Description de la matière à l’échelle macroscopique

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Description de la matière à l’échellemacroscopique

I/ Corps purs et mélanges au quotidienI.1. Corps purs et mélanges

Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique. C’est le cas par exemple de la bouteille de gaz qui contiendrait uniquement du méthane CH4 ou de l’eaupur qu’on peut trouver au laboratoire et qui contient uniquement des molécules d’eau H2O. C’est aussi le cas des diamants, constitués uniquement d’atomes de carbone.

Par opposition, un mélange contient plusieurs espèces chimiques. C’est le cas de l’air que l’on respire puisqu’il est composé entre autre de diazote (N2), de dioxygène (O2) et de dioxyde de carbone (CO2). C’est aussi le cas de l’eau du robinet qui contient de nombreux minéraux en plus des molécules d’eau. On peut finir cette liste avec les différents aciers qui sont des alliages (donc des mélanges!) de plusieurs métaux.

Un mélange peut être homogène si l’œil ne distingue pas les différents constituants, sinon il est hétérogène.

Exercice 1 : Dans chaque cas dire si le mélange proposé est homogène ou hétérogène :• lait• jus de fruits avec pulpe• mélange huile et vinaigre• peinture

Exercice 2: Après un accident de la route, les agents de sécurité disposent du sable sur l’essence qui a pu s’échapper et non de l’eau. Proposer une explication

Cours de Seconde_Physique-chimie_Description1 : échelle macroscopique

La limonade est un mélange hétérogène car on distingue les bulles de gaz. La menthe à l’eau est un mélange homogène.

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I.2. Identification d’une espèce chimique

Pour identifier une espèce chimique, on peut utiliser les valeurs de référence connues pour chaque espèce ou faire des tests chimiques.

I.2.1. Température de changement d’état

Pour une espèce chimique le passage d’un état physique (solide, liquide, gaz) à unautre se fait à une température constante. En mesurant cette température pour un corps on peut en déduire l’espèce chimique contenue.Classiquement on mesure la température de fusion (passage de l’état solide à l’état liquide) et cela se fait grâce à un banc Kofler.

Exercice 3 : Voici les données relatives aux températures de changement d’états (à pression atmosphérique) pour certaines espèces chimiques

1. Compléter la ligne de l’eau2. A quelle température faut-il faire monter un échantillon d’éthanol liquide pour le faire passer à l’état gazeux ?3. Je dispose d’un échantillon solide de nature inconnue, à l’aide d’un banc kofler je détermine une température de fusion vers 120-130°C. Quelle est la nature de cet échantillon ?


Banc Kofler: De la droite vers la gauche la température est de plus en plus élevée

Les changements d'états

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4. Dans une bouteille de gaz de ville le butane est stockée sous forme liquide à température ambiante. Cela est-il cohérent avec le tableau ci-dessus ? Proposer une explication

I.2.2. Masse volumique

Pour un solide, un liquide ou un gaz, on appelle masse volumique la masse en kg d’un volume d’un mètre cube de l’espèce chimique. Elle s’exprime donc en kg.m³ et se calcule comme le rapport des deux grandeurs :

ρ=mV

En mesurant la masse volumique d’un échantillon, on peut comparer aux valeurs de référence pour en déduire la nature de l’échantillon.

Exercice 4 : Je dispose de deux échantillons de nature inconnue, l’un est solide et l’autre liquide. Proposez pour chacun un protocole permettant d’en déterminer les masses volumiques respectives.

Exercice 5 : Un volume V=75mL de liquide a une masse de 58,5g . Montrer que celiquide est le cyclohexane.Donnée : ρcyclohexane=780kg /m ³

I.2.3. Tests chimiques

Certaines espèces réagissent de manière sélective entre elles. Mettre un échantillon inconnu en présence d’une autre espèce chimique peut permettre une identification assez fiable.


Mise en œuvre des principaux tests d’identification des ions en solution aqueuse.

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Vous connaissiez probablement déjà certains tests d’identification chimique, comme par exemple:

Exercice 6 : On dispose de trois échantillons d’eau provenant de trois régions du monde :

Identifier l’origine géographique de chaque échantillon

I.2.4. La chromatographie sur couche mince

La chromatographie sur couche mince ou CCM repose sur le principe suivant : On dépose un échantillon sur une plaque de silice et chaque espèce chimique avance sur la plaque à son propre rythme (si l’espèce chimique a beaucoup d’affinités avec l’éluant elle monte avec lui, si elle a plutôt des affinités avec la plaque elle reste en bas). En repérant la distance parcourue par chaque espèce chimique on peut les identifier.

