Plan de Cours | Apprentissage Actif | Thermochimie : Loi de Hess

Hypothèses: Ce Plan de Cours Actif suppose : un cours de 100 minutes, une étude préalable des élèves avec le Livre et le début du développement du Projet, et que seule une activité (parmi les trois proposées) sera choisie pour être réalisée pendant le cours, car chaque activité est conçue pour occuper une part importante du temps disponible.

Objectifs

Durée: (5 - 10 minutes)

L'étape des objectifs est essentielle pour établir le focus et l'orientation du cours. En définissant clairement ce que l'on attend des élèves en termes d'apprentissage, l'enseignant guide la préparation et l'engagement des étudiants envers le contenu. Ce moment fournit une vue d'ensemble des principaux aspects qui seront abordés, préparant le terrain pour une compréhension plus profonde de la loi de Hess et son applicabilité pratique.

Objectifs Principaux:

1. Former les élèves à comprendre et à appliquer la loi de Hess pour calculer la variation d'enthalpie dans les réactions chimiques, en utilisant des enthalpies de formation et des enthalpies d'autres réactions.

2. Développer les compétences d'analyse critique et de raisonnement logique des élèves pour résoudre des problèmes pratiques impliquant la loi de Hess.

Objectifs Secondaires:

1. Encourager la participation active des élèves en favorisant des discussions et des échanges d'idées pendant le cours.

Introduction

Durée: (20 - 25 minutes)

L'introduction sert à engager les élèves avec le contenu qu'ils ont étudié précédemment, en utilisant des situations-problèmes qui simulent des contextes réels et défient les étudiants à appliquer la connaissance théorique de manière pratique. De plus, la contextualisation du thème avec des exemples pratiques et historiques aide à solidifier la compréhension et l'importance de la loi de Hess, préparant le terrain pour les activités pratiques en classe.

Situations Problématiques

1. Imaginez que vous êtes un chimiste responsable de développer un nouveau processus industriel impliquant la réaction de deux composés pour générer un produit désiré. Cependant, la réaction directe est très exothermique et dangereuse. Comment pourriez-vous utiliser la loi de Hess pour calculer si une voie alternative, impliquant des réactions intermédiaires plus sûres, est viable?

2. Considérez que vous participez à une compétition de chimie et que l'on vous défie de calculer l'enthalpie de formation d'un composé qui ne peut pas être mesuré directement en laboratoire. Utilisez les enthalpies de formation d'autres composés et la loi de Hess pour résoudre ce problème.

Contextualisation

La loi de Hess est fondamentale non seulement dans les laboratoires, mais aussi dans l'industrie, où la sécurité et l'efficacité des processus chimiques sont cruciales. Par exemple, dans la production d'ammoniac, utilisée dans les engrais, la réaction directe entre l'azote et l'hydrogène est hautement exothermique et dangereuse. Par conséquent, l'application de la loi de Hess pour calculer les enthalpies des réactions intermédiaires est essentielle pour garantir un processus sûr et efficace. De plus, la contextualisation historique, avec la découverte par Germain Hess au XIXe siècle, aide à comprendre l'évolution de la pensée scientifique et l'importance de la thermodynamique dans la chimie moderne.

Développement

Durée: (75 - 85 minutes)

L'étape de développement dans la méthodologie de classe inversée est conçue pour que les élèves appliquent de manière pratique et collaborative les connaissances acquises sur la loi de Hess. En travaillant en groupes, ils renforcent non seulement leur compréhension théorique, mais développent également des compétences en communication, collaboration et pensée critique. Les activités proposées sont conçues pour être stimulantes et engageantes, garantissant que les élèves sont activement engagés dans la résolution de problèmes complexes, les préparant à des situations réelles et stimulant leur créativité.

Suggestions d'Activités

Il est recommandé de ne réaliser qu'une des activités proposées

Activité 1 - La Course des Chimistes : Dévoiler les Réactions Exothermiques et Endothermiques

> Durée: (60 - 70 minutes)

- Objectif: Appliquer la loi de Hess pour calculer l'enthalpie des réactions chimiques et développer des compétences de travail en équipe et de réaction rapide.

- Description: Dans cette activité, les élèves seront divisés en groupes de jusqu'à 5 personnes et chaque groupe représentera une équipe de chimistes dans une course pour découvrir l'enthalpie d'une réaction qui ne peut pas être mesurée directement. Des enthalpies de formation de réactifs et de produits seront fournies, et les groupes devront calculer l'enthalpie de la réaction directe et d'une voie alternative proposée, en appliquant la loi de Hess. La course sera chronométrée, et le groupe qui présentera en premier le calcul correct et le plus efficace sera le gagnant.

- Instructions:

• Divisez la classe en groupes de jusqu'à 5 élèves.

• Distribuez les données des enthalpies de formation des réactifs et des produits.

• Présentez la réaction directe et la voie alternative proposée.

• Chronométrez le temps de chaque groupe pour réaliser les calculs.

• Demandez à chaque groupe de présenter son calcul et de justifier l'utilisation de la loi de Hess.

• Déclarez le gagnant en fonction de la précision et de l'efficacité du calcul.

Activité 2 - Le Mystère des Réactions Disparues

> Durée: (60 - 70 minutes)

- Objectif: Développer des compétences de déduction et d'application de la loi de Hess dans des situations complexes, favorisant la créativité et la collaboration entre les élèves.

- Description: Les élèves, organisés en groupes, recevront une 'boîte mystérieuse' contenant des cartes avec des enthalpies de formation de différents composés et réactions. Certaines cartes seront manquantes, représentant des 'réactifs disparus'. Le défi sera de reconstruire les réactions manquantes et de calculer leurs enthalpies en utilisant la loi de Hess. Chaque groupe devra créer et présenter une 'théorie du crime' expliquant les réactions manquantes sur la base des calculs réalisés.

