Séquence 4 : états et changements d’étatekladata.com/W6XR98botHLfWzRPbHuKa028j0U/Sequence...Alban du Plessis Séquence 4 : états et changement d’état Collège des Tilleuls

Alban du Plessis Séquence 4 : états et changement d’état

Collège des Tilleuls – Annecy Page 1 sur 12 Physique - Chimie

Séquence 4 : états et changements d’état Classe de cinquième

Voir le manuel de la page 46 à la page 51 et de la page 58 à la page 63 Objectifs de la séquence : Connaître / savoir :

- les propriétés des différents états de l’eau - les températures de changement d’état de l’eau pure sous pression normale - la masse d’un litre d’eau - que lors d’un changement d’état le volume varie et la masse se conserve - qu’un palier de température apparaît lors du changement d’état d’un corps pur - que 1 dm3 correspond à 1 L et que 1 cm3 correspond à 1 mL

Etre capable de :

- réaliser et étudier un changement d’état de l’eau Rappels : ce que vous savez déjà :

- vous savez que l’eau se trouve sous trois formes : solide, liquide et gaz (vapeur)

- vous savez que la vapeur d’eau est invisible - vous savez que l’eau peut passer d’un état à un autre - vous connaissez le cycle de l’eau

Définitions :

- Corps pur : un corps pur ne contient pas d’autre matière que lui-même. L’eau distillée est un corps pur.

- Ebullition : vaporisation au sein même du liquide ; il se forme des bulles de vapeur qui viennent crever à la surface. L’eau bout à 100°C sous pression atmosphérique normale.

- Evaporation : vaporisation à une température inférieure à la température d’ébullition. Dans un marais salant, l’eau s’évapore : elle se vaporise sans bouillir.

- Forme propre : forme d’un objet ou d’un matériau qui ne dépend pas du récipient qui le contient.

- Liquéfaction : passage d’une substance de l’état gazeux à l’état liquide. - Solidification : passage d’une substance de l’état liquide à l’état solide. - Vaporisation : passage d’une substance de l’état liquide à l’état gazeux

(l’évaporation et l’ébullition sont des vaporisations). Situation : Expérience : je souffle sur une vitre froide, de la buée se forme. Qu’est-ce que la buée ? D’où provient-elle ? Pourquoi se forme-t-elle ? Réponse :

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Les trois états physiques de l’eau

L’eau solide : C’est la glace sous toutes ses formes : glaçon, iceberg, neige, grêle, verglas… Un morceau de glace (glaçon) conserve sa forme quelque soit le récipient dans lequel on le met, on dit qu’il a une forme propre. Remarque : c’est parce que la glace est moins dense que l’eau qu’elle flotte. L’eau liquide : Contrairement au glaçon, l’eau liquide prend la forme du récipient qui la contient. Elle n’a pas de forme propre. La surface de l’eau en contact avec l’air est appelée surface libre. Lorsque le liquide est au repos, la surface libre est plane et horizontale, quelque soit l’inclinaison du récipient. La vapeur : L’eau sous forme gazeuse est appelée vapeur. La vapeur d’eau est invisible. La buée ou les nuages sont de l’eau à l’état liquide (de fines gouttelettes). Expérience :

- mettons un peu d’eau dans un bécher et couvrons le bécher d’un gant en latex

- chauffons l’eau et observons le gant Schéma : Observations :

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Analyse :

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Un gaz occupe tout le volume du récipient qui le contient. Un gaz n’a pas de forme propre. Question 1 : compléter le tableau Propriété Etat physique Prend la forme du récipient et ne peut être saisi avec les doigts. Est incompressible.

A une forme propre

Occupe tout l’espace qui lui est offert

Sa surface libre est plane et horizontale

Faire exercice 3 page 52 Faire exercice 4 page 52 …………………………………………………………………………………………………

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Les changements d’états

Lorsque l’on chauffe de la glace, celle-ci fond. L’eau passe de l’état solide à l’état liquide, c’est la fusion. Lorsque l’on chauffe de l’eau, elle finit par bouillir. L’eau passe de l’état liquide à l’état gazeux, c’est la vaporisation.



