Ressources · 5ᵉ · Chimie
Espèce chimique : identifier par des tests et des mesures
Propriétés caractéristiques et table de référence ; tests de l’eau (sulfate de cuivre anhydre), du dioxyde de carbone (eau de chaux) et du dioxygène (bûchette) ; identifier un corps pur par son palier ou par la masse de 1 cm³ ; l’eau du robinet, potable mais pas pure
À propos de cette page
Espèce chimique : ce qui permet de la reconnaître (rappels)
Dans le chapitre Corps purs et mélanges, tu as appris qu’un corps pur ne contient qu’une seule espèce chimique. Ici, on va plus loin : on cherche quelle espèce chimique contient un flacon sans étiquette. C’est identifier l’espèce.
• Une propriété caractéristique est propre à une espèce chimique et ne dépend pas de la quantité : ses températures de fusion et d’ébullition, la masse de 1 cm³ (ou de 1 mL), sa solubilité dans l’eau, le résultat d’un test caractéristique.
• La masse ou le volume d’un échantillon, la durée d’un palier dépendent de la quantité de matière : ils ne permettent pas d’identifier une espèce.
• Identifier : je mesure une propriété caractéristique (ou je fais un test), je compare le résultat aux valeurs d’une table de référence, je conclus. Une mesure n’est jamais parfaitement précise : si deux espèces de la table ont des valeurs presque égales, il faut une deuxième mesure.
• L’aspect (couleur, odeur) ne suffit pas : beaucoup de liquides sont incolores. Et au laboratoire, on ne goûte jamais un produit, on ne le respire pas directement.
| Corps pur (liquide à 20 °C) | Fusion | Ébullition | Masse de 1 mL |
|---|---|---|---|
| eau | 0 °C | 100 °C | 1,00 g |
| éthanol (l’alcool) | −114 °C | 78 °C | 0,79 g |
| acétone | −95 °C | 56 °C | 0,78 g |
| cyclohexane | 6,5 °C | 81 °C | 0,77 g |
| acétate d’éthyle | −84 °C | 77 °C | 0,90 g |
| heptane | −91 °C | 98 °C | 0,68 g |
Températures sous la pression atmosphérique normale ; masses de 1 mL entre 20 °C et 25 °C (elles baissent un peu quand la température monte), arrondies au centième.
Caractéristique ou non ? Un glaçon de 20 g et un bloc de 5 kg de glace d’eau pure n’ont ni la même masse ni le même volume, mais ils fondent tous les deux à 0 °C. La température de fusion est une propriété caractéristique de l’eau ; la masse et le volume, non.
Une mesure ne suffit pas. Un liquide pur bout à 77 °C. Dans la table, l’éthanol (78 °C) et l’acétate d’éthyle (77 °C) sont trop proches pour conclure. On pèse 10 mL de ce liquide : 9,0 g, soit 9,0 ÷ 10 = 0,90 g pour 1 mL. C’est l’acétate d’éthyle (l’éthanol donnerait 0,79 g).
Réflexe — je choisis une grandeur qui ne dépend pas de la quantité, je la compare à la table ; si deux espèces sont trop proches, je fais une deuxième mesure.
Attention — « même masse » ou « même volume » ne veut pas dire « même espèce » ; à l’inverse, deux échantillons de masses différentes peuvent être la même espèce.
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Les tests caractéristiques : eau, dioxyde de carbone, dioxygène
Nouveau en 5e : pour savoir si une espèce est présente, on utilise un test caractéristique, une expérience dont le résultat se voit et ne se produit qu’avec cette espèce. Une petite banque de tests suffit au collège.
• Dioxyde de carbone : l’eau de chaux, limpide, se trouble (elle devient blanchâtre). On fait passer le gaz dans l’eau de chaux, ou on agite le tube bouché.
• Dioxygène : une bûchette incandescente (on l’a allumée, puis on a soufflé la flamme : il reste un point rouge) se rallume dans un gaz riche en dioxygène. Dans l’air, qui contient environ 21 % de dioxygène, elle ne se rallume pas.
