Les états physiques de la matière

QQ cours (1 heure) ££ TP QQ séance d’exercices ££ contrôle

1. Programme

I – « Chimique ou naturel ? »2.2. Séparation et identification d’espèces chimiquesb) Caractéristiques physiquesTf, Téb, densité, indice de réfraction, « couleur » solubilités.A l’aide d’un tableau de données (températures de changement d’état, solubilités, masses volumiques), àpression atmosphérique et pour une température connue : prévoir l’état physique d’une espèce chimique.

2. Prérequis

Densité – Miscibilité.Utilisation de l’ampoule à décanter.

3. Type(s) d’action à mettre en œuvre dans la séance :

apport de connaissances x

compréhension d’une notion x

entraînement à l’utilisation d’une notion x

mémorisation x

évaluation des acquis x

évaluation (contrôle)

4. Objectifs : les actions des élèves

Faire le point sur les connaissances acquises précédemment au Collège.Utiliser les températures d’ébullition et de fusion d’un corps pur pour prévoir son état physique.

6. Organisation de la séance :

Le document est conservé par le professeur en fin de séance : l’élève recopie donc les réponses auxquestions dans son cours.Chaque élève travaille seul avec le polycopié qui lui est distribué en début de séance. Le professeurrépond aux questions individuellement.Prévoir des exercices pour les plus rapides. Pour les élèves plus lents au contraire, les exercices 4 à 6peuvent être à finir à la maison (polycopié en annexe).

NE RIEN ÉCRIRE SUR CES FEUILLES !Rédigez sur votre cours les réponses aux questions suivantes en les justifiant.

Citez éventuellement le numéro du document utilisé.

Introduction (à recopier)

Chaque espèce chimique possède des propriétés physiques qui lui sont propres. Entre autres :− ses températures de changement d’état− sa densité− sa solubilité dans différents solvants− son indice de réfraction si elle est transparente (voir le cours de Physique)− ses spectres d’absorption et d’émission (voir également le cours de Physique)

I – Les états physiques de la matière et leurs changements

Les 3 états courants de la matière sont les états . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . et . . . . . . . . . .(le plasma est un autre état qui ne sera pas étudié ici)Dans certaines conditions de température et de pression, un corps peut passer d’un état physique à un autre :on dit qu’il subit un changement d’état physique .

1. Recopiez les mots suivis de la définition qui leur correspond :

Fusion devient liquide (comme la vapeur d’eau devient buée sur une vitre)

Liquéfaction vient du verbe fondre

Vaporisation passe directement du solide au gaz (ce qui nous permet de sentir le camembert)

Solidification devient vapeur

Sublimation comme l’eau (liquide) qui devient glace

Condensation passe directement du gaz au solide

2. Recopiez le schéma en plaçant au-dessus des flèches les mots qui correspondent aux changement d’état physique

fusion ; vaporisation ; liquéfaction ; solidification ; condensation ; sublimation.

II – Les températures de changement d’état

A chaque espèce chimique correspond des températures de changement d’état qui lui sont propres. Cestempératures dépendant de la pression* mais pas du volume de liquide !* c’est pourquoi dans une cocotte minute on peut faire chauffer de l’eau à plus de 100°C sans qu’elle se vaporise !

1. Recopiez et complétez :Lorsque l’eau bout, elle passe de l’état . . . . . . . . . . à l’état . . . . . . . . . .A la pression ordinaire, pour faire bouillir 1 litre d’eau, on doit la chauffer à 100°C. Pour faire bouillir 10 litresd’eau, la température sera de . . .°C.

Les états physiques de la matièreLes états physiques de la matière

gaz

liquidesolide

2. Dessinez le thermomètre et placez les mots au bon endroit (un même mot peut se trouver dans plusieurs cases)

3. Complétez le tableau ci-dessous : (n’oubliez pas de lire les documents en page 3)

Espèce chimique État à température T (18°C) et pression P (1,013.105 Pa)Acide acétique (principaleespèce chimique du vinaigre)

Butane

Acide benzoïque (conservateuralimentaire E 210)

4. Un élève étourdi a mal recopié son tableau. Utilisez votre bon sens pour y remettre de l’ordre et le corriger.

Eau Benzène(solvant toxique)

Chlorure de sodium(sel de cuisine)

T ébullition (°C) 100 5,5 1440T fusion (°C) 100 80

Dans la case température de fusion du chlorure de sodium, l’élève veut écrire 6°C. Son voisin lui indique quecette valeur est impossible. Expliquez la réaction du voisin.

5. VRAI-FAUX

a) La température d’ébullition d’une espèce chimique est la température où l’espèce commence à fondre.

b) Pour trouver le nom d’un corps, il suffit de déterminer sa température de fusion expérimentalement.

c) La courbe de chauffage d’un produit permet de vérifier s’il est pur.

d) Les navires méthaniers sont conçus pour maintenir le méthane à –164°C : il est donc sous forme gazeuse.

e) Dans les pipe-lines, le méthane est transporté sous forme liquide.

6. QUESTIONS

a) A 0°C je suis encore solide, je me mets à bouillir à 176°C et je soulage vos rhumes. Qui suis-je ?

b) Expliquez pourquoi, lorsque l’hiver est très rigoureux, le gazole et le fuel (contenant du tridécane)bouchent les canalisations moteurs diesels et des chaudières.

c) Tracez l’allure de la courbe de chauffage de l’éthanol (alcool du vin) en vous aidant du modèle de lacourbe de chauffage de l’eau.

d) Quelle est la température de fusion du benzaldéhyde ?Le benzaldéhyde est une molécule à l’odeur d’amande amère que l’on fabrique industriellement pour aromatiser les pâtisseries (galettes des rois)et certaines boissons (sirop d’orgeat, Dr Pepper, Cherry Coke…)

Température d . . . . . . . . . . . . . .

