Les six changements d’état (fusion, solidification, vaporisation par évaporation ou ébullition, liquéfaction, sublimation, condensation solide) ; températures de changement d’état de l’eau pure ; relevés de température, courbe et palier ; corps pur ou mélange ; la masse se conserve, le volume change
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Six problèmes corrigés : la courbe de chauffage de la glace jusqu’à l’ébullition, des bilans de masse, la fonte de glace pilée dans un bécher, l’eau de mer qui gèle en dessous de 0 °C, un bocal de neige posé sur une balance et un liquide reconnu grâce à son palier à 78 °C.
6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis l’énoncé : quel corps (eau pure ou mélange) ? on chauffe ou on refroidit ? quelles masses ?
Je lis la courbe ou les relevés : unités des axes, puis le palier (température, début, fin).
Je nomme le changement d’état : état de départ → état d’arrivée.
J’applique la conservation de la masse : le récipient est-il ouvert ou fermé ?
Je réponds par une phrase, avec l’unité (°C, min, g).
Problème 1 · La courbe de chauffage de la glace★★★Facile
On chauffe de la glace d’eau pure, au départ à −20 °C, jusqu’à ce que toute l’eau soit partie en vapeur. On relève la température chaque minute.
1. À quelle température se trouve le premier palier ? °C
Le premier palier est à 0 °C : c’est la fusion de la glace.
2. Quel changement d’état a lieu pendant le second palier ?
Le second palier est à 100 °C : l’eau liquide bout, c’est une vaporisation (ébullition).
3. Dans quel état est l’eau entre les deux paliers ?
Entre les deux paliers, toute la glace a fondu et l’eau ne bout pas encore : elle est liquide.
4. Combien de temps dure le second palier ? min
Le second palier va de 9 min à 16 min : min.
Problème 2 · Bilans de masse★★★Facile
Applique la conservation de la masse à chaque situation.
1. 480 g de glace occupent 524 mL. Après la fusion complète, l’eau liquide occupe 480 mL. Quelle masse d’eau liquide obtient-on ? g
La masse se conserve : 480 g. Le volume, lui, est passé de 524 mL à 480 mL : il a changé.
2. On recueille 75 g de vapeur d’eau et on la liquéfie entièrement. Masse d’eau liquide obtenue : g
La liquéfaction conserve la masse : 75 g d’eau liquide.
3. Une bouteille fermée (bouteille et eau) pèse 650 g. Posée au soleil, des gouttes apparaissent sur sa paroi intérieure. Que lit-on ensuite sur la balance ? g
L’eau s’est évaporée puis liquéfiée sur la paroi, mais rien n’est sorti de la bouteille fermée : la balance affiche toujours 650 g.
4. Un élève écrit : « 500 g d’eau liquide donnent 500 g de vapeur, donc la vapeur occupe la même place que l’eau. » Il confond la masse et le .
La masse se conserve, mais pas le volume : la vapeur occupe beaucoup plus de place que l’eau liquide.
Problème 3 · La fonte de la glace pilée★★★Moyen
On place 150 g de glace pilée à 0 °C dans un bécher vide de 95 g, avec un thermomètre, sur une plaque chauffante réglée à faible puissance. On remue et on relève la température chaque minute.
1. Quel instrument mesure la température ?
La température se mesure avec un thermomètre.
2. Tant qu’il reste de la glace, le thermomètre indique °C.
Pendant la fusion de la glace d’eau pure, la température reste à 0 °C (palier), même si l’on chauffe.
3. À la fin de la fusion, que lit-on sur une balance qui porte le bécher et son contenu ? g
La masse se conserve lors de la fusion : g.
4. On continue à chauffer. À quelle température l’eau se mettra-t-elle à bouillir ? °C
L’eau pure bout à 100 °C (sous la pression atmosphérique normale) ; un nouveau palier commencera alors.
Problème 4 · Eau pure et eau de mer★★★Moyen
On refroidit de l’eau de mer et on relève sa température chaque minute, à partir de 0 min (en °C) : 8 ; 4 ; 1 ; −2 ; −3 ; −4 ; −5 ; −6 ; −7. Les premiers cristaux de glace apparaissent au 4e relevé.
1. À quelle température l’eau pure se solidifie-t-elle ? °C
L’eau pure se solidifie à 0 °C, sous la pression atmosphérique normale.
2. À quelle température les premiers cristaux de glace apparaissent-ils dans l’eau de mer ? °C
Le 4e relevé est −2 °C : l’eau de mer commence à geler en dessous de 0 °C.
3. Pendant qu’elle gèle, la température de l’eau de mer continue de baisser. L’eau de mer est donc un corps pur ou un mélange ?
Pas de palier : l’eau de mer est un mélange (eau + sel).
4. En hiver, on répand du sel sur les routes. L’eau salée gèle à une température plus que 0 °C.
L’eau salée gèle en dessous de 0 °C : à une température plus basse. Une route salée verglace donc moins vite.
Problème 5 · Le bocal de neige sur la balance★★★Difficile
Un élève pose sur une balance un bocal ouvert de 90 g contenant 160 g de neige tassée à −18 °C. Il le laisse au soleil puis le chauffe jusqu’à ce que toute l’eau soit partie.
1. Combien de paliers de température observe-t-il ?
Deux paliers : la fusion à 0 °C, puis l’ébullition à 100 °C.
2. Que lit-on sur la balance juste après la fin de la fusion ? g
La fusion conserve la masse : g.
3. Que lit-on sur la balance à la fin, quand toute l’eau est partie ? g
Le bocal est ouvert : toute la vapeur s’est échappée. Il ne reste que le bocal : 90 g.
4. L’eau n’a pas disparu : elle se trouve dans l’air de la pièce, sous forme de .
La matière ne disparaît pas : l’eau est dans l’air sous forme de vapeur d’eau, invisible.
Problème 6 · Identifier un liquide grâce à son palier★★★Difficile
Le professeur chauffe doucement, au bain-marie, un liquide pur incolore, et relève sa température toutes les 2 minutes, à partir de 0 min (en °C) : 20 ; 38 ; 56 ; 72 ; 78 ; 78 ; 78 ; 78. Températures d’ébullition : eau 100 °C ; éthanol 78 °C ; acétone 56 °C.
1. À quelle température se trouve le palier ? °C
La température reste à 78 °C pendant les quatre derniers relevés. Le 56 du 3e relevé n’est pas un palier : la température continue ensuite de monter.
2. Quel est ce liquide ?
Chaque corps pur a sa température d’ébullition : 78 °C, c’est l’éthanol (l’alcool).
3. Combien de temps dure le palier sur ces relevés ? min
Le palier va du 5e relevé (8 min) au 8e (14 min) : min.
4. On refait l’expérience avec deux fois plus de ce liquide. À quelle température se situera le palier ? °C
La température d’ébullition ne dépend pas de la quantité : le palier sera encore à 78 °C ; il durera seulement plus longtemps.
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