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Chapitre 3 : Les mélanges
PLAN
1/ Comment séparer les constituants d’un mélange hétérogène ?
A/ TP tintin en Amazonie
B/ Bilan (autre technique au 6/ pour les boissons pétillantes)
2/ Tous les liquides sont-ils miscibles ?
A/ Activité expérimentale
B/ Bilan
3/ Comment séparer les constituants d’un mélange homogène ?
A/ activité eau minérale (corps pur ou mélange)
B/ Distillation du vin
C/ Chromatographie des colorants ? (s’il y a le temps)
4/ Quelle masse de sel un litre d’eau peut-il dissoudre ?
A/ TP
B/ Bilan
5/ La masse est-elle conservée lors d’une dissolution ?
A/ TP
B/ Bilan
6/ Comment récueillir et identifier le gaz présent dans une boisson pétillante ?
A/ TP : Capitaine haddock n’aime pas le Perrier®
B/ Bilan
1/ Comment séparer les constituants d’un mélange hétérogène ?
A/ TP tintin en Amazonie
Zorrino, Tintin, le Capitaine Haddock et Milou traversent la forêt amazonienne depuis plusieurs Jours…
1/ Ce que je vais faire…
Je vais laisser décanter l’eau puis la filtrer.
Le matériel que je vais utiliser est : 2 béchers, papier filtre, entonnoir, support.
2/ Je réalise mon expérience… proprement et dans le calme.
3/ Ce que j’observe…
Les résultats de mon expérience sont :
Après décantation, le mélange est plus limpide et les particules les plus lourdes sont tombées au fond.
Après la filtration, l’eau est limpide.
Je réalise un schéma légendé et PROPRE de l’expérience que j’ai faite et j’indique le résultat:
4/ Ce que je conclus : Rédige un « petit mot » à Tintin pour lui
indiquer comment faire pour obtenir de l’eau limpide ?
Tintin, il faut que tu laisses reposer l’eau quelques minutes (décantation) puis que tu la filtres avec un papier filtre. Tu peux aussi préparer un
feu et faire chauffer l’eau au-dessus de 65°C pour détruire les microbes et les bactéries « méchantes » (dites pathogènes). Bon courage.
Bear Grylls et les cobayes te le disent sur physikos.(vidéos)
Ce que je retiens : Pour séparer les constituants d’un mélange hétérogène comme l’eau boueuse, on peut faire :
Une DECANTATION : On laisse REPOSER et les particules les plus lourdes tombent AU FOND.
Une FILTRATION: On fait passer le liquide à travers un PAPIER FILTRE situé dans un ENTONNOIR afin de retirer
les particules plus fines.
Questions :
1/ L’eau limpide récupérée dans ton bécher est-elle potable ?
Non, elle est pleine de microbes et de bactéries.
2/ Sinon, comment pourrait-on la rendre potable ?
On peut la chauffer pour détruire les bactéries et les microbes. Ou l’éclairer avec des UV.
Si tu as terminé :
1/ Comment faire pour séparer du sel et du poivre ? Expérience…
On peut verser de l’eau dans un bécher contenant le sel et le poivre : le sel
va se dissoudre dans l’eau et le poivre va flotter.
Par filtration, on récupère le poivre dans le papier filtre et l’eau salée dans
le bécher.
Par évaporation ou vaporisation, on récupère le sel.
2/ Comment faire pour séparer le cuivre et le fer dans un bécher ?
On utilise un aimant.
Application : tri magnétique des déchets
3/ Quel est le phénomène principal qui permet au paludier de
séparer le sel de l’eau dans les marais salants ?
L’eau s’évapore grâce à l’énergie du soleil et on atteint
progressivement la saturation.
B/ Bilan
2/ Tous les liquides se mélangent-ils à l’eau ?
