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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Chapitre 5 : Propriétés et changements d’états de l’eau 1/ Les états de la matière. A/ Activité 1 : Phénomènes météorologiques Classe les différents phénomènes météorologiques en fonction de l’état physique de l’eau : Tu découperas et colleras les différentes photos dans les cases du tableau. Neige, mer, givre, vapeur d’eau, verglas, brouillard, pluie, glace, buée, grêle, nuage. Etat physique de l’eau Solide Liquide Gazeux Phénomène météorologique Glace, neige, givre, verglas, grêle Buée, mer, brouillard, pluie Vapeur d’eau Conclusion : Sur la Terre, l’eau existe sous trois états : Solide, liquide et gazeuse. B/ Le cycle de l’eau 1/ Pourquoi l’eau des fleuves ne fait-elle pas déborder les océans ? Une partie de l’eau des océans s’évapore. 2/ Dans quel état physique se trouve l’eau dans l’air ? Sous forme de gaz, en particulier de vapeur d’eau. 3/ Comment évolue la température de la vapeur lorsque son altitude augmente ? La température diminue. 4/ Que se passe-t-il lorsque la température de la vapeur d’eau diminue ? Le gaz passe à l’état liquide. 5/ Comment peut-on voir que de l’eau liquide apparaît dans l’atmosphère ? L’eau liquide apparait sous forme les nuages. Un nuage est un ensemble de très fines gouttelettes d’eau, trop légère pour le moment pour qu’elles tombent sous forme de pluie. 6/ Pourquoi les nuages formés ne restent-ils pas à leur place ?

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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Chapitre 5 : Propriétés et changements d’états de l’eau

1/ Les états de la matière.

A/ Activité 1 : Phénomènes météorologiques

Classe les différents phénomènes météorologiques en fonction de l’état physique de l’eau : Tu découperas et

colleras les différentes photos dans les cases du tableau.

Neige, mer, givre, vapeur d’eau, verglas, brouillard, pluie, glace, buée, grêle,

nuage.

Etat physique de

l’eau

Solide Liquide Gazeux

Phénomène

météorologique

Glace, neige, givre, verglas, grêle

Buée, mer, brouillard, pluie

Vapeur d’eau

Conclusion : Sur la Terre, l’eau existe sous trois états : Solide, liquide et gazeuse.

B/ Le cycle de l’eau

1/ Pourquoi l’eau des fleuves ne fait-elle pas déborder les océans ?

Une partie de l’eau des océans s’évapore.

2/ Dans quel état physique se trouve l’eau dans l’air ?

Sous forme de gaz, en particulier de vapeur d’eau.

3/ Comment évolue la température de la vapeur lorsque son altitude augmente ?

La température diminue.

4/ Que se passe-t-il lorsque la température de la vapeur d’eau diminue ?

Le gaz passe à l’état liquide.

5/ Comment peut-on voir que de l’eau liquide apparaît dans l’atmosphère ?

L’eau liquide apparait sous forme les nuages. Un nuage est un ensemble de très fines gouttelettes d’eau, trop légère pour le

moment pour qu’elles tombent sous forme de pluie.

6/ Pourquoi les nuages formés ne restent-ils pas à leur place ?

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Ils sont poussés par les vents.

7/ Que se passe-t-il si les fines gouttelettes deviennent trop grosses ?

Il pleut car les petites gouttelettes s’agrègent. L’eau peut alors s’infiltrer dans le sol et dans les nappes phréatiques.

8/ Quel changement de température subit l’eau liquide des nuages dans les régions montagneuses ?

La température baisse.

9/ Quelle transformation subit alors l’eau liquide ?

Elle se transforme en solide.

10/ Comment se manifeste ce changement d’état ?

Il neige ou il grêle.

11/ Que devient la neige en montagne lorsque l’hiver se termine ? Dans quel état se retrouve-t-elle ?

Elle devient liquide et alimente les rivières.

La nature est bien faite… L’eau sur Terre a un mouvement cyclique : Elle revient toujours là où elle est née. Durant ce cycle,

elle subit des changements d’état et voyage sous différentes formes autour de la Terre.