- Instructions:

• Préparez une boîte mystérieuse avec des cartes d'enthalpie de formation.

• Distribuez une boîte à chaque groupe et expliquez le défi.

• Permettez aux groupes de discuter et de commencer à monter les réactions manquantes.

• Surveillez et aidez les groupes dans l'application de la loi de Hess.

• Demandez à chaque groupe de présenter sa 'théorie du crime' et les calculs réalisés.

• Discutez des solutions avec la classe et clarifiez quelles réactions étaient effectivement manquantes.

Activité 3 - Le Chef Chimiste : Créer la Recette Parfaite de Réactions

> Durée: (60 - 70 minutes)

- Objectif: Utiliser la loi de Hess pour optimiser des réactions chimiques, renforçant la compréhension de la stœchiométrie et de l'enthalpie, et promouvoir le travail en équipe et la créativité.

- Description: Dans ce scénario ludique, chaque groupe d'élèves sera un 'chef chimiste' chargé de 'cuisiner' une réaction chimique. Ils recevront des ingrédients (enthalpies de formation) et une 'recette' incomplète. Le défi sera de calculer l'enthalpie de la réaction totale, en ajustant les quantités des 'ingrédients' (coefficients stœchiométriques) pour que la réaction soit thermiquement viable. Le groupe qui réussira à obtenir la 'recette' la plus équilibrée, c'est-à-dire celle qui génère la moindre enthalpie, sera le gagnant.

- Instructions:

• Divisez les élèves en groupes et distribuez les 'ingrédients' et la 'recette' incomplète.

• Expliquez qu'ils doivent calculer et ajuster les coefficients stœchiométriques pour minimiser l'enthalpie finale de la réaction.

• Orientez les groupes dans l'application de la loi de Hess pour réaliser les calculs.

• Demandez à chaque groupe de présenter sa 'recette' finale et les calculs réalisés.

• Évaluez les présentations et déclarez le groupe gagnant avec la 'recette' la plus équilibrée.

Retour d'Information

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape du plan de cours, le Retour, est cruciale pour consolider l'apprentissage des élèves et s'assurer qu'ils puissent réfléchir sur l'application pratique des connaissances acquises. Grâce à la discussion en groupe, les élèves ont la possibilité de verbaliser leur compréhension, d'écouter différentes perspectives et d'apprendre des expériences des uns et des autres. Ce moment permet également à l'enseignant d'évaluer le degré de compréhension des élèves et de clarifier d'éventuels doutes restants, s'assurant que les objectifs d'apprentissage ont été atteints de manière efficace.

Discussion de Groupe

Commencez la discussion de groupe en invitant chaque équipe à partager ses découvertes et les processus par lesquels elles y sont parvenues. Encouragez les élèves à expliquer comment ils ont appliqué la loi de Hess à chaque étape des activités et quels ont été les plus grands défis rencontrés. Utilisez des questions orientatrices pour faciliter l'échange d'idées et veiller à ce que tous les aspects importants aient été considérés. Ce moment doit être guidé par l'enseignant, qui agit en tant que modérateur, en s'assurant que tous les élèves aient la possibilité de parler et que les discussions soient productives et centrées sur les objectifs d'apprentissage.

Questions Clés

1. Quelles ont été les principales difficultés que vous avez rencontrées en appliquant la loi de Hess lors des différentes activités?

2. Comment la compréhension de la loi de Hess peut-elle être appliquée dans des situations réelles, comme dans l'industrie ou dans de nouvelles découvertes scientifiques?

3. Y a-t-il eu une surprise ou une découverte pendant les activités qui a changé votre perception du sujet?

Conclusion

Durée: (5 - 10 minutes)

La finalité de cette conclusion est de consolider les connaissances acquises durant le cours, en s'assurant que les élèves puissent relier les concepts théoriques avec les pratiques discutées et appliquées. De plus, ce moment sert à renforcer l'importance du thème étudié, en le liant à des applications pratiques et quotidiennes, en motivant les élèves à percevoir la chimie comme une science vivante et essentielle dans leurs vies et futures carrières.

Résumé

Pour conclure, l'enseignant doit résumer les principaux points discutés sur la loi de Hess, en soulignant la capacité des élèves à utiliser les enthalpies de formation et les réactions intermédiaires pour calculer l'enthalpie de toute réaction. Il est important de rappeler comment l'enthalpie est une propriété du système qui peut être calculée et le rôle crucial de la loi de Hess dans la détermination des enthalpies des réactions qui ne sont pas directement observables.

Connexion Théorique

Le cours d'aujourd'hui a été structuré pour relier théorie et pratique de manière intégrée. Les élèves ont eu l'occasion d'appliquer directement le concept théorique de la loi de Hess dans des activités pratiques qui simulent des situations réelles et mettent à l'épreuve leurs capacités de raisonnement logique et mathématique. Cette méthode facilite non seulement la compréhension du contenu, mais prépare également les élèves à appliquer leurs connaissances dans des contextes réels, comme dans l'industrie ou dans des recherches scientifiques.

Clôture

Enfin, l'enseignant doit souligner la pertinence de la loi de Hess dans la vie quotidienne et dans l'industrie. Comprendre l'enthalpie des réactions chimiques est essentiel pour le développement de processus sûrs et efficaces, comme dans la production d'engrais et de combustibles, où le contrôle précis des conditions thermodynamiques est crucial. De plus, la capacité à calculer les enthalpies avec précision peut mener à des innovations et des découvertes importantes dans le domaine de la chimie et de l'ingénierie chimique.