Changements d’état : température, masse et volume

Écris l’état de la matière : solide, liquide ou gazeux.

1. Des grains de café moulu versés dans une boîte prennent la forme de la boîte →
   Chaque grain garde sa forme et son volume : c’est un solide en grains, même s’il coule.
2. L’eau d’une bouteille vidée dans un arrosoir prend la forme de l’arrosoir, mais occupe toujours le même volume →
   Pas de forme propre, mais un volume propre : c’est un liquide.
3. Dans une bouteille de plongée, une grande quantité d’air a été serrée dans un petit volume →
   Seul un gaz se comprime facilement : l’air est gazeux.
4. Un savon sec ne coule pas et ne s’étale pas sur le lavabo : il a sa propre forme →
   Forme propre et volume propre : c’est un solide.
5. La vapeur d’eau d’une douche chaude, invisible, se répand dans toute la salle de bains →
   Elle occupe tout l’espace offert : la vapeur d’eau est un gaz, invisible.

Sous la pression normale : Eau : fusion 0 °C, ébullition 100 °C · Éthanol : −114 °C et 78 °C · Cyclohexane : 6,5 °C et 81 °C · Mercure : −39 °C et 357 °C · Diazote : −210 °C et −196 °C. Écris l’état du corps à la température donnée.

1. Le cyclohexane à 90 °C :
   90 °C est au-dessus de 81 °C (ébullition) : le cyclohexane est gazeux.
2. L’éthanol à 120 °C :
   120 °C est au-dessus de 78 °C (ébullition) : l’éthanol est gazeux.
3. Le diazote à −200 °C :
   −200 °C est entre −210 °C (fusion) et −196 °C (ébullition) : le diazote est liquide.
4. L’eau à −15 °C :
   −15 °C est en dessous de 0 °C (fusion) : l’eau est solide (de la glace).
5. Le mercure à 400 °C :
   400 °C est au-dessus de 357 °C (ébullition) : le mercure est gazeux.

Raisonne avec les températures de fusion et d’ébullition du tableau de l’exercice précédent.

1. Pour être liquide sous la pression normale, le diazote doit avoir une température comprise entre °C et °C.
   Le diazote est liquide entre sa température de fusion, −210 °C, et sa température d’ébullition, −196 °C.
2. Un flacon contient du cyclohexane entièrement solide. Sa température ne dépasse donc pas °C.
   Le cyclohexane est solide en dessous de sa température de fusion, 6,5 °C ; à 6,5 °C exactement, il peut encore être entièrement solide (début de la fusion). Sa température ne dépasse donc pas 6,5 °C.
3. Un corps pur est liquide à 30 °C et gazeux à 70 °C. Sa température d’ébullition est comprise entre °C et °C.
   Il bout entre les deux : au-dessus de 30 °C (il y est encore liquide) et en dessous de 70 °C (il y est déjà gazeux).

Écris le nom du changement d’état décrit.

1. Chauffé au chalumeau par le plombier, le plomb d’un vieux tuyau devient liquide →
   Le plomb passe de l’état solide à l’état liquide : c’est la fusion.
2. L’eau qui goutte d’une gouttière forme des stalactites de glace →
   L’eau liquide devient de la glace : liquide → solide, c’est la solidification.
3. Après la pluie, la cour de récréation sèche au vent →
   L’eau liquide passe dans l’air sous forme de vapeur, lentement et en surface : vaporisation (évaporation).
4. En hiver, un petit nuage blanc sort de la bouche quand on respire dehors →
   La vapeur d’eau de l’haleine (gaz invisible) devient de fines gouttelettes dans l’air froid : gaz → liquide, liquéfaction.
5. Sur les ailes d’un avion garé dehors par une nuit glaciale, la vapeur d’eau de l’air se dépose en givre →
   La vapeur d’eau devient directement de la glace : gaz → solide, condensation solide.

Complète avec le mot qui convient.

1. Le changement d’état inverse de la liquéfaction est la .
   La liquéfaction va du gaz au liquide ; l’inverse, du liquide au gaz, est la vaporisation.
2. Pendant une sublimation, la matière part de l’état .
   Sublimation : solide → gaz, sans étape liquide. La matière part de l’état solide.
3. Des bulles de vapeur qui se forment dans tout un liquide chauffé signalent une .
   Des bulles dans tout le liquide, à température fixe : c’est l’ébullition, une forme rapide de vaporisation.
4. La buée est faite de fines gouttes d’eau à l’état .
   Les gouttes de buée sont de l’eau liquide, venue de la vapeur de l’air (gaz) par liquéfaction ; la vapeur, elle, est invisible.