Lorsque l’on refroidit la vapeur d’eau (au contact d’une vitre froide par exemple), il se forme des gouttes d’eau (buée, brouillard). L’eau passe de l’état gazeux à l’état liquide, c’est la liquéfaction.

Lorsque l’on refroidit l’eau liquide, il se forme de la glace (formation des stalagmites par exemple). L’eau passe de l’état liquide à l’état solide, c’est la solidification.

Schéma : Question 2 :

A- quels sont les changements d’état qui peuvent se produire quand on chauffe une substance ?

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B- quels sont les changements d’état qui peuvent se produire quand on refroidit une substance ?

………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Masse et volume de l’eau pendant les changements d’état Prenons une bouteille en verre et remplissons la d’eau jusqu’au bord. Bouchons là et plaçons la au congélateur. Résultat : la bouteille explose. Lorsque l’eau se solidifie, son volume augmente.



Mettons un peu de glace dans un bécher et plaçons l’ensemble sur une balance. Laissons fondre la glace. On observe que la masse ne varie pas. On retient que :

- la masse d’un corps ne varie pas lors d’un changement d’état - le volume d’un corps varie lors d’un changement d’état : lorsque l’eau se

solidifie, son volume augmente ; lorsque l’eau se vaporise, son volume augmente.

Question 3 : 100 mL d’eau liquide donnent 110 mL de glace. On sait que 1 mL d’eau liquide a une masse de 1 g. Quelle est la masse d’eau liquide obtenue en faisant fondre un glaçon de 100g ? ………………………………………………………………………………………………… Quel est le volume d’eau liquide recueillie en faisant fondre un glaçon de 100g ? ………………………………………………………………………………………………… Quelle masse d’eau liquide obtient-on en faisant fondre 110 mL de glace ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Précisions Il faut savoir que :

- 1 litre (L) d’eau liquide a une masse de 1 kilogramme (kg) - 1 décimètre cube (dm3) correspond à 1 litre (un décimètre cube est un

cube de dix centimètres de côté) - Il y a 1000 mL dans 1 L - 1 centimètre cube (cm3) correspond à 1 millilitre (mL)

Un décimètre cube est donc un cube de 10 cm de côté, on peut donc y mettre 10x10x10=1000 cubes de 1 cm de côté (voir schéma ci-après).



Donc dans 1 dm3, il y a 1000 cm3. Dans 1 L il y a 1000 mL. Dans 1 dm3 il y a 1 L. Donc 1 cm3 correspond à 1 mL. Question 4 : 12 cL = ……….. mL 1,5 L = ………… mL 1200 mL = ………… L 25 L = ………… dm3

18 cL = ……….. cm3 Etude de la fusion Voir votre manuel page 60. Suzette prend de la glace dans le congélateur et la réchauffe jusqu’à obtenir de l’eau liquide. Elle prend soin de relever la température toutes les minutes. Elle obtient les résultats suivants : Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Température (°C) - 15 -10 -5 -2 0 0 0 0 2 5 10 Suzette note que les premières gouttes d’eau liquide apparaissent au bout de 4 minutes et que le dernier morceau de glace disparaît au bout de 7 minutes. A faire sur le quadrillage suivant :

- tracer la courbe de l’évolution de la température en fonction du temps - indiquer les intervalles de températures où :

o l’eau est à l’état solide o l’état liquide et solide coexistent o l’eau est à l’état liquide



Graphique :

Abscisses : Temps en minutes 4 carreaux pour ……… minute Ordonnées : ………………………………….. 5 carreaux pour ………… degrés Celsius (°C) Lorsque l’on chauffe de la glace, sa température augmente. A 0°C, les premières gouttes de liquide apparaissent. La température reste constante et égale à 0°C pendant toute la fusion de la glace. Lorsque toute la glace s’est transformée en eau liquide, la température augmente de nouveau. La fusion de la glace s’effectue à la température constante de 0°C. La courbe de fusion de l’eau pure présente un palier à 0°C. Remarque : la température de fusion dépend des substances, ainsi, la température de fusion du cyclohexane est 6°C. Etude de la solidification Voir votre manuel page 61. Suzette décide de tenter une autre expérience, elle refroidit de l’eau pure liquide et relève la température jusqu’à l’obtention d’un glaçon. Elle obtient les résultats suivants :



Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Température (°C) 20 15 10 5 2 0 0 0 0 -2 -5 Suzette note que les premiers cristaux de glace apparaissent au bout de 5 minutes et que la dernière goutte disparaît au bout de 8 minutes. A faire sur le quadrillage suivant :


o l’eau est à l’état solide o l’état liquide et solide coexistent o l’eau est à l’état liquide

Graphique :

Abscisses : …………………………………… 4 carreaux pour ……… minute Ordonnées : ………………………………….. 5 carreaux pour ……… degrés Celsius (°C) Lorsque l’on refroidit de l’eau pure liquide (en la plaçant au congélateur par exemple), sa température diminue. A 0°C, les premiers cristaux de glace apparaissent. La température reste constante et égale à 0°C pendant toute la solidification de l’eau. Lorsque toute l’eau liquide s’est transformée en glace, la température diminue de nouveau.



La solidification de l’eau pure s’effectue à la température constante de 0°C. La courbe de solidification de l’eau pure présente un palier à 0°C. Remarque : lorsque l’eau n’est pas pure (eau salée par exemple), la température continue de diminuer lors de la solidification. Voir graphique ci-dessous : Etude de l’ébullition A votre tour de manipuler : vous allez obtenir expérimentalement la courbe de température d’ébullition de l’eau.

Les plaques chauffantes sont très chaudes et le restent très longtemps, attention aux brûlures !

Protocole : - préchauffer la plaque chauffante à 3 pendant 3 minutes - remplir d’eau un ballon en Pirex à fond plat de 250 mL à la moitié environ - placer le ballon sur la plaque chauffante - placer un thermomètre dans le ballon en faisant attention de ne pas brûler le

fil du thermomètre - relever la température toute les minutes jusqu’à 5 minutes après le début de

l’ébullition - reportez vos résultats dans le tableau suivant :

Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Température (°C) Temps (min) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Température (°C) A faire sur le quadrillage suivant :


o l’eau est à l’état liquide o l’état liquide et gazeux coexistent



Abscisses : …………………………………… ……….. carreaux pour ……… minute Ordonnées : ………………………………….. ……….. carreaux pour ……… degrés Celsius (°C) Lorsque l’on chauffe l’eau pure, sa température augmente. A 100°C, les premières bulles de vapeur apparaissent. La température reste constante et égale à 100°C pendant toute l’ébullition. L’ébullition de l’eau pure s’effectue à la température constante de 100°C sous pression atmosphérique normale. La courbe d’ébullition de l’eau pure présente un palier à 100°C.



Remarque : lorsque l’on monte en montagne, la pression atmosphérique diminue et la température d’ébullition aussi (l’eau bout à une température inférieure à 100°C, c’est pour cela qu’il est plus long de faire cuire des pattes en montagne). Faire exercice 21 page 67 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… A retenir :

- la glace (eau à l’état solide) a une forme propre - l’eau liquide n’a pas de forme propre - la surface de l’eau liquide au repos est plane et horizontale - la vapeur d’eau est compressible et expansible, elle occupe tout le volume

offert - lors des changements d’état, la masse se conserve, le volume varie - un palier de température apparaît lors du changement d’état d’un corps pur - l’augmentation de température d’un corps pur nécessite un apport d’énergie (il

faut chauffer) - sous pression normale, l’eau pure gèle à 0°C et bout à 100°C - la masse d’un litre d’eau liquide est de 1kg - 1 litre (L) correspond à 1 dm3 et 1 millilitre (mL) correspond à 1 cm3

QCM d’entrainement : Vrai Faux La température d’ébullition de tous les liquides est 100°C Au sommet du Mont Blanc, l’eau bout à 100°C L’eau salée gèle à 0°C Un glaçon de 10 cm3 et 10 mL d’eau liquide ont la même masse Lorsque l’eau passe de l’état liquide à l’état solide, son volume augmente

Lorsque l’eau passe de l’état liquide à l’état gazeux, son volume augmente

Si je fais fondre 1kg de glace, j’obtiens 1L d’eau liquide Si je fais geler 1kg d’eau liquide, j’obtiens 1L de glace



Faire étude documentaire page 69 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Fin

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