1ère technique :
DECANTATION
On laisse REPOSER pour que les
particules les plus LOURDES
tombent au fond
2ème technique :
FILTRATION
On fait passer le mélange à travers un
PAPIER FILTRE situé dans un
ENTONNOIR afin que les
particules plus FINES soient
stoppées. Le liquide recueilli est
LIMPIDE : c’est le FILTRAT
3ème technique :
CENTRIFUGATION
C’est une
DECANTATION
accélérée. On fait tourner un
mélange à grande vitesse
pour que les particules les
plus lourdes soient
« plaquées » au fond par la
force CENTRIFUGE
Document 1 : nappe de pétrole
issue d’une marée noire Le Mighty Servant 3, avec deux autres
bateaux, en train de récolter le pétrole,
le 18 juin 2010
Document 2 : vinaigrette
constituée d’huile, de
vinaigre, de sel et de poivre
Question : Tous les liquides se mélangent-ils à l’eau ? Tu utiliseras un vocabulaire
rigoureux et préciseras si les mélanges formés sont homogènes ou hétérogènes
Hypothèse : Je pense que tous les liquides ne se mélangent pas à l’eau car d’après le document, nous voyons
que le pétrole, par exemple, ne se mélange pas à l’eau de mer.
Expérience : On met la même quantité d’eau dans chaque tube à essai et on verse la même quantité (2 mL)
de chaque liquide (1 vinaigre,2 huile, 3 alcool coloré, 4 pétrole, pétrole, 5 sirop de fraise) dedans. On agite et on
laisse reposer.
Observations et résultats :
Document 3 : Boissons alcoolisées
Vin rouge, vin blanc, pastis contiennent de l’eau, de
l’alcool(éthanol), des arômes…
Document 4 : Sirop de fraise et eau
Document 5 : vocabulaire
Si 2 liquides se mélangent, on dit qu’ils sont miscibles.
S’ils ne se mélangent pas, on dit qu’ils sont non
miscibles.
Exemple Vinaigre et
eau Huile et eau Alcool et eau pétrole et eau sirop et eau
Miscibles ou non-miscibles ??
Miscibles Non-miscibles Miscibles Non-Miscibles miscibles
Nombre de phases
1 2 1 2 1
Mélange homogène ou hétérogène ?
Homo Hétéro Homo Hétéro Homo
Conclusion :
Certains liquides sont miscibles avec l’eau (vinaigre, alcool, sirop) et forment un mélange
homogène.
D’autres liquides sont non-miscibles avec l’eau et forment un mélange hétérogène.
Expérience subsidiaire :
le pétrole et l’huile sont-ils miscibles ? Le mélange formé est-il homogène ou hétérogène ?
Certains liquides non-miscibles à l’eau (huile et pétrole) forment un mélange homogène.
Comment séparer 2 liquides non miscibles ?
B/ Bilan
Certains liquides sont miscibles avec l’eau (sirop, acétone, cola, vin colorant) et d’autres sont non miscibles avec l’eau (pétrole, cyclohexane, glycérine). Pour séparer 2 liquides non miscibles, on peut utiliser une ampoule à décanter
3/ Comment séparer les constituants d’un mélange homogène ?
A/ Activité : l’eau minérale comme l’eau boueuse filtrée, sont-elles des corps pur ?
Technique SANS matériel de chimie
Technique AVEC matériel de chimie
Pour savoir si elle est pure, on peut la chauffer pour la vaporiser .
L’eau minérale et l’eau de la rivière sont mélanges homogènes d’eau et de sels
minéraux. Ce ne sont pas des corps purs. Seul l’eau déminéralisée est un corps pur.
D’une manière générale, une eau d’apparence homogène peut contenir des substances dissoutes autres que l’eau (bactéries, microbes, pesticides, engrais, fongicides, etc…) et il faut donc faire attention avant de la consommer.
CHAUFFAGE
Vaporisation
C/ Evaporation/Vaporisation
La vaporisation que nous faisons réaliser permet de séparer les sels minéraux de l’eau.
On a aussi vu que l’on peut récupérer le sel de l’eau de mer par évaporation de l’eau dans les marais salants.
Si on laisse de l’eau minérale dans un verre pendant une semaine, l’eau s’évapore. A la fin de la semaine, il ne reste plus
que des sels minéraux au fond du verre.
Une flaque d’eau s’évapore quand il fait beau temps. Au sol, des sels minéraux se déposent.