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C/ impact de la pollution sur le cycle de l’eau

1/ ENGRAIS ET PESTICIDES DANS L’EAU DU ROBINET

L’agriculture est la première activité humaine responsable de la pollution de l’eau du fait des apports importants en produits phytosanitaires, en engrais... Accumulés dans les sols, ils sont véhiculés par les mouvements de l’eau et s’accumulent en certains points. Les rivières, lacs, mers, océans et bassins de stockage des grands barrages sont touchés par ce phénomène. Selon l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO), l’agriculture est responsable de 70 % de la pollution des ressources souterraines. Les pesticides utilisés à l’échelle mondiale répondent à de très nombreuses formules chimiques. Les connaissances manquent pour connaître leur réel impact sur l’environnement. Mais leur caractère non biodégradable entraîne leur passage dans la chaîne alimentaire et dans les écosystèmes.

2/ LA POLLUTION DUE AUX ACTIVITES MINIERES

D'une manière générale, les eaux polluées par l'activité minière présentent souvent une acidité importante. L'extraction de l'or

est une des activités les plus polluantes. En effet, pour obtenir de l'or pur à partir de la roche extraite, on utilise du mercure,

réactif particulièrement dangereux pour l'environnement et la santé de l'homme. Ce produit pollue le sol et l'eau, il est

incorporé par les plantes, le plancton, les poissons... et finalement par l'homme.

Les eaux polluées par les métaux lourds ne peuvent pas être utilisées pour l'approvisionnement en eau potable sans risques

importants pour la santé. De plus, ce type de pollution porte préjudice à la pêche et à l'agriculture puisqu'elle provoque la

diminution du rendement et de la qualité des produits.

Parmi les autres produits polluants issus de l'activité minière, on peut aussi citer :

- le cadmium, qui provoque des maladies des os, des reins...

- le manganèse, bénéfique pour le corps humain à faible dose, toxique à forte dose

- le plomb, qui provoque des maladies cardiovasculaires, et chez l'enfant, des problèmes dans le développement des

capacités motrices ou du cerveau (saturnisme),

- l'arsenic, qui provoque des maladies gastro-intestinales ou cardiovasculaires, des irritations des muqueuses, des cancers

de la peau ou des poumons...

- le chrome, qui provoque des dérèglements gastro-intestinaux, dermatologiques, des poumons...

- le cyanure...

Ces produits sont dangereux pour les employés de la mine qui les manipulent, pour les agriculteurs qui utilisent l'eau

d'irrigation polluée, et enfin pour les consommateurs de l'eau polluée ou des produits de l'agriculture ou de la pêche dans

lesquels se retrouvent ces polluants.

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3/ Les pollutions de l’eau

D/ Les changements d’état

de l’eau.

Remarque : LES CHANGEMENTS D’ETAT

METTENT EN JEU DES TRANSFERTS D'ENERGIE :

Lorsque deux corps à des températures différentes

sont mis en contact, on constate que la température

du corps chaud diminue tandis que celle du corps

froid augmente. Un transfert d'énergie s'effectue entre

ces deux corps : c'est le transfert thermique.

Ainsi, pour faire la fusion, la vaporisation ou la

sublimation, il faut apporter de l’énergie à l’eau en

chauffant.

Pour faire la liquéfaction, la solidification ou la

condensation, il faut retirer de l’énergie à l’eau en

refroidissant.

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2/ Propriétés de l’eau

A/ Etat solide.

Observations :

Un glaçon peut être saisie avec les doigts.

Un glaçon ne prend pas la forme du récipient qui le contient.

Un glaçon a un volume bien déterminé et a une masse bien déterminée.

B/ Etat liquide

Observations :

L’eau liquide ne peut pas être saisie avec les doigts.

L’eau liquide coule et prend la forme du récipient qui la contient : elle n’a pas de forme propre.

La surface du liquide, appelée surface libre, est plane et horizontale.

Le liquide possède une masse bien déterminée et possède un volume bien déterminé.

