Espèces chimiques : corps purs et mélanges

Pour chaque échantillon, écrire « corps pur », « mélange homogène » ou « mélange hétérogène ».

1. Eau distillée :
   Une seule espèce, l’eau H₂O : corps pur.
2. Eau minérale plate :
   Eau et ions dissous (indiqués sur l’étiquette), une seule phase : mélange homogène.
3. Vinaigrette :
   Huile et vinaigre forment deux phases visibles : mélange hétérogène.
4. Fil de cuivre :
   Une seule espèce, le cuivre Cu : corps pur.
5. Jus d’orange pulpé :
   On voit la pulpe dans le liquide : mélange hétérogène.
6. Air filtré :
   Diazote, dioxygène, argon… en une seule phase gazeuse : mélange homogène.
7. Soupe de légumes en morceaux :
   On distingue à l’œil nu les morceaux de légumes dans le bouillon : mélange hétérogène.

Formules : dioxygène O₂ ; saccharose C₁₂H₂₂O₁₁. Masses volumiques : eau salée 1,03 g·mL⁻¹ ; huile de tournesol 0,92 g·mL⁻¹.

1. Le dioxygène est un corps pur
   Ses molécules O₂ ne contiennent qu’un élément, l’oxygène : corps pur simple.
2. Le saccharose est un corps pur
   Ses molécules contiennent plusieurs éléments : corps pur composé.
3. Nombre d’éléments chimiques différents dans le saccharose :
   Carbone C, hydrogène H et oxygène O : 3 éléments.
4. On verse du glycérol dans de l’eau et on agite : on n’observe qu’une phase. Ces deux liquides sont
   Deux liquides qui donnent un mélange homogène sont miscibles.
5. On agite de l’huile de tournesol et de l’eau salée, puis on laisse reposer : deux couches se forment. La couche du bas est l’
   La phase de plus grande masse volumique se place en dessous : 1,03 > 0,92, l’eau salée est en bas, l’huile au-dessus.

Trois flacons contiennent des liquides incolores A, B et C. A bout à température constante et s’évapore entièrement sans laisser de trace. B, limpide, laisse un dépôt blanc au fond de la coupelle quand on l’évapore entièrement. C, agité puis laissé au repos, se sépare en deux couches.

1. A se comporte comme un
   Ébullition à température constante (palier) et aucun résidu : A se comporte comme un corps pur.
2. B contient au moins espèces chimiques.
   Le liquide qui s’est évaporé et le solide blanc resté dans la coupelle : au moins 2 espèces.
3. B est un mélange
   Plusieurs espèces, une seule phase visible (B est limpide) : mélange homogène.
4. C est un mélange
   Deux couches = deux phases : mélange hétérogène de deux liquides non miscibles.

Un petit objet métallique a une masse de 43,0 g. On le plonge dans une éprouvette graduée contenant de l’eau : le niveau passe de 50,0 mL à 66,0 mL. Données (20 °C, en g·cm⁻³) : aluminium 2,70 ; zinc 7,14 ; fer 7,87 ; plomb 11,3.

1. Volume de l’objet : V = cm³
   Le volume de l’objet est égal au volume d’eau déplacé : $V=66,0-50,0=16,0$ mL $=$ 16,0 cm³ (1 mL = 1 cm³).
2. Masse volumique (trois chiffres significatifs) : ρ = g·cm⁻³
   $\rho ={\displaystyle \frac{43,0}{16,0}}=2,6875\approx$ 2,69 g·cm⁻³.
3. En unité du Système international : ρ = kg·m⁻³
   1 g·cm⁻³ = 1 000 kg·m⁻³ : $\rho \approx 2,69\times 1000=$ 2 690 kg·m⁻³ $=2,69\times {10}^3$ kg·m⁻³.
4. En supposant l’objet fait d’un seul métal, ce métal est l’
   La valeur est très proche de celle de l’aluminium (2,70) et très éloignée des trois autres.

Données (vers 20 °C) : éthanol 0,789 g·mL⁻¹ ; plomb 11,3 g·cm⁻³ ; argon 1,66 kg·m⁻³.

