 10 minutes)

La phase des objectifs est essentielle pour établir des attentes claires quant à ce que nous souhaitons que les élèves apprennent et soient capables de réaliser à la fin de cette leçon. En définissant des objectifs spécifiques, l'enseignant accompagne les élèves dans leurs apprentissages, mettant l'accent sur l'application concrète des connaissances théoriques liées aux lois de Faraday. Cela prépare non seulement les élèves aux activités en classe, mais aussi leur permet d'évaluer leur propre performance et compréhension du sujet.

Objectif Utama:

1. Permettre aux élèves de saisir et d'appliquer les lois de Faraday dans des contextes pratiques, en particulier pour les calculs relatifs à l'électrolyse.

2. Développer des compétences en calcul et en pensée critique pour déterminer la masse déposée ou le temps requis pour le dépôt d'une masse donnée sur une électrode dans divers scénarios électrochimiques.

Objectif Tambahan:

1. Encourager la collaboration et les échanges entre les élèves lors des activités pratiques pour renforcer l'apprentissage collaboratif.

Introduction

Durée: (15 - 20 minutes)

La phase d'introduction vise à capter l'intérêt des élèves et à relier leurs connaissances antérieures acquises à la maison avec les nouveaux concepts qui seront abordés en classe. En présentant des situations problématiques, on stimule la pensée critique et l'application directe des lois de Faraday, préparant ainsi les élèves aux activités pratiques. La contextualisation permet également de percevoir la pertinence de l'étude des lois de Faraday dans des situations réelles et quotidiennes, renforçant ainsi l'engagement et la motivation des élèves.

Situation Basée sur un Problème

1. Imaginez une usine de galvanisation où l'on effectue un processus de revêtement métallique par électrolyse. Le gestionnaire doit déterminer le temps nécessaire pour déposer 5 grammes de zinc sur une pièce en acier avec un bain de sulfate de zinc. Quels éléments devrait-il prendre en compte, et comment les lois de Faraday peuvent-elles l'aider dans ce calcul ?

2. Considérons une situation d'urgence où un scientifique doit rapidement estimer la quantité d'argent à déposer sur un objet en argent sterling pour restaurer une couche protectrice par électrolyse. En sachant que la masse molaire de l'argent est de 107,87 g/mol, comment utiliserait-il les lois de Faraday pour calculer le temps requis afin de déposer 2,5 g d'argent ?

Contextualisation

Les lois de Faraday sont essentielles non seulement pour comprendre théoriquement l'électrochimie, mais aussi pour leur application pratique dans la vie courante, comme dans le domaine de la galvanisation qui protège les métaux de la corrosion. En outre, ces lois sont la base de nombreuses technologies modernes, telles que les batteries rechargeables et les procédés d'électrodéposition utilisés dans la fabrication de composants électroniques. Savoir comprendre et appliquer ces lois permet aux élèves non seulement de mieux appréhender leur environnement, mais aussi d'explorer des carrières potentielles dans les sciences et la technologie.

Développement

Durée: (70 - 75 minutes)

La phase de développement est conçue pour permettre aux élèves d'appliquer de manière pratique et significative les concepts issus des lois de Faraday qu'ils ont découverts précédemment. À travers des activités engageantes, ils exploreront les applications pratiques et théoriques des lois et développeront des compétences en calcul, résolution de problèmes et travail d'équipe. Cette phase est cruciale pour ancrer les connaissances et garantir que les élèves peuvent transférer l'apprentissage théorique à des situations concrètes et quotidiennes.

Suggestions d'Activités

Il est recommandé de ne réaliser qu'une seule des activités suggérées

Activité 1 - Mystère électrochimique : Le cas du crime galvanique

> Durée: (60 - 70 minutes)

- Objectif: Appliquer les lois de Faraday pour résoudre un problème pratique et renforcer les compétences de présentation scientifique et d'argumentation.

- Description: Dans cette activité, les élèves deviennent des détectives électrochimiques chargés de résoudre un mystère où un voleur a utilisé l'électrolyse pour camoufler des métaux précieux. L'intrigue se déroule dans une bijouterie où une pièce rare de platine a été dérobée et remplacée par une copie fabriquée en métal moins cher mais plaqué de platine via électrolyse.

- Instructions:

• Divisez la classe en groupes de 5 élèves maximum.

• Fournissez à chaque groupe un 'dossier de preuves' contenant des informations sur les métaux impliqués, les conditions du bain électrolytique, et la quantité de métal déposée.

• Les élèves doivent utiliser les lois de Faraday pour calculer le temps nécessaire au dépôt du métal électrolysé, le comparer avec la durée du vol, et déterminer si la réaction était réalisable.

• Chaque groupe préparera une présentation de ses calculs et conclusions pour la classe, justifiant leur théorie sur ce qui s'est déroulé dans cette affaire galvanique.

Activité 2 - Olympiades électrochimiques : Qui dépose le plus ?

> Durée: (60 - 70 minutes)

- Objectif: Comprendre empiriquement les lois de Faraday en appliquant des concepts électrochimiques dans un cadre pratique et compétitif.

