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Décrire la composition d’un mélange
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Exercice corrigé




Décrire la composition d’un mélange

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Énoncé

On introduit dans une éprouvette graduée 5,0 mL d’eau et 15,0 mL d’éther. On mélange puis on laisse décanter.

1. Dans quel état physique ces deux espèces chimiques se trouvent-elles à la température ambiante (20 °C), et avant le mélange ? Justifier la réponse.

2. Déterminer les masses d’eau et d’éther introduites dans l’éprouvette.

3. Faire un schéma légendé de l’éprouvette graduée en indiquant la position et la composition des phases.

Donnée


Espèce chimique  Température de fusion Température d’ébullition Masse volumique
Eau H2O 0 °C 100 °C 1,0 g·cm-3
Éther C4H10O -116 °C 35 °C 0,71 g·cm-3

Donnée

L’eau et l’éther ne sont pas miscibles, ils ne se mélangent pas.

Analyse de l'énoncé

1. L’état physique d’une espèce chimique dépend de ses températures de fusion et d’ébullition.

2. La masse d’un échantillon dépend de la masse volumique de l’espèce chimique qu’il contient (si c’est un corps pur) et du volume que l’échantillon occupe.

3. Les espèces chimiques liquides sont-elles miscibles entre elles ? Quelle espèce a la plus grande masse volumique ?

Pour bien répondre

1. Si la température est inférieure à la température de fusion, l’espèce est solide. Quand la température est comprise entre les températures de fusion et d’ébullition, l’espèce est liquide.

2. Ne pas confondre masse et volume. Pour l’eau, la masse d’un échantillon de 1 mL est de 1 g. Pour des espèces chimiques (autres que l’eau), c’est la relation entre la masse volumique et le volume qui permet de déterminer la masse.

3. Analyser les données concernant la miscibilité et la solubilité : deux liquides non miscibles forment un mélange hétérogène. Le liquide le moins dense se place au-dessus de l’autre.

Solution rédigée

1. L'analyse des températures de changement d’état montre qu’à température ambiante (20 °C), l’eau et l’éther sont liquides. Pour l’eau et l’éther, la température ambiante est comprise entre leur température de fusion et leur température d’ébullition. Ils sont donc liquides.

2. La masse d’un échantillon se calcule en utilisant la définition de la masse volumique . Avec :
: volume occupé par l’échantillon de masse .
Dans cette relation, s’exprime en g, en cm3 (ou en mL) et en g·cm-3.
On peut donc écrire : = .
Pour les deux espèces chimiques, on calcule donc la masse de l’échantillon, soit :
Pour l’eau : = 1,0 5,0 = 5,0 g.
Pour l’éther : = 0,71 15,0 = 11 g.

3. L’éther a une masse volumique moins grande que l’eau, il se place au-dessus de l’eau. Le schéma de l’éprouvette est donc :

Schéma de l’éprouvette éther eau
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Mise en application

On introduit dans une éprouvette 10 mL de toluène, 15 mL d’eau et 5 mL d’acide formique.

Dessiner le contenu de l’éprouvette après agitation

Dessinez ici


Données
  • L’eau et le toluène ne sont pas miscibles. L’acide formique est miscible avec l’eau mais non miscible avec le toluène.
  • Masses volumiques :
  • = 867 kg·m-3 ;
  • = 1 000 kg·m-3 ;
  • = 1,22 g·cm-3.
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