1. 0,789 g·mL⁻¹ = kg·m⁻³
   1 g·mL⁻¹ = 1 000 kg·m⁻³ : $0,789\times 1000=$ 789 kg·m⁻³.
2. 1,66 kg·m⁻³ = g·mL⁻¹
   1 g·mL⁻¹ = 1 000 kg·m⁻³, donc on divise par 1 000 : ${\displaystyle \frac{1,66}{1000}}=$ 0,001 66 g·mL⁻¹ $=1,66\times {10}^{-3}$ g·mL⁻¹, environ 600 fois moins que l’eau.
3. Masse de 2,50 L d’éthanol : m = kg
   $V=2,50$ L $=2500$ mL ; $m=\rho \times V=0,789\times 2500=1972,5$ g, soit 1,97 kg.
4. Volume occupé par 1,00 kg de plomb : V = cm³
   $m=1000$ g ; $V={\displaystyle \frac{m}{\rho }}={\displaystyle \frac{1000}{11,3}}\approx$ 88,5 cm³ : à peine le volume d’un petit pot de yaourt.

Huit groupes mesurent la masse volumique d’un même cylindre de zinc. Résultats (g·cm⁻³) : 7,08 ; 7,25 ; 7,17 ; 6,94 ; 7,20 ; 7,32 ; 7,13 ; 7,11. Valeur de référence du zinc : 7,14 g·cm⁻³.

1. Moyenne des huit résultats : g·cm⁻³
   Somme : $7,08+7,25+7,17+6,94+7,20+7,32+7,13+7,11=57,20$ ; moyenne : ${\displaystyle \frac{57,20}{8}}=$ 7,15 g·cm⁻³.
2. Écart entre la plus grande et la plus petite valeur : g·cm⁻³
   $7,32-6,94=$ 0,38 g·cm⁻³ : les mesures sont dispersées, car chaque groupe lit l’éprouvette et la balance à sa façon.
3. Le groupe qui a trouvé 6,94 avait laissé une bulle d’air accrochée au cylindre dans l’éprouvette : le volume qu’il a mesuré était trop
   La bulle fait monter l’eau en plus du cylindre : le volume lu est trop grand, donc $\rho ={\displaystyle \frac{m}{V}}$ est trop petite, d’où 6,94.
4. Nombre de résultats qui s’écartent de la valeur de référence de plus de 0,10 g·cm⁻³ :
   Écarts : 0,06 ; 0,11 ; 0,03 ; 0,20 ; 0,06 ; 0,18 ; 0,01 ; 0,03 : 3 résultats (7,25 ; 6,94 ; 7,32). Une mesure isolée peut s’écarter nettement, mais la moyenne (7,15) est très proche de 7,14 : le résultat est compatible avec la valeur de référence du zinc.

Données sous la pression atmosphérique normale : éthanol θ_fus = −114 °C, θ_éb = 78 °C ; acide éthanoïque θ_fus = 17 °C, θ_éb = 118 °C ; eau θ_fus = 0 °C, θ_éb = 100 °C.

1. Un liquide pur bout à 78 °C, avec un palier. C’est l’
   78 °C est la température d’ébullition de l’éthanol, et d’aucune autre espèce du tableau.
2. État de l’acide éthanoïque à 10 °C :
   10 °C < 17 °C = θ_fus : il est solide (dans un laboratoire froid, le flacon peut être gelé).
3. État de l’acide éthanoïque à 125 °C :
   125 °C > 118 °C = θ_éb : il est à l’état gazeux.
4. Température de solidification de l’acide éthanoïque : °C
   Pour un corps pur, la solidification se fait à la même température que la fusion : 17 °C.

On chauffe régulièrement deux solides blancs A et B et on relève leur température toutes les minutes. Données (températures de fusion) : acide laurique 44 °C ; acide palmitique 63 °C ; acide stéarique 69 °C.

1. Pendant la fusion de A, la température reste égale à °C
   De 3 à 9 min, la courbe de A est horizontale à 44 °C : c’est un palier.
2. Durée du palier de A : min
   Le palier va de 3 min à 9 min : 6 min.
3. A est l’acide
   Palier → corps pur ; 44 °C est la température de fusion de l’acide laurique.
4. B fond entre 33 °C et 44 °C environ sans palier : B est un
   Pas de palier, fusion sur une plage de températures : B est un mélange.

