Les mélanges

Exercice 1 — Définitions et vocabulaire
1. Définition d'un corps pur (1 pt)
Un corps pur est une substance constituée d'un seul type d'espèce chimique (un seul type de molécule ou d'atome). Ses propriétés physiques (température de fusion, d'ébullition…) sont bien définies et constantes.
Exemple attendu : eau distillée (H₂O), fer pur (Fe), or pur (Au).

2. Définition d'un mélange homogène (1 pt)
Un mélange homogène est un mélange dans lequel on ne distingue qu'une seule phase à l'œil nu : l'aspect est uniforme et la composition est identique en tout point de l'échantillon. On ne peut pas distinguer les constituants visuellement.
Exemple attendu : eau sucrée, eau salée, air.

3. Définition d'un mélange hétérogène (1 pt)
Un mélange hétérogène est un mélange dans lequel on distingue au moins deux phases différentes à l'œil nu. La composition n'est pas uniforme ; on peut souvent identifier les constituants visuellement ou après repos (dépôt).
Exemple attendu : eau + huile, eau + sable, vinaigrette, granite.

4. Définition d'une solution avec soluté et solvant (1 pt)
Une solution est un mélange homogène obtenu par dissolution d'un soluté (substance dissoute, ex. : sel, sucre) dans un solvant (substance qui dissout, ex. : eau). Le soluté se disperse de façon uniforme dans le solvant et la solution obtenue présente un aspect uniforme.

Exercice 2 — Classement de substances
1. Classement des substances (3 pts — 0,5 pt par réponse juste)

• Eau distillée → Corps pur (CP) : ne contient que des molécules H₂O.
• Granite → Mélange hétérogène (MHT) : on distingue plusieurs types de cristaux à l'œil nu (quartz, feldspath, mica).
• Eau gazeuse → Mélange homogène (MH) : le CO₂ est dissous uniformément dans l'eau, un seul aspect.
• Vinaigrette → Mélange hétérogène (MHT) : l'huile et le vinaigre forment deux phases distinctes.
• Acier → Mélange homogène (MH) : alliage de fer et de carbone, aspect uniforme à l'œil nu.
• Or pur → Corps pur (CP) : ne contient que des atomes d'or (Au).
• Eau + craie en poudre → Mélange hétérogène (MHT) : la craie est insoluble dans l'eau, se dépose après repos.

2. Justification pour le granite et l'acier (2 pts)
Granite : Le granite est un mélange hétérogène car on distingue à l'œil nu plusieurs types de cristaux de couleurs et de tailles différentes (quartz blanc translucide, feldspath rose ou blanc, mica noir brillant). Il y a donc plusieurs phases visibles.
Acier : L'acier est un mélange homogène (alliage) car les atomes de fer (Fe) et de carbone (C) sont intimement mêlés à l'échelle atomique. L'aspect est uniforme et on ne distingue pas les constituants à l'œil nu.

Exercice 3 — Expérience de dissolution
1. Calcul de la masse totale de la solution (1 pt)
Lors d'une dissolution, la masse se conserve :
m(solution) = m(sucre) + m(eau) = 15 g + 150 g = 165 g
La masse totale de la solution obtenue est 165 g.

2. Nature de la solution obtenue (1 pt)
La solution obtenue est un mélange homogène.
Justification : Tout le sucre s'est dissous dans l'eau. Le mélange a un aspect uniforme (transparent, une seule phase visible) : il s'agit d'une solution homogène.

3. Après évaporation complète de l'eau (1,5 pt)
Après évaporation complète de l'eau, il reste du sucre dans le récipient.
Sa masse est égale à la masse de sucre initialement introduite : m(sucre restant) = 15 g.
Le sucre ne s'évapore pas (sa température d'ébullition est bien supérieure à celle de l'eau). L'eau s'est évaporée seule, laissant le sucre derrière.

4. Ce que prouve cette expérience sur le soluté (1,5 pt)
Cette expérience prouve que lors d'une dissolution, le soluté ne disparaît pas : il se disperse de façon invisible dans le solvant, mais reste présent dans la solution. On peut le récupérer en éliminant le solvant (par évaporation). La dissolution est un phénomène physique réversible, pas une destruction de la matière.

Exercice 4 — Eau et mélanges
1. Pourquoi l'eau du robinet est un mélange ? (1 pt)
L'eau du robinet est un mélange car elle contient plusieurs espèces chimiques différentes : des molécules d'eau (H₂O) et des sels minéraux dissous, du calcaire, des traces de chlore, etc. Un corps pur ne contient qu'un seul type d'espèce chimique ; ce n'est pas le cas de l'eau du robinet.

2. Ce que révèle la différence de température d'ébullition (1,5 pt)
Cette différence révèle que :

• L'eau distillée est un corps pur : sa température d'ébullition est fixe et précisément égale à 100 °C, ce qui est une propriété caractéristique d'un corps pur.
• L'eau du robinet est un mélange : la présence des substances dissoutes modifie ses propriétés physiques, dont la température d'ébullition (légèrement supérieure à 100 °C). Un mélange n'a pas de propriétés physiques fixes.

3. Observation après mélange eau du robinet + huile (1,5 pt)
Après quelques minutes de repos, on observe deux couches distinctes : l'huile (moins dense) flotte au-dessus de l'eau du robinet.
Le mélange obtenu est un mélange hétérogène : on distingue clairement deux phases liquides séparées. L'huile et l'eau sont non miscibles (elles ne se mélangent pas).

Exercice 5 — Raisonnement scientifique
Affirmation de l'élève : «Le lait est un corps pur car il est blanc et d'aspect uniforme.»

Réponse attendue (2 pts)
Je ne suis pas d'accord avec cette affirmation.

Argumentation :
Un corps pur est une substance qui ne contient qu'un seul type d'espèce chimique. Or, le lait contient plusieurs substances différentes : de l'eau, des matières grasses, des protéines (caséine) et du lactose (sucre). Il est donc constitué de plusieurs espèces chimiques : c'est bien un mélange, et non un corps pur.

De plus, l'aspect uniforme à l'œil nu ne suffit pas à prouver qu'une substance est un corps pur : un mélange homogène présente aussi un aspect uniforme (ex. : eau salée, air). Ce qui caractérise un corps pur, c'est d'être constitué d'une seule espèce chimique et de posséder des propriétés physiques fixe et bien définies.

En laissant le lait au repos, on observe d'ailleurs une couche de crème qui remonte en surface, preuve qu'il y a plusieurs constituants : le lait est en réalité un mélange hétérogène (émulsion).