• Test positif : l’espèce est présente. Test négatif : elle est absente. Un test positif ne dit pas que l’échantillon est pur : il peut contenir d’autres espèces.
• Sécurité : blouse, lunettes et gants. Le sulfate de cuivre est nocif et très toxique pour les êtres vivants aquatiques : ses restes vont dans un bidon de récupération, jamais dans l’évier. L’eau de chaux irrite les yeux.
| Espèce cherchée | Test | Résultat si l’espèce est présente |
|---|---|---|
| eau | quelques grains de sulfate de cuivre anhydre (poudre blanche) | la poudre devient bleue |
| dioxyde de carbone | on fait passer le gaz dans de l’eau de chaux (limpide) | l’eau de chaux se trouble (aspect blanchâtre) |
| dioxygène | on plonge une bûchette incandescente dans le gaz | la bûchette se rallume |
Test de l’eau. Une rondelle de concombre posée sur du sulfate de cuivre anhydre le fait bleuir : le concombre contient de l’eau. Un morceau de bougie frotté sur la poudre la laisse blanche : la cire ne contient pas d’eau.
Tests des gaz. Le gaz qui s’échappe d’une bouteille d’eau gazeuse qu’on vient d’ouvrir trouble l’eau de chaux : il contient du dioxyde de carbone. Le professeur remplit un tube avec le gaz d’une bouteille de dioxygène : une bûchette incandescente s’y rallume. Dans un tube d’air, elle ne se rallume pas.
Réflexe — je choisis le test de l’espèce cherchée (eau : sulfate de cuivre anhydre ; dioxyde de carbone : eau de chaux ; dioxygène : bûchette incandescente), j’observe, je conclus : présente ou absente.
Attention — le lait, un jus de fruit ou l’eau salée bleuissent aussi le sulfate de cuivre anhydre : ils contiennent de l’eau, mais ce ne sont pas de l’eau pure.
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Identifier un corps pur par sa température de changement d’état
Dans le chapitre Changements d’état, tu as vu qu’un corps pur change d’état à une température fixe : le palier. Ici, on se sert de cette température pour reconnaître le corps pur.
• Démarche : je chauffe (ou je refroidis) l’échantillon en relevant la température à intervalles réguliers ; je cherche le palier ; je lis sa température ; je la compare à la table.
• Pas de palier net : c’est un mélange, on ne peut pas l’identifier par ce moyen.
• La quantité ne change que la durée du palier, jamais sa température.
• Si deux espèces de la table ont des températures à 1 ou 2 °C l’une de l’autre, la mesure ne tranche pas : on fait une deuxième mesure ou un test.
| Solide blanc | Température de fusion |
|---|---|
| acide laurique | 44 °C |
| acide myristique | 54 °C |
| acide palmitique | 63 °C |
| acide stéarique | 69 °C |
Une poudre blanche. Au bain-marie, on chauffe une poudre blanche et on relève sa température chaque minute :
| Temps (min) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Température (°C) | 20 | 32 | 44 | 54 | 54 | 54 | 54 | 54 | 60 | 66 |
La température reste à 54 °C de 3 min à 7 min : palier de fusion à 54 °C. D’après la table, c’est l’acide myristique. C’est un corps pur, puisqu’il y a un palier.
Eau ou heptane ? Un liquide incolore bout avec un palier à 98 °C. L’heptane (98 °C) et l’eau (100 °C) sont trop proches pour conclure à coup sûr. Test complémentaire : le liquide laisse blanc le sulfate de cuivre anhydre, il ne contient pas d’eau. C’est l’heptane.
Réflexe — palier ? sinon, mélange. Température du palier, comparée à la table ; deux espèces trop proches : deuxième mesure.
Attention — les températures d’ébullition de la table valent sous la pression atmosphérique normale : elles changent avec la pression (en haute montagne, l’eau bout en dessous de 100 °C). Et la durée du palier n’identifie rien : elle dépend de la quantité.