On dispose de deux solides blancs X et Y. Données (θ_fus) : acide benzoïque 122 °C ; aspirine 135 °C ; acide adipique 152 °C ; acide salicylique 159 °C. Sur le banc Kofler, X fond nettement à 122 °C. Y, de l’aspirine synthétisée au laboratoire à partir d’acide salicylique, fond progressivement entre 126 °C et 131 °C.

1. X est probablement de l’acide
   Fusion nette (signature d’un corps pur) à la température de fusion de l’acide benzoïque.
2. Un échantillon de X contenant un peu d’acide adipique commencerait à fondre à une température à 122 °C (inférieure, égale, supérieure).
   Les impuretés abaissent la température de fusion et l’étalent : la fusion commencerait à une température inférieure à 122 °C, sur une plage de températures.
3. Y fond sur une plage, au-dessous de 135 °C : Y est un
   Une fusion étalée et abaissée est celle d’un mélange : la synthèse ne garantit pas la pureté du produit.
4. L’acide salicylique qui n’a pas réagi est une possible de Y.
   Un réactif restant est une impureté du produit. Pour la mettre en évidence, on peut faire une CCM de Y avec de l’aspirine et de l’acide salicylique purs comme références.

Après élution, le front de l’éluant est à 8,0 cm de la ligne de dépôt ; une tache est à 3,6 cm de cette ligne.

1. Rapport frontal de la tache : R_f =
   $R_f={\displaystyle \frac{h}{H}}={\displaystyle \frac{3,6}{8,0}}=$ 0,45.
2. Sur la même plaque, une espèce de R_f = 0,75 a sa tache à cm de la ligne de dépôt.
   $h=R_f\times H=0,75\times 8,0=$ 6,0 cm.
3. La ligne de dépôt se trace au
   Au crayon : l’encre d’un stylo serait entraînée par l’éluant et donnerait des taches.
4. Sur la ligne de dépôt, les gouttes déposées doivent être petites et bien
   Des dépôts petits et bien séparés donnent des taches nettes qui ne se mélangent pas d’une piste à l’autre.

On réalise la CCM d’un colorant alimentaire vert (dépôt A) et de trois colorants de référence : tartrazine E102 (B), bleu patenté E131 (C), bleu brillant E133 (D). Le front de l’éluant est à 6,4 cm de la ligne de dépôt ; A donne deux taches, à 2,3 cm et 4,8 cm ; B une tache à 4,8 cm ; C à 1,5 cm ; D à 2,3 cm.

1. R_f de la tache basse de A :
   $R_f={\displaystyle \frac{2,3}{6,4}}\approx$ 0,36 (même valeur pour la tache de D).
2. R_f de la tache haute de A :
   $R_f={\displaystyle \frac{4,8}{6,4}}=$ 0,75 (même valeur pour la tache de B).
3. R_f de la tache de C :
   $R_f={\displaystyle \frac{1,5}{6,4}}\approx$ 0,23.
4. Le colorant vert est un
   Le dépôt A se sépare en deux taches : il contient au moins deux espèces, c’est un mélange.
5. Il contient la tartrazine et le
   Sur la même plaque, une tache de A a le même R_f que B (0,75), l’autre le même que D (0,36) ; aucune n’est à la hauteur de C. Le colorant vert contient de la tartrazine et du bleu brillant : jaune et bleu donnent bien du vert.

Sur une plaque, le front de l’éluant est à 6,0 cm de la ligne de dépôt et une tache est à 4,8 cm. Un élève annonce R_f = 1,25.

1. Le bon rapport frontal est R_f =
   L’élève a calculé ${\displaystyle \frac{H}{h}}={\displaystyle \frac{6,0}{4,8}}=1,25$. Or $R_f={\displaystyle \frac{h}{H}}={\displaystyle \frac{4,8}{6,0}}=$ 0,80 : un rapport frontal ne dépasse jamais 1, car une espèce ne monte pas plus haut que l’éluant.
2. Un autre échantillon donne une seule tache avec un premier éluant, mais deux taches avec un second éluant. Il contient au moins espèces.
   Deux taches issues d’un même dépôt : au moins 2 espèces. C’est un mélange, même si le premier éluant ne les séparait pas.
3. Une espèce incolore n’apparaît sur la plaque qu’après révélation, par exemple sous une lampe
   On révèle les espèces incolores sous une lampe UV (ultraviolette) ou dans des vapeurs de diiode.