Température d . . . . . . . . . . . . . .

si T > T . . . . . . . . . . . . . .

si T . . . . . . . . . . . . . . < T < T . . . . . . . . . . . . . .

si T < T . . . . . . . . . . . . . .

T est la température

mots :

GAZ

SOLIDE

LIQUIDE

ÉBULLITION

FUSION

Documents vous permettant de répondre à certaines questions…

Document 1 :

Espèce chimique T fusion (°C)Pression 1,013.105 Pa

T ébullition (°C)Pression 1,013.105 Pa

acide acétique 16,0 118,0méthane - 182,5 - 161,7

eucalyptol 1,5 176,0acide benzoïque 122,4 250,0

éthanol - 114,0 78,0butane - 138,3 - 0,5

tridécane - 5,5 253,4

Les états physiques de la matièreLes états physiques de la matière

Document 2 :Les propriétés physiques des espèces chimiques pures sont des caractéristiques de ces espèces. Par exemple,parmi toutes les espèces chimiques, seule l’eau gèle à 0°C et bout à 100°C sous une pression de 1,013.105 Pa.Sous une pression donnée, les températures de changement d’état sont des caractéristiques d’un corps pur.

Document 4 :

La présence de paliers de fusionet d’ébullition au cours desquelsla température reste constanteprouve que le corps est pur.

Document 5 :A une pression donnée, lors de la fusion d’uncorps pur, la température ne varie pas : elle estappelée température de fusion du corps pur .C’est une caractéristique de ce corps. Elle constitueun critère de pureté et d’identification.

Document 3 :

Courbe de chauffage de l’eau sous la pression atmosphérique :

solide

liquide

gazPalierde fusion

palierd’ébullition

Température (°C)

Temps de chauffage (min.)

0

100

Document 6 :

Courbe de refroidissement du benzaldéhyde :

Température (°C)

Temps de chauffage (min.)

56

168

Les états physiques de la matièreLes états physiques de la matière– exercices –– exercices –

4. Un élève étourdi a mal recopié son tableau. Utilisez votre bon sens pour y remettre del’ordre et le corriger.

Eau Benzène(solvant toxique)

Chlorure de sodium(sel de cuisine)

T ébullition (°C) 100 5,5 1440

T fusion (°C) 100 80

Dans la case température de fusion du chlorure de sodium il veut écrire 6°C. Sonvoisin lui indique que cette valeur est impossible. Expliquez la réaction du voisin.

5. VRAI-FAUX

f) La température d’ébullition d’une espèce chimique est la température où l’espèce

commence à fondre.

g) Pour trouver le nom d’un corps, il suffit de déterminer sa température de fusion

expérimentalement.

h) La courbe de chauffage d’un produit permet de vérifier s’il est pur.

i) Les navires méthaniers sont conçus pour maintenir le méthane à –164°C : il est

donc sous forme gazeuse.

j) Dans les pipe-lines, le méthane est transporté sous forme liquide.

6. QUESTIONS

e) A 0°C je suis encore solide, je me mets à bouillir à 176°C et je soulage vos rhumes.Qui suis-je ?

f) Expliquez pourquoi, lorsque l’hiver est très rigoureux, le gazole et le fuel(contenant du tridécane) bouchent les canalisations moteurs diesels et deschaudières.

g) Tracez l’allure de la courbe de chauffage de l’éthanol (alcool du vin) en vousaidant du modèle de la courbe de chauffage de l’eau.

h) Quelle est la température de fusion du benzaldéhyde ?Le benzaldéhyde est une molécule à l’odeur d’amande amère que l’on fabrique industriellement pouraromatiser les pâtisseries (galettes des rois) et certaines boissons (sirop d’orgeat, Dr Pepper, CherryCoke…)

Document 1 :

Espèce chimique T fusion (°C)Pression 1,013.105 Pa

T ébullition (°C)Pression 1,013.105 Pa

acide acétique 16,0 118,0méthane - 182,5 - 161,7

eucalyptol 1,5 176,0acide benzoïque 122,4 250,0

éthanol - 114,0 78,0butane - 138,3 - 0,5

tridécane - 5,5 253,4

Document 2 :Les propriétés physiques des espèces chimiques pures sont des caractéristiquesde ces espèces. Par exemple, parmi toutes les espèces chimiques, seule l’eau gèle à0°C et bout à 100°C sous une pression de 1,013.105 Pa.Sous une pression donnée, les températures de changement d’état sont descaractéristiques d’un corps pur.

Document 4 :

La présence de paliers defusion et d’ébullition aucours desquels latempérature reste constanteprouve que le corps est pur.

Document 3 :

Courbe de chauffage de l’eau sous lapression atmosphérique :

solide

liquide

gazPalierde fusion

palierd’ébullition

Température (°C)

Temps de chauffage (min.)

0

100

Document 5 :A une pression donnée, lors de lafusion d’un corps pur, la températurene varie pas : elle est appeléetempérature de fusion du corps pur .C’est une caractéristique de ce corps.Elle constitue un critère de pureté etd’identification.

Document 6 :

Courbe de refroidissement dubenzaldéhyde :

Température (°C)

Temps de chauffage (min.)

56

168