Mise en œuvre : Les différents échantillons sont tous déposés sur une même ligne appelée ligne de dépôt, puis on procède à l’élution. Lorsque le front de l’éluant arrive à un centimètre du bord supérieur on stoppe l’expérience et on analyse les résultats.


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Ici par exemple : Trois échantillons ont étés déposés dont deux servent de références (A et B). Les deux références sont des corps purs puisqu’ils contiennent une seule espèce chimique. En revanche pourle dépôt C, c’est différent, on peut dire que :

• Il s’agit d’un mélange• L’huile de lavande contient du linalol et de l’acétate de

linalyl• L’huile de lavande contient deux autres espèces chimiques

Exercice 7 : On extrait l’huile essentielle de la peau d’un orange et on cherche à en identifier les composants chimiques. Dans un vieux livre de chimie on lit que l’huile essentielle de peau d’orange contient les espèces chimiques suivantes :

• limonène• citral• myrcène • carvone

On décide de mettre à l’épreuve cesvieilles connaissances et on se procure unéchantillon pur de chacune de ces 4espèces chimiques pour faire une CCM. Onobtient le résultat ci-contre. Quellesconclusions pouvons nous tirer ?

I.3. Composition d’un mélange

Donner la composition d’un mélange c’est donner les proportions de chacune des espèces chimiques qui le constituent.

Composition massique : Dans 10kg de fonte, on trouve 9,5kg de Fer et 0,5kg de Carbone. La composition massique de la fonte est 95 % de Fer et 5 % de Carbone.

Composition volumique : La composition volumique de l’air qui nous entoure est approximativement de 80 % de diazote et 20 % de dioxygène, c’est à dire que pour un volume de 10L d’air on aura 8L de diazote et 2L de dioxygène

Exercice 8 : Les bijoux en or 18 carats ne contiennent pas uniquement de l’or pur mais75,0 % d’or en pourcentage massique.1. La masse d’une bague en or 18 carats est de 2,35g.1.a. Le matériau constituant cette bague est-il un corps pur ?1.b. Déterminer la masse d’or présente dans la bague.


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2. Un collier est constitué de 12,6g d’or et de 4,2g d’autres métaux. Est-ce un bijou en or 18 carats ? Justifier

Exercice 9 : 1. Donner la composition volumique de l’air2. Déterminer le volume des deux espèces chimiques majoritaires qui composent l’air d’une pièce de 150m³

II/ Les solutions aqueusesII.1. Exemples au quotidien

Un solution aqueuse est un mélange constitué d’un solvant (l’eau) et d’un soluté.On peut par exemple évoquer simplement un verre d’eau dans lequel on aurait mis un morceau de sucre, une pincée de sel ou encore un sirop concentré. Dans les deux premiers cas on part d’un soluté solide et on procède par dissolution. Dans le dernier cas le soluté est liquide et on procède par dilution.

II.2.Concentration en masse d’un soluté

On appelle concentration massique (Cm) d’une solution aqueuse la valeur de lamasse de soluté qu’il a fallut introduire pour obtenir exactement 1L de solution. On peut calculer la concentration massique grâce à Cm=m

V.

Pour chaque espèce chimie il existe une concentration maximale au-delà de laquelle le composé ne se dissout plus.

Exercice 10 : Calculer la concentration massique des 3 solutions proposées dans le tableau ci-dessous

Exercice 11 : On souhaite préparer un volume V=250mL de solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration massique Cm=4,0 g .L−1 . Calculer lamasse d’hydroxyde de sodium à dissoudre pour obtenir une telle solution.


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II.3. Préparation d’une solutionII.3.1. Par dissolution

II.3.2. Par dilution


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II.4. Dosage par étalonnage

Doser par étalonnage une espèce chimique dans une solution, c’est déterminer sa concentration en masse en utilisant un ensemble de solutions étalons de concentrations connues. Si l’espèce chimique dosée est colorée, ces solutions constituent une échelle de teintes et on peut estimer la concentration en masse cherchée par comparaison visuelle.

Sinon, on mesure une grandeur physique, par exemple la masse volumique qui varie avec la concentration de chaque solution étalon, et on trace une courbe d’étalonnage

En mesurant la valeur de cette grandeur dans la solution dosée, on obtient graphiquement la valeur de la concentration recherchée.


Échelle de teintes d’une solution de diiode.

Droite d’étalonnage dans le cas de mesures de masses volumiques.

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Exercices d’entraînement

Exercice 12 : Exercice 13 :



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CAP vers la 1ère G

Problème 1 :


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Problème 2 :


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