Chapitre 4 : Changements d’état de l’eau.

Item Connaissances Acquis

Solidification, fusion, liquéfaction, vaporisation.

Lors des changements d’état, la masse se conserve et le volume varie.

Un palier de température apparaît lors du changement d’état d'un corps pur.

L’augmentation de la température d’un corps pur nécessite un apport d’énergie. Les changements d’état d’un corps pur mettent en jeu des transferts d’énergie. Températures de changements d’état de l’eau sous pression normale.

Température. Nom et symbole de l’unité usuelle de température : le degré Celsius (°C).

Capacités

Réaliser, observer, schématiser des expériences de changements d’état.

Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence ces phénomènes.

Construire le graphique correspondant en appliquant des consignes. Contrôler, exploiter les résultats.

Repérer une température en utilisant un thermomètre, un capteur.

I. La solidification de l’eau pure. AE professeur : Solidification de l’eau pure On relève la température de l’eau toutes les 30s au cours de son refroidissement.

Temps (seconde)

0 30 60 90 120 150 180 210

Température (°C)

21 13.5 7 3.5 2 1 0.5 0.3

Temps (seconde)

240 270 300 330 360 390 420 450

Température (°C)

0.3 0 -7 -9.5 -11 -11.5 -12

Méthode : 4 p212 : tracer un graphique

5p213 : exploiter un graphique

A RETENIR : • Sur le graphique, on observe un palier de température durant lequel de l’eau solide et de l’eau liquide coexistent.

La température de solidification et de fusion de l’eau pure se fait à température constante de 0°C Tests : 2p58 : Trouve la température. (Fusion de l’eau pure). La glace fond : 0 °C. 3p58 : Trouve la bonne courbe. (Solidification de l’eau pure) d. 4p58 : Attribue la bonne température. (Eau liquide, glace, eau + glace). Eau liquide : 17 °C. Eau +glace : 0 °C. Glace : – 3 °C.

Exercices * : 10p59 : Exploite un graphique. (Etat de l’eau et température). 1. L’expérience a duré 8 minutes. 2. À 1 min : liquide ; à 4 min : liquide et solide ; à 7 min : solide.

II. L’ébullition de l’eau pure. Document 2p56 : La pression atmosphérique. 1. La pression atmosphérique diminue lorsque la température augmente : au sommet du mont Blanc, elle est donc moins élevée qu’au niveau de la mer. 2. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique normale est de 1013 hPa soit 101 300 Pa. 3. Le baromètre d’appartement indique une pression de 1 041 hPa. A RETENIR: • La pression se mesure avec un baromètre. • L’unité légale de mesure de la pression est le Pascal noté Pa On utilise aussi des multiples du Pascal : L’hectopascal avec 1hPa = 100 Pa Le bar avec 1 bar = 100000 Pa = 1000 hPa • La pression atmosphérique normale est de 1013hPa • Quand l’altitude augmente, la pression diminue. DI : Comment évolue la température au cours de l’ébullition de l’eau ? Activité 2p51 : A quelle température l’eau pure bout elle ? Relever la température (toute les 30s) de l’eau au cours du chauffage dans un tableau Tracer le graphique de la température en fonction du temps

Temps (seconde)

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Température (°C)

30 31 35 40 46 56 67 78 95 98 99

Temps (seconde)

330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630

Température (°C)

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

A RETENIR: • Le graphique représentant l'évolution de la température en fonction du temps présente un palier de température. • Sous la pression atmosphérique normale, la température d'ébullition de l'eau pure est constante et égale à 100°C. Exercices * : 8p59 : Choisir un thermomètre. (Alcool ou mercure) Le thermomètre à mercure, car la température d’ébullition du mercure est supérieure à 100 °C. 13p59 : Prévoir l’évolution d’une température. (Taille du brûleur). 1. 100 °C. 2. L’ébullition continue : la température reste constante.

Exercices ** : 14p60 : Des bulles dans l’eau. (Dioxygène dissout). 1. L’eau ne peut pas bouillir à 65 °C à la pression atmosphérique ordinaire. 2. Les petites bulles sont constituées par de l’air préalablement dissous, qui est chassé lorsque la température s’élève. Investigations : 22p61 : Pour boire de l’eau fraîche. (Gourde entourée d’un torchon mouillé). La« chaleur du Soleil » sert à faire évaporer le liquide contenu dans le torchon et non à chauffer l’eau contenue dans le réservoir. On peut même envisager que l’eau contenue dans le récipient fournisse de la chaleur à l’eau du torchon pour s’évaporer.