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Identifier une matière par la masse de 1 cm³
En 6e, tu as vu que deux corps de même volume n’ont pas la même masse, et tu as calculé la masse de 1 cm³. En 5e, on s’en sert pour identifier une matière.
• On mesure la masse à la balance (pour un liquide, on tare d’abord le récipient vide) et le volume : à l’éprouvette graduée pour un liquide ; par déplacement d’eau pour un solide qui coule et ne se dissout pas : V = V2 − V1 ; pour un cube, on peut aussi le calculer : arête × arête × arête. Rappel : 1 mL = 1 cm³.
• Masse de 1 cm³ = masse ÷ volume (masse en g, volume en cm³). Je compare le résultat à la table.
• Deux espèces peuvent avoir des valeurs très proches : il faut alors une deuxième mesure.
| Métal | Masse de 1 cm³ | Fusion |
|---|---|---|
| magnésium | 1,74 g | 650 °C |
| aluminium | 2,70 g | 660 °C |
| titane | 4,51 g | 1 668 °C |
| zinc | 7,14 g | 420 °C |
| étain | 7,27 g | 232 °C |
| fer | 7,87 g | 1 538 °C |
| cuivre | 8,96 g | 1 085 °C |
| argent | 10,5 g | 962 °C |
| plomb | 11,3 g | 327 °C |
| or | 19,3 g | 1 064 °C |
Un lest gris. Un lest de canne à pêche a une masse de 45,2 g. Dans une éprouvette, l’eau passe de 30 mL à 34 mL :
V = 34 − 30 = 4 cm³ ; masse de 1 cm³ : 45,2 ÷ 4 = 11,3 g. D’après la table, le lest est en plomb.
Un liquide. 40 mL d’un liquide pur incolore pèsent 31,6 g : 31,6 ÷ 40 = 0,79 g pour 1 mL. L’éthanol (0,79 g), l’acétone (0,78 g) et le cyclohexane (0,77 g) sont trop proches : on mesure sa température d’ébullition, 78 °C. C’est l’éthanol.
Réflexe — masse en g, volume en cm³ (V2 − V1), masse ÷ volume, puis la table.
Attention — zinc (7,14 g) et étain (7,27 g) sont trop proches pour une mesure de classe : leur température de fusion (420 °C et 232 °C) les départage. Et le volume se lit en bas de la surface de l’eau, l’œil à sa hauteur.
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L’eau du robinet est-elle pure ? Enchaîner les tests
En 6e, tu as vu que l’eau du robinet est rendue potable dans une usine, puis contrôlée. Mais est-ce de l’eau pure ? Pour le savoir, on enchaîne les tests et les mesures du chapitre.
• Potable veut dire « sans danger pour la santé » ; pure veut dire « une seule espèce chimique ». L’eau du robinet est potable, mais elle n’est pas pure.
• Enchaîner les tests : 1. le sulfate de cuivre anhydre dit si le liquide contient de l’eau ; 2. l’évaporation complète : un dépôt prouve des espèces dissoutes ; 3. la température d’ébullition : de l’eau pure bout avec un palier net à 100 °C (pression normale).
• Le tartre blanc des bouilloires est surtout du calcaire : il se forme quand on chauffe une eau qui contient du calcium dissous. L’eau distillée, presque pure, n’en laisse pas : c’est elle qu’on utilise au laboratoire.
| Liquide incolore | Sulfate de cuivre anhydre | Évaporation complète | Ébullition | Conclusion |
|---|---|---|---|---|
| A | bleu | dépôt blanc | — | eau + espèces dissoutes : mélange |
| B | bleu | rien | palier net à 100 °C | sans doute de l’eau pure |
| C | blanc | rien | palier net à 81 °C | pas d’eau : du cyclohexane |
A est une eau du robinet, B de l’eau distillée, C du cyclohexane. Pour A, le premier test seul aurait seulement dit « il y a de l’eau ».
