Plan de Leçon Teknis | Thermochimie : Loi de Hess

Objectif

Durée: (10 - 15 minutes)

L’objectif de cette phase du cours est de s’assurer que les élèves comprennent bien les objectifs et l'importance d'apprendre la loi de Hess pour déterminer l'enthalpie des réactions chimiques. Développer des compétences concrètes dans ce domaine est indispensable pour les préparer aux exigences du marché du travail, notamment dans des secteurs comme la pharmacie, la pétrochimie et les matériaux. Cette double approche théorique et pratique est également essentielle pour ceux qui envisagent une carrière scientifique ou en ingénierie.

Objectif Utama:

1. Expliquer la loi de Hess et son rôle fondamental en thermo-chimie.

2. Montrer comment utiliser la loi de Hess pour calculer l'enthalpie d'une réaction chimique.

Objectif Sampingan:

1. Consolider le concept d'enthalpie de formation.
2. Illustrer l’application concrète de la loi de Hess dans le monde professionnel.

Introduction

Durée: (10 - 15 minutes)

Le but de cette phase est de garantir que les étudiants saisissent bien les objectifs du cours et l'importance d'étudier la loi de Hess pour calculer les enthalpies des réactions chimiques. Acquérir ces compétences pratiques est crucial pour les préparer aux défis professionnels où la thermo-chimie intervient dans divers secteurs comme la pharmacie, la pétrochimie et les matériaux, mais aussi pour ceux qui souhaitent poursuivre en sciences ou en ingénierie.

Curiosités et Connexion au Marché

 Curiosité : Le chimiste suisse Germain Henri Hess a découvert, en 1840, le principe qui porte désormais son nom. Depuis, cette loi est devenue un outil incontournable pour les ingénieurs et scientifiques.  Application sur le marché : Dans l'industrie pétrochimique, la loi de Hess est utilisée pour optimiser les processus de raffinage du pétrole, ce qui permet d’améliorer l’efficacité énergétique et de mieux gérer les ressources. Dans le secteur pharmaceutique, elle aide à la synthèse de composés nécessitant un contrôle précis de la température et de l'énergie, garantissant leur efficacité et leur sécurité.

Contextualisation

La loi de Hess est l’un des repères majeurs en thermo-chimie, une discipline qui étudie les variations d’énergie lors des réactions chimiques. Imaginez pouvoir prédire la quantité de chaleur libérée ou absorbée au cours d'une réaction, un atout indispensable dans des processus industriels tels que la production alimentaire, la fabrication de carburants ou la synthèse de médicaments. C’est précisément grâce à la loi de Hess que l’on peut décomposer une réaction complexe en plusieurs réactions élémentaires dont l’enthalpie est connue.

Activité Initiale

 Activité initiale : Projetez une courte vidéo (3-5 minutes) illustrant l’application de la loi de Hess dans un procédé industriel, par exemple lors de la synthèse d’un médicament. Ensuite, posez la question : 'Selon vous, comment la loi de Hess peut-elle améliorer l'efficacité énergétique dans l'industrie chimique ?' Invitez ensuite les élèves à échanger en binômes avant de partager leurs idées avec l'ensemble du groupe.

Développement

Durée: (60 - 70 minutes)

Cette phase vise à offrir aux élèves une compréhension concrète et opérationnelle de la loi de Hess. Par le biais d’exercices de simulation et de résolution de problèmes, ils développeront des compétences techniques et analytiques indispensables pour relever les défis professionnels futurs.

Sujets

1. La loi de Hess : Définition et importance

2. Enthalpie de formation

3. Comment utiliser la loi de Hess pour calculer l'enthalpie des réactions

4. Exemples concrets d'application dans le milieu professionnel

Réflexions sur le Sujet

Invitez les élèves à réfléchir à l'impact de la loi de Hess sur les procédés industriels et scientifiques. Par exemple, demandez-leur : 'En quoi la capacité à prédire l'enthalpie d'une réaction peut-elle améliorer la sécurité et l'efficacité des processus industriels ?' Encouragez-les à citer des exemples concrets, tels que la production de médicaments ou le raffinage du pétrole, pour illustrer leurs propos et montrer l'importance de ces connaissances sur le marché du travail.

Mini Défi

Défi Maker : Construire une réaction chimique virtuelle

Les élèves utiliseront un logiciel de simulation (comme PhET Interactive Simulations ou un autre outil disponible) pour modéliser plusieurs réactions chimiques et appliquer la loi de Hess afin de calculer l’enthalpie globale de la réaction.

1. Divisez la classe en groupes de 3 à 4 élèves.

2. Fournissez à chaque groupe un accès au logiciel de simulation chimique.

3. Demandez aux groupes de choisir une réaction chimique complexe à simuler.

4. Accompagnez-les pour repérer des réactions intermédiaires avec des enthalpies connues et utilisez la loi de Hess pour calculer l’enthalpie globale.

5. Encouragez-les à documenter chaque étape du processus, y compris les équations chimiques et les calculs effectués.

6. À l’issue de la simulation, chaque groupe présentera brièvement (3-5 minutes) son démarche et les résultats obtenus.

Appliquer concrètement la loi de Hess tout en développant des compétences en modélisation et en simulation, des atouts très recherchés sur le marché du travail.

**Durée: (35 - 45 minutes)

Exercices d'Évaluation

1. Calculez l'enthalpie de la réaction globale en utilisant les réactions intermédiaires suivantes et leurs valeurs d'enthalpie respectives :

2. Réaction 1 : A + B → C, ΔH = -100 kJ/mol

3. Réaction 2 : C → D + E, ΔH = +50 kJ/mol

4. Réaction 3 : E + F → G, ΔH = -30 kJ/mol

5. Déterminez l'enthalpie de la réaction : A + B + F → D + G

6. Expliquez comment la loi de Hess pourrait être utilisée pour optimiser un processus de production industrielle spécifique (choisissez par exemple une application dans l'industrie pharmaceutique ou pétrochimique).

Conclusion

Durée: (10 - 15 minutes)

L'objectif final de cette étape est de consolider les acquis en stimulant une réflexion critique sur l'application pratique de la loi de Hess. En récapitulant les points essentiels et en favorisant le dialogue, vous aiderez les élèves à comprendre l'importance de ces compétences dans le monde professionnel.

Discussion

Organisez une discussion avec les élèves sur la manière dont la loi de Hess peut être appliquée dans divers contextes industriels et scientifiques. Encouragez-les à partager leurs retours sur le défi Maker et les exercices, en mettant en lumière les difficultés rencontrées et les solutions ingénieuses proposées. Posez-leur la question : 'Quelles leçons tirez-vous de l’application de la loi de Hess lors de la simulation ? Comment cette compétence peut-elle vous être utile dans votre futur métier ?'

Résumé

Faites le point sur les notions clés abordées, en insistant sur la définition de la loi de Hess, l'importance de l'enthalpie de formation et son utilisation pour le calcul des enthalpies des réactions. Soulignez le lien étroit entre la théorie et ses applications pratiques dans des secteurs comme la pharmacie et la pétrochimie.

Clôture

Concluez en mettant en avant la manière dont ce cours a réussi à relier théorie, pratique et applications concrètes de la loi de Hess. Insistez sur le fait que savoir calculer l’enthalpie des réactions est une compétence précieuse, directement transposable dans divers domaines professionnels, de la recherche à l'industrie.