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C/ Etat gazeux

Observations :

Un gaz occupe tout l’espace disponible : il n’a pas de forme propre.

La vapeur d’eau est invisible, comme l’air.

On peut faire varier augmenter le volume occupé par un gaz : il est expansible.

On peut faire varier diminuer le volume occupé par un gaz : il est compressible.

Un gaz a de masse.

Bilan GENERAL :

Solide Liquide GAZ

Forme propre :

OUI ou NON ? OUI NON

NON

Volume propre :

OUI ou NON ? OUI OUI NON

Masse propre :

OUI ou NON ? OUI OUI OUI

Propriétés

supplémentaires

peut être saisi entre les

doigts.

Coule, ne peut pas être saisi

avec les doigts.

Surface libre plane et

horizontale

expansible, compressible.

invisible.

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3/ Zoom sur les changements d’état

A/ Quelques grandeurs importantes

En sciences il existe de nombreuses grandeurs qui permettent de mesurer, de « quantifier », les caractéristiques de la

matière, de l'espace ou du temps. A chaque grandeur est associée une (ou plusieurs) unité(s). Et la mesure de cette

grandeur s'effectue avec un appareil de mesure.

Grandeur mesurée

Symbole de la grandeur

Unité officielle SI

Symbole de l’unité

Instrument de mesure

Photo de l’instrument de mesure

Longueur L Mètre m règle

Surface S Mètre carré m² règle

Volume V Mètre cube m3 Eprouvette

graduée

Capacité V Litre L Eprouvette

graduée

Temps t Seconde s chronomètre

Masse m Kilogramme kg balance

Température T

Degré kelvin

(on utilisera

seulement le degré Celsius °C)

K

Ou °C

thermomètre

Pression P Pascal Pa Manomètre ou

baromètre

ou

Remarque : les météorologues utilisent aussi :

Instrument de mesure Que fait-il ? photo

Anémomètre

Mesure la vitesse du vent

Hygromètre

Mesure le taux d’humidité dans

l’air

Pluviomètre

Mesure la quantité d’eau tombée

à un endroit

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B/ Activité : La bouteille au congélateur …

Pour garder mon pique-nique au frais, Brice de Nice a mis toute une nuit une bouteille d’eau en verre au congélateur mais

s’aperçoit que celle-ci est cassée à son réveil.

Problème n°1 : Pourquoi la bouteille s’est-elle cassée ?

1/ Sachant que personne n’a ouvert le congélateur durant la nuit, émets une hypothèse qui expliquerait pourquoi la

bouteille s’est brisée toute seule.

Le volume de l’eau liquide qui se solidifie en glace solide augmente, provoquant l’éclatement de la bouteille.

- le froid a rendu le verre plus fragile - la glace a poussé les parois - quand l'eau glace, son volume augmente - l'eau double de taille quand elle gèle - avec la pression, le verre n'a pas résisté - l'eau a gonflé - l'eau a grossi et la pression grandit - la glace est lourde - la bouteille est cassée parce que le solide a grossi. - les particules de l’eau se sont multipliées. - la bouteille est restée trop longtemps dans le congélateur.

quand l’eau devient de la glace, elle prend plus de place.

2/ Propose un protocole expérimental permettant de vérifier cette hypothèse. (Expérience n°1)

- Dans un tube à essai, on introduit une certaine quantité d’eau distillée puis on repère le volume.

- La température de solidification de l’eau étant à 0°C, on introduit le tube à essai dans un mélange réfrigérant (lave-glace)

dont la température est inférieure à 0°C.

- Après solidification, on relève le nouveau volume.

Schéma du montage :

3/ Note les résultats de l’expérience n°1. Le volume d’eau a augmenté au cours de la solidification. Notre hypothèse est vérifiée.

**On remarque que tous les liquides ne se solidifient pas à 0°C (ex : lave glace utilisé ici se solidifie à -20 °C).

Problème n°2 : La masse d’eau a-t-elle changé au cours de la solidification ?

