Filtration, décantation, distillation, évaporation
Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Vocabulaire et définitions
Item 1 — La filtration :
La filtration est une technique qui consiste à faire passer un mélange hétérogène (solide + liquide) à travers un papier filtre placé dans un entonnoir, afin de retenir le solide (le résidu) et de recueillir le liquide (le filtrat).
Matériel principal : un entonnoir et un papier filtre (replié en cône).
Item 2 — La décantation :
La décantation est une technique qui consiste à laisser reposer un mélange hétérogène pour que ses constituants se séparent naturellement.
Principe physique : elle repose sur la différence de densité entre les constituants : le constituant le plus dense se dépose au fond (ou forme la couche inférieure), le moins dense remonte en surface (ou forme la couche supérieure).
Item 3 — Évaporation vs Distillation :
Exercice 2 — Choisir la technique adaptée
Item introductif : Pour chaque mélange, il faut identifier la nature du mélange (homogène/hétérogène, solide/liquide, miscible/non miscible) pour choisir la technique adaptée.
a) Mélange de poudre de craie et d'eau
Technique : La filtration.
Justification : La poudre de craie est un solide en suspension dans l'eau (mélange hétérogène) ; le papier filtre retient les particules de craie (résidu) tandis que l'eau passe dans le bécher (filtrat).
b) Mélange d'eau et de sirop de grenadine (mélange homogène)
Technique : La distillation (ou l'évaporation si l'on veut récupérer uniquement le sucre/colorant résiduel).
Justification : L'eau et le sirop de grenadine forment un mélange homogène (liquide + substances dissoutes) ; on ne peut pas les séparer par filtration ni décantation. La distillation permet de vaporiser l'eau, de la condenser et de la récupérer pure, laissant le résidu sucré dans le ballon.
c) Mélange d'eau et d'éther (non miscibles)
Technique : La décantation (avec une ampoule à décanter).
Justification : L'eau et l'éther sont non miscibles et ont des densités différentes ; ils forment deux couches distinctes. On ouvre le robinet de l'ampoule à décanter pour laisser couler la phase inférieure (l'eau, plus dense), puis on récupère l'éther (moins dense) séparément.
d) Mélange d'eau et d'éthanol (miscibles, températures d'ébullition différentes)
Technique : La distillation.
Justification : L'eau (T°ébullition = 100 °C) et l'éthanol (T°ébullition = 78 °C) sont miscibles (une seule phase homogène) ; on ne peut pas les séparer par décantation ni filtration. La distillation exploite leurs températures d'ébullition différentes : l'éthanol se vaporise en premier à 78 °C, la vapeur est condensée dans le réfrigérant et récupérée sous forme liquide (distillat = éthanol enrichi), tandis que l'eau reste dans le ballon.
Exercice 3 — Analyse d'une expérience de filtration
Contexte : On filtre un mélange contenant de l'eau, du sel dissous et de la vase.
a) Sur le papier filtre / dans le bécher :
Exercice 4 — Problème de distillation
Contexte : Distillation d'un mélange éthanol (78 °C) + eau (100 °C).
a) Quel constituant se vaporise en premier ?
C'est l'éthanol qui se vaporise en premier.
Pourquoi ? Car sa température d'ébullition (78 °C) est plus basse que celle de l'eau (100 °C). En chauffant progressivement, on atteint 78 °C avant 100 °C : l'éthanol, plus volatile, entre en ébullition le premier.
b) Observation sur le thermomètre pendant la vaporisation de l'éthanol :
La température reste stable (constante) à 78 °C pendant toute la durée de la vaporisation de l'éthanol.
Explication : Tant qu'il reste de l'éthanol à vaporiser, toute l'énergie apportée par le chauffage est utilisée pour le changement d'état liquide → vapeur (chaleur latente de vaporisation) ; la température ne monte pas. Ce n'est qu'une fois tout l'éthanol vaporisé que la température remonte (vers 100 °C pour l'eau).
c) Rôle du réfrigérant :
Le réfrigérant refroidit la vapeur d'éthanol (ou d'eau) qui s'échappe du ballon. En se refroidissant, la vapeur se condense (passe de l'état gazeux à l'état liquide). Le liquide ainsi obtenu s'écoule dans l'erlenmeyer. Sans le réfrigérant, la vapeur s'échapperait dans l'air et on ne pourrait rien récupérer.
d) Nom du liquide récupéré dans l'erlenmeyer :
Le liquide récupéré dans l'erlenmeyer s'appelle le distillat.
Exercice 5 — Chromatographie
Contexte : Chromatographie sur papier avec une encre violette → deux taches : bleue (en haut) et rouge (en bas).
a) Corps pur ou mélange ?
L'encre violette est un mélange.
Justification : La chromatographie révèle deux taches distinctes (bleue et rouge), ce qui signifie qu'elle contient au moins deux pigments différents. Un corps pur ne donnerait qu'une seule tache.
b) Pigment ayant migré le plus haut et affinité avec le solvant :
Le pigment bleu a migré le plus haut.
Cela indique qu'il a une plus grande affinité avec le solvant (l'eau) : il est mieux entraîné par le solvant en remontant, donc il migre plus loin sur le papier. À l'inverse, le pigment rouge a une plus grande affinité avec le papier (support), ce qui le retient plus bas.
c) Principe de séparation exploité par la chromatographie sur papier :
La chromatographie sur papier exploite les différences d'affinité des pigments avec le solvant (phase mobile) et le support en papier (phase stationnaire). Le solvant monte par capillarité et entraîne les pigments à des hauteurs différentes selon leur affinité respective avec le solvant et le papier : plus un pigment est attiré par le solvant, plus il monte haut.
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