Solutions ioniques et conductivité électrique

Les élèves retiennent mieux les concepts liés aux solutions ioniques quand ils voient les ions en mouvement. Travailler avec des manipulations concrètes et des discussions structurées transforme une notion abstraite en expérience observable et mémorable.

• 3ème
• Comprendre le Monde : Matière, Énergie et Interactions
• 4 activités
• 15 min–45 min

Objectifs d’apprentissage

1. Comparer la conductivité électrique de solutions aqueuses de différentes concentrations en utilisant un montage expérimental.
2. Expliquer le rôle de la mobilité des ions dans la conduction électrique des solutions ioniques.
3. Distinguer une solution ionique d'une solution moléculaire par des mesures de conductivité.
4. Analyser l'influence de la nature des ions sur la conductivité d'une solution.
5. Concevoir un protocole expérimental pour tester la conductivité de diverses solutions.

Cercle de recherche

⏱ 45 min·Petits groupes

Cercle de recherche: Le classement des solutions

Les élèves testent la conductivité de 6 solutions (eau distillée, eau salée diluée, eau salée concentrée, eau sucrée, vinaigre, jus de citron) avec un montage lampe/DEL. Ils classent les solutions par conductivité croissante et identifient celles qui contiennent des ions.

Préparation et détails

Analysez comment la présence d'ions libres dans une solution permet la conduction électrique.

Conseil de facilitation: Pour l’activité 4, demandez aux élèves de préparer un schéma au tableau pendant leur explication pour ancrer visuellement le parcours des ions.

Setup: Groupes en îlots avec accès aux ressources documentaires

Materials: Corpus de documents sources, Fiche de suivi du cycle de recherche, Protocole de formulation de questions, Canevas de présentation des résultats

• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Autogestion
• Conscience de soi

Penser-Partager-Présenter

⏱ 15 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Pourquoi le sucre ne conduit pas ?

L'enseignant pose la question : le sucre se dissout dans l'eau, mais la solution ne conduit pas. Chaque élève formule une hypothèse, puis la confronte avec son voisin. La mise en commun permet de distinguer dissolution moléculaire et dissolution ionique.

Préparation et détails

Distinguez une solution ionique d'une solution moléculaire en termes de conductivité.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Rotation par ateliers

⏱ 40 min·Petits groupes

Rotation par ateliers: Concentration et conductivité

Trois postes proposent la même solution saline à trois concentrations différentes. Les élèves mesurent l'intensité du courant à chaque poste et tracent un graphique intensité/concentration pour mettre en évidence la proportionnalité.

Préparation et détails

Expliquez comment la concentration en ions influence la conductivité d'une solution.

Setup: Tables ou bureaux organisés en 4 à 6 pôles distincts dans la salle

Materials: Fiches de consignes par station, Matériel spécifique à chaque activité, Minuteur pour les rotations

• Mémoriser
• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Autogestion
• Compétences relationnelles

Enseignement par les pairs

⏱ 25 min·Binômes

Enseignement par les pairs: Le voyage des ions

Chaque binôme prépare un schéma annoté montrant le trajet des cations et des anions entre les électrodes dans une solution ionique. Ils présentent ensuite leur schéma à un autre binôme en expliquant le sens de déplacement de chaque type d'ion.

Préparation et détails

Analysez comment la présence d'ions libres dans une solution permet la conduction électrique.

Setup: Espace de présentation face à la classe ou plusieurs îlots d'enseignement

Materials: Fiches d'attribution des sujets, Canevas de préparation de séance, Grille d'évaluation par les pairs, Matériel pour supports visuels

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Créer
• Autogestion
• Compétences relationnelles

Enseigner ce sujet

Commencez par des expériences visuelles (perte de coloration, bulles) pour ancrer l’idée du déplacement des ions. Évitez les explications trop théoriques en première approche : privilégiez l’observation puis le modèle. Utilisez des analogies simples comme un train d’ions chargés qui se déplacent sous l’effet d’un champ électrique, mais revenez toujours au réel pour éviter les confusions durables.

À quoi s’attendre

Les élèves expliquent clairement pourquoi certaines solutions conduisent l’électricité et d’autres non. Ils utilisent le vocabulaire précis (cations, anions, migration ionique) pour décrire les mécanismes et différencier conduction ionique et métallique.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Pendant l’activité 1, certains élèves pensent que le courant dans une solution est transporté par des électrons, comme dans un fil.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant l’activité 1, utilisez la solution de permanganate de potassium pour montrer visuellement la migration des ions colorés vers les électrodes. Faites circuler la solution dans une cuve à électrophorèse ou un montage simple avec du papier filtre imbibé, et demandez aux élèves d’observer la couleur qui se déplace.

Idée reçue courante

Pendant l’activité 2, des élèves affirment que toute solution qui dissout un solide conduit l’électricité.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant l’activité 2, faites tester en binôme une solution de sel et une solution de sucre avec le même montage simple. Demandez aux élèves de comparer les résultats et de justifier pourquoi l’une conduit et l’autre non, en s’appuyant sur la présence ou l’absence d’ions.

Idée reçue courante

Après avoir testé l’eau du robinet, des élèves pensent que l’eau pure conduit l’électricité.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Après l’activité 3, faites tester côte à côte de l’eau distillée et de l’eau du robinet avec le même montage. Demandez aux élèves de noter la différence de luminosité de l’ampoule et d’expliquer pourquoi l’eau distillée, très peu conductrice, devient conductrice quand des sels minéraux sont dissous.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Après l’activité 1, demandez aux élèves de dessiner un schéma simple montrant la migration des ions dans une solution sous tension. Ils doivent légender les cations et les anions et indiquer leur direction de migration avant de quitter la classe.

Vérification rapide

Après l’activité 3, présentez deux solutions inconnues A et B dans des béchers étiquetés. Les élèves réalisent un test de conductivité avec un montage simple, notent leurs observations, puis répondent à la question : 'Comment décririez-vous la différence entre ces deux solutions en termes de conductivité et pourquoi ?'

Question de discussion

Pendant l’activité 4, lancez une discussion avec la question : 'Pourquoi l’eau de mer conduit-elle mieux l’électricité que l’eau du robinet ?' Encouragez les élèves à utiliser le vocabulaire clé (ions, concentration, électrolyte) et à comparer les deux types de solutions en s’appuyant sur leurs observations des activités précédentes.

Extensions et étayage

• Proposez aux élèves rapides de tester la conductivité de solutions à pH différent (acide chlorhydrique, soude) et de relier la concentration en ions H+ ou OH- au courant mesuré.
• Pour les élèves en difficulté, fournissez un tableau de données à compléter avec les valeurs de conductivité mesurées lors de l’activité 1 et une grille de mots à associer (cations, anions, positifs, négatifs).
• Pour approfondir, lancez une recherche sur les applications industrielles des solutions ioniques conductrices (batteries, piles à combustible) et demandez une présentation courte en binôme.

Vocabulaire clé

Ion	Un atome ou une molécule qui a acquis une charge électrique positive ou négative par gain ou perte d'électrons.
Solution ionique	Une solution contenant des ions dissous qui peuvent se déplacer librement, permettant ainsi la conduction électrique.
Conductivité électrique	La capacité d'une substance à laisser passer le courant électrique, mesurée par la facilité avec laquelle les charges électriques se déplacent.
Électrolyte	Une substance qui, lorsqu'elle est dissoute dans un solvant polaire comme l'eau, produit une solution capable de conduire l'électricité.
Solution moléculaire	Une solution contenant des molécules neutres dissoutes qui ne se dissocient pas en ions, et qui ne conduit donc pas l'électricité.