Changement d’état ou pas ? Complète.

1. Du sel de cuisine « disparaît » dans l’eau des pâtes : ce n’est pas une fusion, c’est une .
   Le sel reste solide, en minuscules morceaux dispersés dans l’eau : il se dissout. Une fusion le rendrait liquide (il faudrait plus de 800 °C).
2. Dans la flamme bleue d’une gazinière, le gaz brûle : de l’eau et du dioxyde de carbone se forment. Ce n’est pas un changement d’état mais une transformation .
   De nouvelles substances apparaissent (eau, dioxyde de carbone) : c’est une transformation chimique. Un changement d’état ne fabrique aucune nouvelle substance.
3. Du sucre chauffé dans une casserole devient liquide, puis brunit et sent le caramel : une nouvelle substance s’est formée, ce n’est plus seulement une .
   Le sucre qui devient liquide subit une fusion ; quand il brunit en caramel, il se transforme : de nouvelles substances apparaissent.

Complète ce protocole qui étudie la solidification du cyclohexane, un liquide du laboratoire.

1. Sous la hotte, je verse 2 mL de cyclohexane dans un à essais.
   On utilise un tube à essais ; la hotte aspire les vapeurs du cyclohexane.
2. J’enfonce le du thermomètre dans le liquide, sans toucher le fond ni la paroi.
   C’est le réservoir (le bas du thermomètre) qui mesure la température : il doit être dans le cyclohexane.
3. Je plonge le tube dans un bécher d’eau et de glace, à 0 °C : c’est plus froid que 6,5 °C, la température de du cyclohexane.
   Pour un corps pur, température de fusion = température de solidification : 6,5 °C. Le bain à 0 °C est plus froid : le cyclohexane va se solidifier, sans mélange réfrigérant.
4. Je déclenche le et je relève la température toutes les 30 secondes.
   Le chronomètre donne le moment de chaque relevé.
5. À chaque relevé, je note aussi l’ du cyclohexane : limpide, premiers cristaux, tout est solide.
   Noter l’aspect permet de relier le palier au changement d’état observé.

Remets les étapes dans l’ordre (écris les lettres).

1. Vérifier que la masse se conserve. A. Je pèse le flacon fermé contenant les glaçons. B. J’attends que toute la glace ait fondu. C. Je mets des glaçons dans un flacon et je le ferme. D. Je pèse de nouveau le flacon et je compare. Ordre :
   On prépare (C), on pèse avant (A), on attend la fusion complète (B), on pèse après et on compare (D) : C, A, B, D.
2. La démarche. A. Je conclus en comparant le résultat à mon idée de départ. B. Je propose une hypothèse. C. Je fais l’expérience et je relève les mesures. D. Je me pose une question. Ordre :
   Question (D), hypothèse (B), expérience et mesures (C), conclusion (A) : D, B, C, A.

Lina veut savoir si la quantité d’eau change la température de solidification de l’eau distillée.

1. Elle compare 5 mL et 15 mL d’eau distillée, plongés dans le même mélange réfrigérant. Le seul facteur qui change est la d’eau.
   Seule la quantité d’eau change ; le reste est identique : elle pourra conclure.
2. Son thermomètre touche la paroi du tube : elle risque de mesurer la température du plutôt que celle de l’eau.
   Contre la paroi, le thermomètre mesure surtout la température du verre, refroidi par le mélange réfrigérant.
3. Elle obtient un palier à 0 °C pour les deux tubes, plus long pour 15 mL. Sa conclusion : la quantité d’eau change la du palier, pas sa température.
   La température du palier reste 0 °C ; seule sa durée change avec la quantité.

On chauffe au bain-marie un solide pur sorti d’un placard à 20 °C ; la courbe donne sa température, relevée chaque minute.

1. Température du palier : °C
   La partie horizontale est à 55 °C.
2. Le palier commence à min et se termine à min.
   La partie horizontale va de 4 min à 9 min.
3. Durée de la fusion : min
   Durée = fin − début : $9-4=5$ min.
4. État du corps à 2 min :
   À 2 min, le palier n’a pas commencé : le corps est entièrement solide.
5. État du corps à 6 min : et liquide à la fois
   À 6 min, on est pendant le palier : la fusion est en cours, le corps est solide et liquide à la fois.