L’eau du linge fraichement lavé s’évapore lorsqu’on l’étend sur un sèche-linge par jour de beau temps. Dans le linge, des
sels minéraux sont présents.
Justement on peut utiliser cette technique pour fabriquer de l’eau douce potable à partir d’une eau salée par exemple. On
fabrique alors un distillateur solaire.
Mais, en aucun cas, dans cette technique lente, l’eau ne se met à bouillir.
D/ Distillation
ETAPE 1 :
Le vin rouge est mis dans un
ballon puis chauffé à ébullition
avec un chauffe-ballon.
ETAPE 2 :
Le vin se met à bouillir
(Le changement d’état s’appelle la
vaporisation) puis des vapeurs
montent dans la colonne à distiller.
ETAPE 3 :
Des vapeurs de vin passent dans le
réfrigérant où elles sont refroidies
et deviennent liquides (Le
changement d’état s’appelle la
liquéfaction) ; le liquide obtenu
coule alors dans l’ erlenmeyer
Résultat :
Le liquide obtenu est le distillat:
Ici, c’est de l’alcool pur (corps pur).
Dans le ballon, il reste le résidu.
Remarque n°1 : L’appareil ancestral
utilisé pour distiller le vin et obtenir
des digestifs comme l’armagnac, le
cognac s’appelle un alambic
Remarque n°2 : En Provence, on distille
aussi de la lavande afin de produire de
l’huile essentielle de lavande. Le nom de
cette technique est l’hydrodistillation
(distillation à l’eau).
Remarque n°1 : Si on distille du vin, le distillat obtenu est composé d’un gros pourcentage d’alcool. L’appareil ancestral utilisé pour distiller le vin et obtenir des digestifs comme l’armagnac, le cognac s’appelle un alambic.
Remarque n°2 : En Provence, on distille aussi de la lavande et du lavandin afin de produire de l’huile essentielle de lavande. Le nom de cette technique est l’hydrodistillation (distillation à l’eau). On peut effectuer l’hydrodistillation de nombreux végétaux (jasmin, menthe, écorce d’orange etc…) afin de produire des huiles essentielles bienfaitrices pour le corps.
E/ La chromatographie
La chromatographie est une technique de séparation des constituants d’un mélange basée sur la différence de solubilité dans un solvant. Pour faire simple :
Si un constituant du mélange « aime » le liquide chromatographique appelé « éluant », il va migrer rapidement sur la feuille de papier chromatographique.
Si un constituant du mélange « déteste » le liquide chromatographique, il va migrer lentement sur la feuille de papier chromatographique.
Cette différence d’affinité permet d’identifier et de séparer les constituants d’un mélange homogène.
Il y a autant de tâches que de constituants dans le mélange. (1 tache = corps pur)
La chromatographie est une technique de séparation des mélanges (homogènes / hétérogènes).
Elle est basée sur l’affinité des constituants du mélange avec l’éluant (liquide qui monte dans le papier)
Si on ne voit apparaître qu’une tache, la substance est un (corps pur / mélange).
Si on voit apparaître plusieurs tâches, la substance est un (corps pur / mélange).
F/ Bilan sur la séparation des constituants d’un mélange.
Séparation des mélanges hétérogènes : filtration, décantation, centrifugation.
Séparation des mélanges homogènes : vaporisation, évaporation, distillation, chromatographie…
CHAUFFAGE
Vaporisation
Vaporisation
On chauffe l’eau minérale. Des sels minéraux apparaissent
Evaporation
L’eau minérale s’évapore
grâce à la chaleur apportée
par le soleil. Des sels
minéraux apparaissent
Distillation
Le mélange (vin) est chauffé dans un ballon. Il est séparé dans la
colonne à distiller et on obtient en sortie le distillat (alcool)
Chromatographie
Un colorant est déposé sur une feuille de papier
filtre trempant dans un éluant. Les constituants
du mélange (couleurs) sont emportées plus ou
moins vite par l’éluant, par capillarité.