Le bulletin d’analyse. L’analyse de l’eau d’une commune affiche, par litre : calcium 62 mg, nitrates 12 mg (limite : 50 mg). Cette eau est potable, et c’est un mélange : elle contient au moins trois espèces chimiques.
Réflexe — eau présente ? (sulfate de cuivre anhydre) ; espèces dissoutes ? (évaporation) ; palier à 100 °C ? Je conclus seulement quand les tests suffisent.
Attention — limpide, potable ou « bleuit le sulfate de cuivre » ne veulent pas dire « eau pure ». Et s’il ne reste rien après évaporation, un autre liquide a pu s’évaporer avec l’eau.
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Pour aller plus loin
Revoir. Corps pur, mélange et preuve par évaporation : Corps purs et mélanges : solubilité et miscibilité. Le palier et le protocole d’un changement d’état : Changements d’état : température, masse et volume. La masse de 1 cm³ en 6e : Masse et volume ; l’eau du robinet : L’eau et les solutions.
Les particules. Une espèce chimique est faite de particules toutes identiques, les molécules (ou les atomes) : voir Atomes et molécules.
Se verra en 4e — la masse volumique. La masse de 1 cm³ (ou de 1 L) d’une espèce s’appelle sa masse volumique, notée ρ : ρ = m ÷ V.
Se verra en 4e — d’autres tests. Le dihydrogène se reconnaît à la petite détonation qu’il produit près d’une flamme ; les tests servent alors à identifier les produits d’une transformation chimique.
- Identifier une espèce chimique : mesurer une propriété caractéristique (qui ne dépend pas de la quantité) ou faire un test, puis comparer à une table de référence. Deux valeurs trop proches : deuxième mesure.
- Tests : eau → le sulfate de cuivre anhydre, blanc, devient bleu ; dioxyde de carbone → l’eau de chaux se trouble ; dioxygène → une bûchette incandescente se rallume.
- Un corps pur change d’état à une température fixe qui lui est propre (palier) : elle permet de l’identifier. Pas de palier : mélange.
- Masse de 1 cm³ = masse ÷ volume ; volume d’un solide par déplacement d’eau (V₂ − V₁) ; puis la table.
- L’eau du robinet est potable mais pas pure : elle contient des espèces dissoutes (calcium, magnésium, nitrates…). Test de l’eau, évaporation et palier à 100 °C permettent de juger un liquide.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’une propriété caractéristique ?
C’est une propriété propre à une espèce chimique, qui ne dépend pas de la quantité de matière : ses températures de fusion et d’ébullition, la masse de 1 cm³, sa solubilité, le résultat d’un test. La masse ou le volume d’un échantillon ne sont pas caractéristiques.
Comment reconnaître l’eau, le dioxyde de carbone et le dioxygène ?
L’eau fait passer le sulfate de cuivre anhydre du blanc au bleu. Le dioxyde de carbone trouble l’eau de chaux, qui était limpide. Le dioxygène rallume une bûchette incandescente ; dans l’air, elle ne se rallume pas, car il contient trop peu de dioxygène.
Comment identifier un corps pur grâce à sa température de changement d’état ?
On relève sa température pendant qu’il fond ou qu’il bout : un corps pur a un palier, à une température qui lui est propre. On la compare à une table. S’il n’y a pas de palier, c’est un mélange.
Comment identifier un métal par sa masse ?
On mesure sa masse à la balance et son volume par déplacement d’eau dans une éprouvette (V₂ − V₁), puis on calcule la masse de 1 cm³ : masse ÷ volume. On compare à une table : 11,3 g pour le plomb, 4,51 g pour le titane…
L’eau du robinet est-elle de l’eau pure ?
Non. Elle est potable, sans danger pour la santé, mais elle contient des espèces dissoutes : calcium, magnésium, nitrates, chlore… Elle bleuit le sulfate de cuivre anhydre, mais elle laisse un dépôt après évaporation : c’est un mélange.
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