On laisse refroidir un liquide et on relève sa température toutes les 2 minutes, à partir de 0 min (en °C) : 62 ; 55 ; 48 ; 43 ; 43 ; 43 ; 43 ; 43 ; 38 ; 31.

1. Température de solidification : °C
   La température reste à 43 °C pendant plusieurs relevés : c’est le palier de solidification.
2. Le palier commence à min et se termine à min.
   43 °C du 4^e relevé (à 3 × 2 = 6 min) au 8^e (à 7 × 2 = 14 min).
3. Durée du palier : min
   $14-6=8$ min. Il y a 5 relevés à 43 °C, mais on soustrait les temps.
4. Ce liquide est-il un corps pur ou un mélange ?
   Il a un palier net : c’est un corps pur.

Températures de fusion : eau 0 °C ; cyclohexane 6,5 °C ; acide stéarique 69 °C.

1. On refroidit un liquide jusqu’à ce qu’il soit entièrement solide. Relevés chaque minute (en °C) : 55 ; 50 ; 45 ; 43 ; 41 ; 40 ; 38 ; 35. Corps pur ou mélange ?
   La température baisse à chaque relevé, sans jamais rester fixe : pas de palier, c’est un mélange.
2. Un solide pur fond avec un palier à 6,5 °C. C’est le .
   Chaque corps pur a sa température de fusion : 6,5 °C, c’est le cyclohexane.
3. On chauffe de l’acide stéarique solide au bain-marie. Pendant le palier, il reçoit de l’énergie, mais sa température reste à °C : cette énergie sert au d’état.
   Le palier de l’acide stéarique est à 69 °C, sa température de fusion. Toute l’énergie reçue sert au changement d’état (faire fondre le solide), aucune à faire monter la température.

Applique la conservation de la masse.

1. Un pot fermé contient 250 g de compote. Une fois congelée, la compote pèse g.
   Rien n’entre ni ne sort du pot fermé : la solidification conserve la masse, 250 g.
2. Un maillot de bain mouillé pèse 180 g ; sec, après une heure au soleil, il pèse 110 g. Masse d’eau partie sous forme de vapeur : g
   L’eau du maillot s’est évaporée dans l’air : $180-110=70$ g de vapeur sont partis. Elle n’a pas disparu.
3. On tare la balance avec un verre vide, puis on y met 95 g de neige. Après la fusion, la balance affiche g.
   La balance tarée n’indique que le contenu ; la fusion conserve la masse : 95 g.
4. Dans un flacon fermé, une partie de l’eau s’évapore puis forme des gouttes sur le bouchon. La masse du flacon .
   Rien n’est sorti du flacon fermé : sa masse ne change pas.

En gelant, l’eau prend environ 9 % de volume en plus : volume de glace ≈ volume d’eau × 1,09.

1. Un bac à glaçons a 12 cases de 25 mL d’eau. Volume d’eau : mL ; volume de glace obtenu, environ : mL
   $12\times 25=300$ mL d’eau ; $300\times 1,09=327$ mL de glace, environ.
2. Un glaçon de 54,5 mL fond entièrement. Volume d’eau liquide obtenu, environ : mL
   On cherche le volume qui, multiplié par 1,09, donne 54,5 : $54,5÷1,09=50$ mL.
3. Quand un métal liquide se solidifie dans un moule, son volume .
   Comme la plupart des corps (mais pas l’eau), un métal occupe moins de place à l’état solide : son volume diminue.

Un groupe mesure 40,0 mL d’eau, de masse 40,0 g, dans un tube bouché. Après une nuit au congélateur, la glace atteint 43,6 mL.

1. Masse de la glace : g
   Le tube est bouché : la masse se conserve, 40,0 g.
2. Augmentation du volume : mL
   $43,6-40,0=3,6$ mL.
3. Cette augmentation représente % du volume de départ.
   $3,6÷40=0,09$, soit 9 % : c’est bien l’augmentation attendue pour l’eau qui gèle.
4. Après la fusion de cette glace, l’eau liquide occupe de nouveau mL.
   En fondant, la glace reprend le volume de l’eau liquide : 40,0 mL, pour la même masse.