1ère technique :
DECANTATION
On laisse REPOSER pour que les
particules les plus LOURDES
tombent au fond
2ème technique :
FILTRATION
On fait passer le mélange à travers un
PAPIER FILTRE situé dans un
ENTONNOIR afin que les
particules plus FINES soient
stoppées. Le liquide recueilli est
LIMPIDE : c’est le FILTRAT
3ème technique :
CENTRIFUGATION
C’est une
DECANTATION
accélérée. On fait tourner un
mélange à grande vitesse
pour que les particules les
plus lourdes soient
« plaquées » au fond par la
force CENTRIFUGE
4/ Quelle masse de sel un litre d’eau peut-il dissoudre ?
A/ TP
Document 1 : rappels de 6ème
Lorsqu’on met un solide soluble
dans l’eau, on parle de dissolution du solide dans l’eau. Certains
solides sont insolubles (graviers, terre, sable, nouilles).
Protocole d’expérience :
Place une coupelle vide sur le plateau d’une balance. Fais la tare. Pèse 5,0 g de sel précisément.
Verse le contenu de la coupelle dans un bécher contenant 100 mL d’eau. Agite et mélange avec l’agitateur en
verre ou la cuillère.
Reproduis l’expérience plusieurs fois jusqu’à ce que le sel soit visible
1/ Complète le tableau.
Masse de sel
(g) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Le sel est-il
visible après
agitation ?
Non Non Non Non Non Non Non Oui Oui Oui
C’est une substance que l’on
dissout
(Ex : sucre, sel, dioxygène,
sirop…)
C’est le liquide dans lequel
on dissout le soluté.
(Ex : eau, alcool, acétone…)
Soluté Quantité de sel que l’on peut
dissoudre dans 1 L d’eau
(solubilité) à 20°C
Sulfate de
cuivre
220 g
Sel
Sucre 2000 g
Dioxygène 31 mL
Document 2 : saturation et solubilité
On ne peut pas dissoudre une quantité infinie de sel dans l’eau. Il
existe une limite à la dissolution caractéristique du soluté et du
solvant. Cette limite est la SATURATION.
La solution est dite SATUREE
La masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans 1 L d’eau
est appelé SOLUBILITE (en g/L)
2/ Coche la bonne réponse.
Le sel est : □ le soluté □ le solvant □ une solution
L’eau est : □ le soluté □ le solvant □ une solution
L’eau salée est : □ le soluté □ le solvant □ une solution
3/ Que devient le sel lorsqu’on le verse une petite quantité dans l’eau et que l’on agite ?
Il se solubilise ou subit une dissolution. Il n’est plus visible, mais ne disparait pas.
4/ Quand on ajoute une grande quantité de sel dans l’eau, que se passe-t-il ?
Il ne se dissout plus. Le sel se dépose au fond.
5/ Si le sel est invisible dans l’eau, cela veut-il dire qu’il a disparu ? Explique
Le sel est toujours présent dans la solution, il n’a pas disparu.
6/ Quelle quantité maximale de sel peut-on dissoudre dans 100 mL d’eau ?
Environ 35g pour 100 mL
7/ Peut-on dissoudre une quantité infinie de sel dans l’eau ?
Non, il y a une limite appelée saturation. Pour l’eau elle est d’environ 360 g pour 1L d’eau à 20 °C
8/ Conclus en répondant à la question du titre : Quelle masse de sel 1 L d’eau peut-il dissoudre ? (tu
complèteras la case vide du tableau du document 2
100 mL d’eau peuvent dissoudre environ 35 g.
1000 mL = 1L peuvent dissoudre 350 g environ.
B/ Bilan + tâche complexe mer morte
Au cours d’une dissolution, une substance appelée soluté (solide ou gaz) est dissoute
dans un liquide appelé solvant. L’addition des deux forme une solution.
La solubilité est la masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans un 1 L de
solvant. Elle s’exprime en g/L. Lorqu’on a dépassé cette masse maximale, la solution
est saturée et tout le soluté que l’on rajoute ne se dissout plus.
Un mélange contient plusieurs espèces chimiques (Ex : solution d’eau salée
homogène) alors qu’un corps pur contient une seule espèce chimique (Ex : eau pure).