- Description: Les élèves participeront à une compétition où différents groupes tenteront de déposer la plus grande quantité de métal sur une électrode en un temps donné, en utilisant une cellule électrolytique installée en classe. Chaque groupe choisira un métal différent (zinc, cuivre, argent) et devra calculer le courant nécessaire et le temps requis pour déposer 1 gramme de leur métal sélectionné.

- Instructions:

• Installez des postes de travail avec des cellules électrolytiques pour chaque groupe, comprenant des électrodes faites de différents métaux et des solutions électrolytiques.

• Expliquez le fonctionnement de la cellule électrolytique ainsi que les lois de Faraday liées à l'expérience.

• Chaque groupe calculera le courant requis pour déposer 1 gramme de leur métal choisi et tentera d'atteindre cet objectif dans le temps le plus court possible.

• À la fin, chaque groupe présentera ses calculs, le temps réel effectué et comparera avec les autres groupes, discutant des variations possibles.

Activité 3 - Électrochimie en cuisine: Production d'argent colloïdal

> Durée: (60 - 70 minutes)

- Objectif: Utiliser les lois de Faraday pour calculer la quantité de métal déposé lors de l'électrolyse et saisir son application concrète.

- Description: Dans cette activité, les élèves appliqueront des concepts électrochimiques pour produire de l'argent colloïdal, procédé historiquement utilisé pour purifier l'eau, avec des applications modernes en médecine et technologie. Ils devront calculer la quantité d'argent susceptible d'être produite dans un temps donné, en utilisant une cellule électrolytique simple.

- Instructions:

• Mettez en place une cellule électrolytique simple en classe, comportant une électrode en argent et une solution de nitrate d'argent.

• Expliquez le processus d'électrolyse et les lois de Faraday relatives au dépôt d'argent.

• Les élèves calculeront la quantité d'argent qu'ils peuvent produire avec le courant disponible dans un temps déterminé.

• Chaque groupe réalisera l'expérience, collectera des données, et analysera l'efficacité de leur processus de dépôt.

Retour d'information

Durée: (10 - 15 minutes)

L'objectif de cette phase est de renforcer l'apprentissage acquis lors des activités pratiques, permettant aux élèves de réfléchir à l'application des lois de Faraday et de partager leur expérience avec leurs pairs. Cette discussion favorise la consolidation des connaissances, permet d'identifier les zones de flou ou de mésentente, et encourage une compréhension plus approfondie et critique du sujet. Par ailleurs, en s'inspirant des expériences de leurs camarades, les élèves peuvent acquérir de nouvelles perspectives et idées, enrichissant ainsi leur apprentissage.

Discussion en Groupe

Démarrez la discussion de groupe par une vue d'ensemble des activités, en demandant à chaque groupe de partager les défis rencontrés et les découvertes les plus surprenantes. Invitez les élèves à expliquer comment ils ont utilisé les lois de Faraday dans des contextes pratiques et théoriques durant les activités. Encouragez chaque groupe à mettre en avant une application spécifique des lois de Faraday qu'ils ont trouvé la plus intéressante ou pertinente pour le quotidien.

Questions Clés

1. Quelles ont été les principales difficultés rencontrées lors de l'application des lois de Faraday dans les activités pratiques ?

2. En quoi la compréhension des lois de Faraday peut-elle aider à résoudre des problèmes et à optimiser les processus dans les secteurs industriels ou technologiques ?

3. Des résultats inattendus ont-ils surgi durant les activités, soulevant de nouvelles interrogations sur le fonctionnement des réactions électrochimiques ?

Conclusion

Durée: (5 - 10 minutes)

La phase de conclusion est conçue pour s'assurer que les élèves peuvent relier la théorie apprise aux activités pratiques vécues. De plus, elle permet de renforcer l'importance des thématiques abordées, en incitant les élèves à réaliser leur pertinence et leur applicabilité dans diverses situations réelles et futures carrières. Ce récapitulatif sert à ancrer l'apprentissage et à préparer les élèves à utiliser ces connaissances dans des contextes pratiques.

Résumé

Pour conclure, faisons un récapitulatif du contenu exploré concernant les lois de Faraday. Au cours de la leçon, les élèves ont utilisé ces lois pour calculer la masse déposée ou le temps nécessaire pour déposer une masse donnée sur une électrode dans différents scénarios électrochimiques. Ces calculs ont été effectués lors de diverses activités pratiques telles que le mystère électrochimique, les olympiades électrochimiques et la production d'argent colloïdal en cuisine.

Connexion avec la Théorie

La leçon d'aujourd'hui a été cruciale pour établir un lien entre la théorie et la pratique, permettant aux élèves de voir comment les lois de Faraday s'appliquent dans le monde réel. En résolvant des problèmes et en menant des expériences, ils ont non seulement assimilé les concepts théoriques mais ont également reconnu l'importance de ces notions dans la technologie et l'industrie contemporaines.

Clôture

Comprendre et savoir appliquer les lois de Faraday est fondamental, non seulement pour réussir sur le plan académique, mais aussi pour les applications professionnelles futures dans des domaines comme l'ingénierie, la médecine et la technologie. Ces concepts et compétences sont incontournables pour quiconque s'intéresse aux sciences, à la technologie et à leurs applications pratiques dans le monde réel.