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Exercices

Exercice corrigé

SubstanceTempérature de fusion à la pression atmosphérique (en °C)Température d'ébullition à la pression atmosphérique (en °C)
acétone-9556
eau0100
cyclohexane6,580,7
chlorure de sodium8011 413
Doc. 2
Tableau des états de la substance.

Étapes de la méthode

  • L’existence ou non d’un palier de température permet de savoir s’il s’agit d’un corps pur ou d’un mélange.
  • À une pression donnée, la température de changement d’état d’un corps pur (température du palier) est une de ses propriétés caractéristiques. L’évolution de la température avant et après le palier permet de connaitre le changement d’état en question.

Corrigé :

  • On observe un palier de température sur la courbe. La substance qui change d’état est donc un corps pur.
  • Un palier apparait à une température de 6,5 °C et la température diminue avant et après le palier. Il s’agit donc de la solidification du cyclohexane.

Je m'entraine

Temps
(en min)
01234
Température
(en °C)
19,419,730,244,362,3 

Temps
(en min)
56789
Température
(en °C)
84,997,9100100100

Temps
(en min)
10
11
12
13
Température
(en °C)
100
100
100
100

Doc. 3
Ébullition de l'eau.

Une notion, trois exercices

Temps (en min)00,511,522,533,5
Température (en °C)14,27,75,55,55,55,54,22,8
Doc. 1
Graphique n°1.
Temps (en min)00,511,522,53
Température (en °C)1611,150,4-3,3-4,0-4,6
Doc. 2
Graphique n°2.
Temps (en min)00,511,522,53
Température (en °C)21,514,27,72,60,2-1,7-3,5
Doc. 3
Graphique n°3.

J'approfondis

18

Le cycle de l’eau.

Sous l’effet conjugué du soleil et des vents, une petite partie de l’eau des océans s’évapore, passant de l’état liquide à l’état gazeux.

La vapeur d’eau, en s’élevant, entre en contact avec de l’air de plus en plus froid. Une partie de la vapeur redevient liquide, des nuages se forment, contenant de la vapeur et des gouttelettes. Ils peuvent donner lieu à de la pluie.

Emportés par les vents, les nuages peuvent atteindre des zones où l’air est très froid, entrainant la transformation d’une partie des gouttelettes en eau solide. Cela peut donner lieu à des chutes de neige, par exemple.

Cette accumulation de neige et de glace, en montagne notamment, fond et diminue au printemps, pouvant provoquer des inondations dues à l’élévation du niveau des fleuves qui se jettent dans les mers et les océans.
20

Comment obtient-on le sel ?

Pour récolter le sel, on fait entrer de l’eau de mer à travers des canaux dans une série de bassins, dont la profondeur est de plus en plus faible. L’eau est alors retenue et subit l’action conjuguée du soleil et du vent. Un saunier (professionnel de la récolte du sel) vient régulièrement retirer le sel des bassins pour le faire sécher dans les allées.
21

Reconnaitre des substances à l’aide de courbes de changement d’état.

Mylène a préparé trois flacons : l’un contenant de l’eau pure, un autre de l’eau salée et un dernier du cyclohexane pur. Jérémy récupère les flacons et relève la température lors de la solidification de ces substances. Il s’aperçoit à la fin qu’il n’a pas laissé le temps à Mylène de noter le nom des substances sur les flacons.
22

Températures de changements d’état.

Dans un laboratoire, un assistant a oublié de refermer une fenêtre en partant. La température de l’air descend pendant la nuit et atteint 3 °C. Le lendemain matin, il retrouve un solide dans l’un des flacons alors que l’armoire ne contenait que des liquides.
SubstanceTempérature de fusion à la pression atmosphérique (en °C)Température d'ébullition à la pression atmosphérique (en °C)
éther diéthylique-11635
éthanol-11478
acétone-9556
cyclohexane6,580,7
Doc. 4
Changements d'état.
24

Le verre à demi plein et le verre à demi vide.

On verse de l’eau dans un verre que l’on pose sur la table. La température de la pièce est aux alentours de 20 °C.

Exercices supplémentaires

Pas de graphique mais une allure.

Matthieu a étudié un corps pur, le cyclohexane, en le faisant changer d’état. Il a relevé l’évolution de la température en fonction du temps lors de sa solidification. Mais il ne retrouve plus son tableau de valeurs. En relisant le protocole, il s’aperçoit que le cyclohexane se trouvait à 20,0 °C avant de commencer l’expérience, que la solidification commençait au bout de 3 minutes à 6,5 °C et durait 4 minutes pour une expérience de 10 minutes au total et atteignant - 8,0 °C à la fin.

Interpréter directement un relevé de températures.

Temps (en min)00,511,522,533,544,5
Température (en °C)20,04,90,00,00,00,0-0,5-4,1-6,1-6,9
Doc. 1
Tableau de valeurs.

Température de fusion : un critère de pureté.

En chimie, il existe plusieurs critères permettant d’établir la pureté ou non d’une substance solide. L’un d’eux est sa température de fusion. En effet, s’il s’agit d’un mélange, sa température de fusion sera plus faible que la température du corps pur attendu.
Pour déterminer cette température, on utilise un banc Kofler. C’est une plaque dont la température augmente progressivement d’une de ses extrémités à l’autre. On dépose alors un peu de la poudre obtenue sur la partie la plus froide de la plaque, puis on la pousse petit à petit vers la partie plus chaude. Dès qu’il y a fusion, on repère la température correspondante à l’aide d’un curseur.
On réalise la transformation d’acide maléique en acide fumarique. La température de fusion du solide obtenu à l’aide du banc Kofler est 253°C.
Températures de fusion :
- Acide maléique : 130 °C ;
- Acide fumarique : 286 °C.

