⚗ Chimie Cinquième · Chapitre 2

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.

tempstempérature (°C)0?1520eau pure : paliereau salée : pas de palier
Chauffage de glace d'eau pure (bleu) : la température reste à 0 °C pendant la fusion. Avec de l'eau salée (orange), il n'y a pas de palier.

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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1

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 ?

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2

La masse des glaçons

★☆☆

On fait fondre $150$ g de glaçons dans un récipient fermé. Quelle masse d'eau liquide obtient-on ?

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3

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.

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4

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.

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5

Températures de l'eau

★☆☆

Sous pression normale, à quelle température l'eau pure : a) se solidifie ? b) bout ?

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6

Courbe de refroidissement

★★☆

Décrire la courbe de refroidissement de l'eau pure de $20$ °C à $-10$ °C.

tempsT (°C)020?10ABC
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7

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.

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8

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.

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9

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 ?

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10

Canalisations

★★☆

Pourquoi vide-t-on les canalisations extérieures avant l'hiver ?

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11

Modèle particulaire

★★☆

Décrire, avec le modèle particulaire, ce qui se passe lors de la vaporisation de l'eau.

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12

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.

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13

Ébullition en altitude

★★★

Au sommet du mont Blanc, l'eau bout vers $85$ °C. Pourquoi les pâtes cuisent-elles moins bien ?

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14

Évaporation ou ébullition

★★☆

Quelles différences y a-t-il entre l'évaporation et l'ébullition ?

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15

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.

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16

Lecture de températures

★☆☆

Un thermomètre indique $-4$ °C. L'eau pure est-elle liquide ou solide à cette température ?

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17

Bouteille au congélateur

★☆☆

Pourquoi ne faut-il pas mettre une bouteille en verre pleine d'eau au congélateur ?

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18

Cycle de l'eau

★★☆

Citer les changements d'état qui se produisent dans le cycle de l'eau.

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19

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 ?

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20

Vapeur invisible

★★☆

Le « nuage » au-dessus d'une casserole d'eau bouillante est-il de la vapeur d'eau ?

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21

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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