Dans un mélange homogène, on ne peut voir qu’une seule espèce chimique (un seul
conssituant) à l’œil nu (Ex : eau salée, citronnade, lait…)
Dans un mélange hétérogène, on peut voir plusieurs espèces chimiques (plusieurs
constituants) à l’œil nu. (Ex : eau boueuse, perrier, jus d’orange…)
5/ La masse est-elle conservée lors d’une dissolution?
A/
Pour préparer une sortie pédestre dans le Verdon, un prof d’EPS conseille de boire beaucoup d’eau et de consommer du sucre pour éviter l’hypoglycémie. Gaston et Donna préparent donc leur sac à dos en y mettant une bouteille avec de l’eau sucrée.
C’est fou, le sucre a disparu lorsque je
l’ai dissous dans l’eau. Je ne comprends
pas, il ne s’est pas volatilisé pourtant.
«Chère Donna, le meilleur moyen de savoir
si le sucre a disparu ou pas, c’est de vérifier
si la masse de l’eau et la masse de sucre
s’additionnent lors de la dissolution.
Le prof d’EPS attend votre rapport argumenté : Hypothèses, protocole expérimental avec schémas et/ou texte, résultats et conclusions
1/ Hypothèses : Les masses du sucre et du café s’additionnent, le sucre ne disparait pas.
2/ Expérience proposée :
Je vais peser 20 g de sucre dans une coupelle et peser 200 g d’eau dans un bécher. J’agite jusqu’à dissolution
complète et je re-pèse l’ensemble.
3/ Observations
J’observe que la masse du café sucré est la somme des masses du café et du sucre.
4/ Conclusion (à retenir)
Le sucre ne disparait pas, il se dissout. La masse se conserve lors de la dissolution. La masse de la
solution obtenue est :
msolution = msoluté + msolvant
Ici, meau sucrée = msucre + meau
On dit qu’il y a conservation de la masse lors de la dissolution.
Mince, ma mère m’a préparée une bouteille d’eau pour la randonnée
mais elle ne sait plus si elle a versé du sucre dedans. Quelle étourdie !
Faut que tu m’aides
Expérience proposée : Je vais mesurer 100 mL d’eau de la bouteille de Gaston avec une
éprouvette graduée et mesurer la masse.
100 mL de liquide pèsent 110 g : du sucre a bien été dissous.
Combien ? On ne peut pas le savoir précisément car le volume ne se conserve pas lors de la
dissolution.(Vsolution Vsoluté + Vsolvant)
B/ Bilan
la masse se conserve lors d’une dissolution car les molécules de sucre et d’eau se
conservent
110.00 g
Pour les experts : J’interprète à l’aide des molécules : En fait,
qu’est ce qui se conserve lors de la dissolution du sucre dans l’eau?
C’est la masse, la nature et le nombre de molécules de sucre et d’eau.
Complète très soigneusement le dessin avec les molécules. Indique sur le schéma
les masses affichées par les balances
5/ Comment récueillir et identifier le gaz présent dans une boisson pétillante ?
A/ TP : Capitaine haddock n’aime pas le Perrier®
Tonnerre de Brest ! Je n’ai
plus de vin ! J’aimerais bien
récupérer les bulles de cette
boisson pour savoir ce que
c’est !
1/ Je vais t’aider un peu, mais complète les phrases suivantes avant de commencer !
Avant l’ouverture, le Perrier® du capitaine Haddock semble être un mélange (homogène/ hétérogène)
A l’ouverture, on entends un « pschitt » dû à la pression
Après l’ouverture, des bulles apparaissent : c’est donc un mélange (homogène/ hétérogène)
2/ Je te donne des dessins dans le désordre de l’expérience à faire pour récupérer le gaz.
Classe-les dans le bon ordre et complète la petite conclusion !
ORDRE : E /B / G / D / F / A / C
Conclusion : On a récupéré le gaz dissout dans le Perrier® par DEPLACEMENT d’eau. Dans le tube à essai, il
n’y a que LE GAZ DISSOUS
B/ BILAN
Une boisson pétillante contient un gaz dissout : c’est du dioxyde de carbone (CO2)
On peut récupérer ce gaz par déplacement d’eau en chauffant ou secouant la boisson pétillante.