Un changement d’état avantageux.

Le gaz naturel est essentiellement composé de méthane. Il joue aujourd’hui un rôle majeur en tant que ressource énergétique. Le gaz naturel est extrait de gisements. Il est ensuite transporté vers les pays consommateurs. L’un des moyens utilisés est le bateau. Ces navires figurent parmi les plus chers au monde car ils doivent permettre de transporter le méthane à l’état liquide. Sa température doit être maintenue à -162 °C pendant toute la traversée. Le méthane passe ensuite à nouveau à l’état gazeux pour être distribué et utilisé.

Tout est une histoire de particules.

On dépose un glaçon dans un bécher. On place le bécher sur une plaque chauffante que l’on allume. On éteint la plaque chauffante lorsqu’il ne reste presque plus d’eau dans le bécher.

Comment obtenir rapidement de la vapeur ?

On verse de l’eau dans une casserole que l’on dépose sur le rebord de la fenêtre. Au bout d’une journée, suivant l’ensoleillement et la présence de vent ou non, le niveau de l’eau aura baissé. Cela s’accentuera les jours suivants. L’eau va en effet s’évaporer progressivement, passant à l’état gazeux au niveau de la surface de contact entre l’eau et l’air ambiant. Donc, plus la surface de la casserole sera grande, plus l’évaporation sera rapide.
Si on souhaite obtenir le même résultat plus rapidement, il suffit de faire chauffer la casserole. Au bout d’un moment, des bulles de gaz vont se former de façon régulière au sein du liquide et son niveau va baisser rapidement. Il s’agit d’une ébullition car des bulles de vapeur d’eau se forment dans l’ensemble du volume du liquide.

Tout est une question de vocabulaire.

Julien décrit à Cassiopée l’expérience qu’il a réalisée :
“J’ai fait chauffer de l’eau dans une casserole et j’ai mesuré sa température à l’aide d’un tempéromètre. Lorsque l’eau bullait, j’ai observé un plateau de température. J’ai ensuite placé un couvercle dessus et il y a eu immédiatement liquidation de la vapeur.”

Transferts d’énergie et changements d’états.

Pour qu’une substance change d’état, un transfert d’énergie doit avoir lieu.
Indiquer pour chaque situation présentée le nom du changement d’état qui a lieu, de quel état physique vers quel autre état l’eau passe-t-elle et si de l’énergie est transférée à l’eau ou bien si elle transfère une partie de son énergie à l’environnement alentour.

Des températures à connaître.

À chaque altitude sa pression atmosphérique et sa température d’ébullition.

La lyophilisation.

Le café en poudre doit permettre d’obtenir une tasse de café par simple ajout d’eau chaude.
Pour cela, on congèle du café concentré (beaucoup de café avec un peu d’eau) à - 40 °C. On place ce café congelé dans un système hermétique dans lequel on retire l’air. La pression exercée sur le café devient si faible que lorsque l’on réchauffe l’eau contenue dans le café concentré, elle passe alors directement de l’état solide à l’état gazeux à 0 °C, c’est la sublimation. Les granulés de café ne contiennent ainsi pratiquement plus d’eau, on dit qu’ils sont lyophilisés. Cette technique permet de conserver l’aspect, les propriétés gustatives et le volume du café initial.

Utilisation des changements d’état au laboratoire.

L’anhydride phtalique est un composé très utile en chimie. Il permet de réaliser des plastiques, des résines et des colorants entre autres.
Pour l’obtenir en laboratoire, on dépose de l’acide phtalique dans un bécher. On recouvre le bécher d’un verre de montre dans lequel on dépose de la glace. On fait chauffer ensuite le bécher.
L’acide phtalique se déshydrate alors. L’anhydride phtalique ainsi formé passe immédiatement de l’état solide à l’état gazeux, il s’agit d’une sublimation. La vapeur atteint le verre de montre maintenu froid grâce à la glace, et l’anhydride repasse à l’état solide sous forme de cristaux, il s’agit dans ce cas d’une condensation solide.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Lou explique : « Quand je refroidis de l’eau, elle se fige et prend du temps pour devenir solide. »

Niveau 1 - J’utilise du vocabulaire scientifique dans mes réponses écrites.

Coup de pouce : Repère dans l’énoncé les mots de vocabulaire étudiés dans ce chapitre.

Niveau 3 - Je fais des phrases complètes qui respectent les règles simples de grammaire et d’orthographe, en utilisant le vocabulaire scientifique.

Coup de pouce : Reformule chaque expression approximative ou erronée de Lou en utilisant le vocabulaire du cours.

Niveau 2 - J’écris des phrases complètes en utilisant du vocabulaire scientifique.

Coup de pouce : Définis par une phrase simple les mots reconnus précédemment.

Niveau 4 - Je fais des phrases précises, claires et sans fautes, en utilisant un vocabulaire scientifique adapté.

Coup de pouce : Reformule cette explication avec le vocabulaire adapté.
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DYS

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Température (en °C)14,27,75,55,55,55,54,22,8
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