L'eau et ses changements d'état
Températures de changement d'état, paliers et conservation de la masse.
1. Rappels
Fusion (solide $\rightarrow$ liquide), solidification (liquide $\rightarrow$ solide), vaporisation (liquide $\rightarrow$ gaz), liquéfaction (gaz $\rightarrow$ liquide).
2. Le palier de température
Propriété · Corps pur
Pendant le changement d'état d'un corps pur, la température reste constante : on observe un palier sur la courbe de température.
Pour l'eau pure : palier à $0\,{}^\circ\text{C}$ (fusion/solidification) et à $100\,{}^\circ\text{C}$ (ébullition), sous pression normale.
Propriété · Mélange
Pour un mélange (eau salée par exemple), il n'y a pas de palier : la température continue de varier pendant le changement d'état.
Méthode · Identifier un corps pur
On chauffe l'échantillon en relevant la température à intervalles réguliers, puis on trace la courbe. Un palier net indique un corps pur ; sa température permet de l'identifier.
3. Masse et volume
Propriété · Conservation de la masse
Lors d'un changement d'état, la masse se conserve, mais le volume change.
Attention · L'eau est une exception
Pour la plupart des corps, le solide est plus compact que le liquide. Pour l'eau, c'est l'inverse : la glace occupe plus de volume que l'eau liquide. C'est pourquoi les glaçons flottent et les canalisations peuvent éclater en hiver.
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Exercices corrigés
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Lire une courbe
★★☆On chauffe un corps. Sa température monte, reste à $80\,{}^\circ\text{C}$ pendant $5$ minutes, puis remonte. S'agit-il d'un corps pur ? Que se passe-t-il pendant ces 5 minutes ?
La masse des glaçons
★☆☆On fait fondre $150$ g de glaçons dans un récipient fermé. Quelle masse d'eau liquide obtient-on ?
Le glaçon qui flotte
★★★$100\ \text{cm}^3$ d'eau liquide ($100$ g) donnent environ $109\ \text{cm}^3$ de glace. Expliquer pourquoi un glaçon flotte sur l'eau.
Nommer les changements d'état
★☆☆Nommer : a) le beurre fond dans la poêle ; b) l'eau d'une flaque disparaît ; c) de la buée sur un miroir ; d) une bougie qui refroidit après avoir coulé.
Températures de l'eau
★☆☆Sous pression normale, à quelle température l'eau pure : a) se solidifie ? b) bout ?
Courbe de refroidissement
★★☆Décrire la courbe de refroidissement de l'eau pure de $20$ °C à $-10$ °C.
Corps pur ou mélange ?
★★☆Deux liquides incolores sont chauffés. Le liquide A bout à $78$ °C avec un palier net ; pour le liquide B, la température continue de monter pendant l'ébullition. Conclure.
Identifier grâce au palier
★★☆Un solide blanc fond avec un palier à $80$ °C. À l'aide du tableau : paraffine ($\approx 55$ °C), naphtalène ($80$ °C), acide stéarique ($69$ °C), l'identifier.
Masse et volume
★★☆On congèle $500$ g d'eau ($500\ \text{cm}^3$). Quelle est la masse de glace ? Son volume est-il plus grand ou plus petit ?
Canalisations
★★☆Pourquoi vide-t-on les canalisations extérieures avant l'hiver ?
Modèle particulaire
★★☆Décrire, avec le modèle particulaire, ce qui se passe lors de la vaporisation de l'eau.
Nombre de molécules
★★★Lors de la fusion de la glace, le nombre de molécules d'eau change-t-il ? Relier à la conservation de la masse.
Ébullition en altitude
★★★Au sommet du mont Blanc, l'eau bout vers $85$ °C. Pourquoi les pâtes cuisent-elles moins bien ?
Évaporation ou ébullition
★★☆Quelles différences y a-t-il entre l'évaporation et l'ébullition ?
Sel sur les routes
★★★On répand du sel sur les routes en hiver. Sachant que l'eau salée gèle à une température inférieure à $0$ °C, expliquer l'intérêt.
Lecture de températures
★☆☆Un thermomètre indique $-4$ °C. L'eau pure est-elle liquide ou solide à cette température ?
Bouteille au congélateur
★☆☆Pourquoi ne faut-il pas mettre une bouteille en verre pleine d'eau au congélateur ?
Cycle de l'eau
★★☆Citer les changements d'état qui se produisent dans le cycle de l'eau.
Durée du palier
★★★On fait fondre $100$ g puis $200$ g de glace avec le même chauffage. Le palier est-il à la même température ? A-t-il la même durée ?
Vapeur invisible
★★☆Le « nuage » au-dessus d'une casserole d'eau bouillante est-il de la vapeur d'eau ?
Vrai ou faux
★★☆a) Pendant l'ébullition de l'eau pure, la température monte. b) La glace flotte car elle est moins dense que l'eau. c) Un mélange présente un palier.
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