III. Influence de la pression atmosphérique. AE professeur : Température d’ébullition et pression Activité 3p52 : L’eau pure bout-elle toujours à la même température. https://www.youtube.com/watch?v=fLU1uvLbhM8 A RETENIR :

La température de vaporisation de l’eau dépend de la pression. Si la pression est inférieure à la pression atmosphérique normale, la température de vaporisation de l’eau est inférieure à 100°C. Dans le cas contraire, elle est supérieure à 100°C. Tests : 6p58 : Choisis la bonne réponse. (Altitude et autocuiseur). 1. b. 2. a. 3. c. Exercices * : 9p59 : Faire bouillir de l’eau à plus de 100°C. (Cocotte minute – Brouillard). 1. Le brouillard est constitué par de la vapeur d’eau qui s’est condensée. 2. La pression à l’intérieur de la cocotte-minute est supérieure à la pression

atmosphérique normale : la température d’ébullition de l’eau est supérieure à 100 °C. Exercices ** : 16p60 : de L’eau qui bout sans chauffer. (Eau tiède dans une seringue). En tirant sur le piston, la pression à laquelle est soumise l’eau tiède est inférieure à la pression atmosphérique ordinaire : l’eau peut bouillir. 17p60 : De l’au dans le tube. (Prévoir une observation)

1. Des bulles d’air, puis de vapeur d’eau s’échappent de l’extrémité du tube. 2. La vapeur d’eau contenue dans les tubes se refroidit et se condense. La pression à l’intérieur des tubes diminue : de l’eau contenue dans le récipient y pénètre, sous l’influence de la pression atmosphérique, qui appuie sur la surface libre du récipient. 18p60 : Pour aller plus loin.(Exploiter une expérience). 1. 100 °C. 2. La vapeur d’eau. 3. La liquéfaction.

4. Elle diminue. 5. La température d’ébullition diminue lorsque la pression atmosphérique diminue : l’eau peut se remettre à bouillir. Investigations : 20p61 : Je veux boire du thé. (Altitude) La température d’ébullition de l’eau doit être inférieure à 100 °C, car, en altitude, la pression atmosphérique est plus faible qu’au niveau de la mer. À titre d’indication, à 7 000 m, la température d’ébullition de l’eau est voisine de 76 °C.

IV. Changement d’état d’un mélange.

AN : Tous les changements d’état se font ils à température constante ? Simulations: Solidification de l'eau pure. , Solidification de l'eau salée. Solidification du cyclohexane. Fusion de l'eau pure. Fusion de l'eau salée. Vaporisation de l'eau pure. Vaporisation de l'eau salée. Conclusion :

Pour un mélange, la température de changement d’état varie constamment.

Pour un corps pur, la température de changement d’état est toujours constante. Tests : 1p58 : Recopie et complète. (Bilan) a. 0 °C ; b. constante ; c. palier ; d. augmente ; e. supérieure. 5p58 : Choisis la bonne courbe. (Ébullition de l’eau pure). a. 7p58 : Prévois l’évolution de la température. (Eau et eau salée). a. Elle n’est pas constante. b. Elle est constante. Exercices * : 11p59 : Reconnaître la fusion d’un corps pure. (Exploitation d’un graphique). La courbe de température ne présente pas de palier à 0 °C : il ne s’agit pas d’eau pure. 12p59 : Reconnaître l’ébullition d’un corps pur. (Exploitation d’un graphique).

La courbe correspondant à l’eau pure est celle qui présente un palier à 100 °C. Investigations : 19p61 : A la recherche de liquide.(Eau pure, eau salée et cyclohexane). Si la température de solidification n’est pas constante, il s’agit d’eau salée ; si la température de solidification est constante et égale à 0 °C, il s’agit d’eau pure et si la température de solidification est constante et égale à 5,8 °C, il s’agit de cyclohexane. 21p61 : J’utilise le bon matériel. (Proposer une expérience). Mélanger de la glace et du sel à l’intérieur d’un verre à pied, à l’aide d’une spatule. Il doit relever la température de l’eau salée obtenue lors de la fusion de la glace. On constatera alors que la température de l’eau salée est bien inférieure à 0 °C, bien que la glace fonde.

VI. Bilan.