On dépose quelques gouttes d’un liquide incolore L sur une poudre blanche de sulfate de cuivre anhydre : elle change de couleur.

1. La poudre devient
   Le sulfate de cuivre anhydre, blanc, devient bleu au contact de l’eau.
2. Le liquide L contient de l’
   Ce test met en évidence la présence d’eau.
3. Ce test ne permet pas d’affirmer que L est un
   Un jus de fruit ou une eau salée feraient aussi bleuir la poudre : le test prouve la présence d’eau, pas que L est un corps pur.

Quatre flacons contiennent chacun un seul des gaz suivants : dioxygène, dioxyde de carbone, dihydrogène, diazote. On réalise les tests sur chaque flacon.

1. Flacon 1 : la bûchette incandescente se rallume. Il contient du
   Seul le dioxygène ravive la combustion.
2. Flacon 2 : l’eau de chaux se trouble. Il contient du
   Test positif du dioxyde de carbone.
3. Flacon 3 : une légère détonation à l’approche d’une flamme. Il contient du
   Test positif du dihydrogène.
4. Flacon 4 : la bûchette s’éteint, l’eau de chaux reste limpide, aucune détonation. Il contient du
   Les trois tests sont négatifs : ce n’est ni du dioxygène, ni du dioxyde de carbone, ni du dihydrogène. Parmi les quatre gaz proposés, il reste le diazote, qui n’a pas de test simple : on conclut par élimination.

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc. Un échantillon de 24,0 g d’un laiton contient 15,6 g de cuivre, le reste étant du zinc.

1. Masse de zinc de l’échantillon : g
   $m_{Zn}=24,0-15,6=$ 8,4 g.
2. Pourcentage massique de cuivre : %
   $w_{Cu}={\displaystyle \frac{15,6}{24,0}}\times 100=$ 65,0 %.
3. Pourcentage massique de zinc : %
   $w_{Zn}={\displaystyle \frac{8,4}{24,0}}\times 100=$ 35,0 %. Vérification : 65,0 + 35,0 = 100 %.
4. Masse de cuivre dans un robinet de 180 g fait de ce laiton : g
   Même composition : $m_{Cu}={\displaystyle \frac{65,0}{100}}\times 180=$ 117 g.

Une salle de classe mesure 7,50 m × 6,20 m × 2,80 m. Données : l’air contient 21 % de dioxygène en volume et 23,1 % en masse ; masse volumique de l’air : 1,2 kg·m⁻³.

1. Volume d’air de la salle : m³
   Pavé droit : $V=7,50\times 6,20\times 2,80=$ 130,2 m³.
2. Volume de dioxygène de la salle : m³
   $V_{O_2}={\displaystyle \frac{21}{100}}\times 130,2\approx$ 27,3 m³.
3. Masse d’air de la salle : kg
   $m=\rho \times V=1,2\times 130,2\approx$ 156 kg : plus que la masse de deux élèves.
4. Masse de dioxygène de la salle : kg
   21 % est un pourcentage en volume : pour une masse, on utilise 23,1 %. $m_{O_2}={\displaystyle \frac{23,1}{100}}\times 156,24\approx$ 36,1 kg (et non 32,8 kg avec 21 %).

Pour estimer la part d’eau d’une courgette, on pèse 120,0 g de rondelles fraîches, on les sèche à l’étuve jusqu’à ce que leur masse ne diminue plus, puis on les pèse à nouveau : il reste 6,0 g de matière sèche.

1. Masse d’eau évaporée : g
   $120,0-6,0=$ 114,0 g d’eau.
2. Pourcentage massique d’eau de la courgette : %
   $w_{eau}={\displaystyle \frac{114,0}{120,0}}\times 100=$ 95,0 %.
3. Pourcentage massique de matière sèche : %
   $w={\displaystyle \frac{6,0}{120,0}}\times 100=$ 5,0 % ; vérification : 95,0 + 5,0 = 100 %.
4. Masse d’eau apportée par 2,0 kg de courgettes : kg
   $m={\displaystyle \frac{95,0}{100}}\times 2,0=$ 1,9 kg.