Exercices

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.

On a refroidi un liquide à l’aide d’un mélange réfrigérant tout en relevant régulièrement sa température. Justifie toutes tes réponses à l’aide du tableau de valeurs.

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.

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.

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.

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.

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.”

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.

On réalise des changements d’état à Marseille, une ville qui se situe au niveau de la mer.

Matthieu relève la valeur de la pression atmosphérique à différentes altitudes. Mais il n’a pas bien pris en note ses résultats et ne sait plus quelle valeur de pression correspond à quelle altitude.

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.

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.