Les trois états et l’état d’un corps pur selon sa température ; les six changements d’état ; écrire un protocole pour étudier un changement d’état ; palier d’un corps pur, absence de palier d’un mélange ; la masse se conserve, le volume varie (l’eau gonfle en gelant)
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Cinq problèmes corrigés : choisir un thermomètre pour la Sibérie (mercure ou alcool), la glacière du pique-nique, deux groupes qui comparent un corps pur et un mélange, une poudre blanche identifiée par sa température de fusion, et une gourde en métal qui déborde au congélateur.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis l’énoncé : quel corps (pur ou mélange) ? quelles températures de fusion et d’ébullition ? on chauffe ou on refroidit ?
Je lis les relevés ou la courbe : unités, puis le palier (température, début, fin).
Je nomme l’état ou le changement d’état : état de départ → état d’arrivée.
Pour la masse : le récipient est-il ouvert ou fermé ? Pour le volume de l’eau gelée : × 1,09.
Je réponds par une phrase, avec l’unité (°C, min, g, mL).
Problème 1 · Un thermomètre pour la Sibérie★★★Facile
Dans un ancien thermomètre, le liquide qui monte dans le tube est du mercure ; dans un thermomètre à alcool, c’est de l’éthanol coloré. Mercure : fusion −39 °C, ébullition 357 °C. Éthanol : fusion −114 °C, ébullition 78 °C. Une exploratrice part en Sibérie, où l’hiver peut descendre à −50 °C.
1. À −50 °C, dans quel état est le mercure ?
−50 °C est en dessous de −39 °C (fusion du mercure) : il est solide.
2. Quel changement d’état subit le mercure quand la température passe de 20 °C à −50 °C ?
Le mercure passe de l’état liquide à l’état solide : solidification, à −39 °C.
3. À −50 °C, dans quel état est l’éthanol ?
−50 °C est entre −114 °C et 78 °C : l’éthanol est encore liquide.
4. Quel thermomètre doit-elle emporter ? Le thermomètre à
Le liquide d’un thermomètre doit rester liquide pour monter et descendre : seul le thermomètre à alcool (éthanol) convient à −50 °C.
Problème 2 · La glacière du pique-nique★★★Facile
Le matin, on met dans une glacière 1,2 kg de glace pilée avec les boissons, et on la ferme. Le soir, en l’ouvrant, on trouve de la glace qui flotte dans de l’eau.
1. Quel changement d’état la glace a-t-elle subi ?
La glace (solide) est devenue de l’eau liquide : fusion.
2. Tant que la glace et l’eau sont présentes ensemble, quelle est leur température ? (On considère la glace comme de l’eau pure.) °C
Glace et eau liquide ensemble : on est au palier de fusion de l’eau pure, 0 °C.
3. La glacière est restée fermée. Masse totale de la glace et de l’eau de fusion, le soir : kg
Rien n’est sorti : la masse se conserve, 1,2 kg.
4. L’eau de fusion occupe-t-elle plus ou moins de place que la glace dont elle vient ?
La glace prend environ 9 % de place de plus que l’eau liquide : l’eau de fusion occupe moins de place.
Problème 3 · Deux groupes, deux résultats★★★Moyen
Deux groupes plongent chacun un tube contenant un liquide incolore dans un mélange réfrigérant et relèvent la température toutes les 30 secondes, à partir de 0 min. Les premiers cristaux apparaissent au 4e relevé dans les deux tubes. Groupe A (en °C) : 9 ; 5 ; 2 ; 0 ; 0 ; 0 ; 0 ; 0 ; −3. Groupe B (en °C) : 9 ; 5 ; 1 ; −2 ; −3 ; −4 ; −5 ; −6 ; −8.
1. À quelle température se trouve le palier du groupe A ? °C
La température reste à 0 °C du 4e au 8e relevé.
2. Combien de temps dure ce palier ? min
Du 4e relevé (à 3 × 0,5 = 1,5 min) au 8e (à 7 × 0,5 = 3,5 min) : min.
3. À quelle température les premiers cristaux apparaissent-ils dans le tube B ? °C
Le 4e relevé du groupe B est −2 °C : ce liquide commence à geler en dessous de 0 °C.
4. Le liquide du groupe B est-il un corps pur ou un mélange ?
Une fois les cristaux apparus, ses relevés baissent encore (−2, −3, −4…) : pas de palier, c’est un mélange.
Problème 4 · Le solide blanc sans étiquette★★★Moyen
Au laboratoire, un flacon de poudre blanche a perdu son étiquette. Au bain-marie, on la chauffe et on relève sa température chaque minute, à partir de 0 min (en °C) : 20 ; 35 ; 50 ; 62 ; 69 ; 69 ; 69 ; 69 ; 74 ; 80. Températures de fusion : acide palmitique 63 °C ; acide stéarique 69 °C ; acide benzoïque 122 °C.
1. À quelle température se trouve le palier ? °C
La température reste à 69 °C du 5e au 8e relevé. La valeur 62 °C n’apparaît qu’une fois : ce n’est pas un palier.
2. Quelle est cette poudre ?
Chaque corps pur a sa température de fusion : 69 °C, c’est l’acide stéarique.
3. Combien de temps dure le palier ? min
Du 5e relevé (4 min) au 8e (7 min) : min.
4. Dans quel état est ce corps à 9 min ?
À 9 min (80 °C), le palier s’est terminé à 7 min : toute la poudre a fondu, le corps est liquide.
Problème 5 · La gourde au congélateur★★★Difficile
Une gourde en métal de 750 mL pèse 180 g vide. Léo y verse 700 mL d’eau, soit 700 g, la ferme et la met au congélateur pour avoir de l’eau fraîche en randonnée. En gelant, l’eau prend environ 9 % de volume en plus.
1. Masse de la gourde pleine, avant le congélateur : g
g.
2. Masse de la gourde quand toute l’eau a gelé : g
La gourde est fermée : la solidification conserve la masse, 880 g.
3. Volume de la glace, environ : mL
mL, environ.
4. De combien la glace dépasse-t-elle la contenance de la gourde ? mL
mL : la glace pousse sur les parois, la gourde peut se déformer. Il ne faut pas la remplir à ras bord.
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