Le dioxyde de carbone (CO2) est mis en évidence par l’eau de chaux qui se trouble.
3/ Pour identifier ce gaz, verse de l’eau de chaux à l’intérieur.
Verse l’eau de chaux très rapidement puis ferme le tube à essai ! Complète…
Schéma : AVANT de verser l’eau de chaux
Schéma : APRES avoir versé l’eau de chaux
Conclusion :
L’eau de chaux se trouble en présence du gaz dissout : ce gaz est
donc du dioxyde de carbone
On peut dire que l’eau de chaux est le test de reconnaissance du
dioxyde de carbone
Devoir maison
1/ Lorsqu’on prépare un chocolat au lait avec 25 g de Nesquik® et 250 g de lait,
quelle est la masse du chocolat au lait ?
250 + 25 = 275 g la masse du chocolat au lait est de 275 g
2/ La salinité de l’eau de mer
a/ La salinité de l’eau représente la masse de sel dissoute dans un litre d’eau de mer.
b/ La mer la moins salée est la mer Baltique car elle se situe dans une région froide, où il pleut
souvent et où il y a la fonte de neige.
c/ La mer la plus salée est la mer Morte car elle est située dans une région chaude, où il ne pleut
pas beaucoup et où l’évaporation est forte.
3/ Les marais salants
1/ Il faut que l’évaporation soit la plus rapide possible.
2/ L’eau salée n’est pas saturée : il faut qu’elle se concentre en sel pour voir apparaitre des dépôts
de sel.
3/ Une carnelle est un gros tas de sel.
4/ Médicaments
a/ Quel est le solvant ? C’est l’eau.
b/ Quel est le soluté ? C’est le médicament.
5/ Dissolution du sucre
Julie mélange 1 morceau de sucre à 50 mL d’eau
(fig.1) et 1 autre morceau de sucre à de l’alcool. Voici-
ce qu’elle obtient ?
1/ Quel mélange est homogène ?
2/ Quel mélange est hétérogène ?
3/ Que peut-on dire de la solubilité du sucre
dans l’eau ?
4/ Que peut-on dire de la solubilité du sucre
dans l’alcool ?
5/ Quelle est la masse de la solution de la fig.1 ?
1/ eau + sucre : mélange homogène
2/ Alcool + sucre : mélange hétérogène
3/ La solubilité du sucre dans l’eau est
supérieure à 200 g/L. Elle est grande.
4/ Le sucre n’est pas soluble dans l’alcool (ou
très peu)
5/ La masse de la solution sucrée, du fait de la
conservation de la masse est : m = 10g + 50 g
= 60 g.
La mer Morte est une curiosité de la Terre. Elle ne possède quasiment aucune vie
végétale et animale alors qu’habituellement, la vie se développe sans difficulté dans
l’eau salée.
Question : Pourquoi n’y a-t-il pas de vie dans la mer morte ?
Document n°1 :
La mer Morte est un lac d’eau salée situé au Moyen
Orient, entre la Jordanie, la Palestine, et Israël.
Document n°2 :
La salinité de l’eau des océans et des mers du globe
avoisine habituellement 35 g/L.
Mais en mer Morte, l’été, l’eau s’évapore partiellement
et il apparait des cristaux de sel sur les bords et au fond.
L’hiver, le niveau d’eau remonte grâce au fleuve
Jourdain et le mer Morte retrouve une surface lisse.
Le sel à l’état solide est constitué de cristaux de chlorure
de sodium.
Document n°3 :
La solubilité du sel dépend de la température. La courbe représente la
concentration maximale de sel en g/L qu’il est possible d’atteindre en
fonction de la température.
Document n°4 :
Les mers et les océans sont
pleines de vie sous-marines
(poissons, algues, crustacés…). Il
y a une grande biodiversité et les
scientifiques pensent que 95%
de la vie animale s’y trouve !
Le chlorure de sodium est l’un
des sels minéraux dont les êtres
vivants ont besoin pour vivre.