4/ Ecris une hypothèse argumentée pour répondre à la question : R2 ( /2)

Oui/non. Comment ? Pourquoi ?

5/ Ecris un protocole expérimental permettant de répondre à la question. (Expérience n°2)

- On place le montage {tube à essai dans un mélange réfrigérant} sur le plateau d’une balance.

- On tare la balance pour mettre la balance à zéro.

- On verse une certaine quantité d’eau distillée dans le tube à essai puis on relève la masse affichée sur la balance.

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- Après solidification, on relève la masse affichée.

Schéma du montage :

6/ Note les résultats de l’expérience n°2. R2 ( /2) La masse d’eau n’a pas évolué au cours de la solidification. Mon hypothèse est (/n’est pas) vérifiée.

7/ Conclusion : Ecris la conclusion :

Le changement d’état d’un corps pur se fait sans variation de la masse, mais avec variation de volume.

B/ Activité : L’iceberg

Question 1 Relie les adjectifs

Question 2

Placez les nombres suivants dans le tableau : (30 millions de litres, 300 millions de litres et 273 millions de kilogrammes, 27 millions de kilogrammes) . Dans les cases grisées du tableau, réalise l’opération en détaillant

glace émergeante de

l’iceberg

glace immergée de

l’iceberg Iceberg en entier

Volume 30 millions de litres 300 millions de

litres 330 millions de litres

Masse 27 millions de

kilogrammes

273 millions de

kilogrammes

300 millions de

kilogrammes

Pour des soucis de

compréhension, on

assimilera

le volume (m3) à la

capacité (L)

Solidifié

Emergeant

Immergé

Qui est plongé dans un liquide

Qui ne peut être mélangé à l’eau

Qui dépasse de la surface d’un liquide

Qui est passé de l’état liquide à l’état solide

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Question 3 Parmi les propositions ci-dessous, coche les affirmations que le document permet de faire.

Le volume d’un kilogramme d’eau liquide est égal à un litre.

Le volume de glace immergée est supérieur au volume de glace émergeante.

Le volume de glace immergée est inférieur au volume de glace émergeante.

L’eau de mer n’est pas un corps pur.

L’eau de mer est un corps pur.

Question 4 Comment se nomme le changement d’état que subit l’iceberg quand il fond ?

C’est la fusion

Question 5 À quelle température ce changement d’état se produirait-il à pression normale ?

Elle fond à 0°C

Question 6 On considère une quantité donnée d’eau solide. Au cours de la fusion de cette eau, on peut dire que son volume…

augmente

diminue

reste le même

Question 7 Quel serait le volume d’eau liquide obtenu à l’issue de la fonte de l’iceberg ?

360 millions de litres

330 millions de litres

300 millions de litres

Justifiez ton choix en formulant une phrase.

Si 330 millions de litres de glace fondent, ils vont donner un volume d’eau liquide de 300 millions de kilogrammes

Question 7 bis Notez sur les pointillés les volumes correspondants à chaque partie.

Question 8 Lorsque l’iceberg fond entièrement, le volume total d’eau liquide produit est égal : (réponds en t’aidant de la question 7 bis)

au volume de glace qui était immergée.

au volume total de l’iceberg.

au volume de glace qui émergeait.

glace émergeante

glace immergée

glace immergée

……………

……………

…………

………….

…………

……

……………

……………

……………

……

Eau liquide

produite

L’iceberg fond

300 millions de L

30 millions de L

300 millions de L

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Question 9

Proposez une expérience pour valider cette affirmation (un glaçon peut représenter l’iceberg).

On met un glaçon dans une éprouvette et on mesure le volume (glaçon + eau) et le volume (glaçon fondu + eau).

Un réchauffement de notre planète peut entrainer la fonte des icebergs. On entend souvent que cette fonte des icebergs

entraînerait la montée du niveau des océans.

Quelle est votre opinion ?

C’est la fonte des glaces terrestres (sur les continents) qui entraînerait la montée du niveau des océans.

C’est la fonte des icebergs qui entraînerait la montée du niveau des océans.

Même si les glaces terrestres et flottantes fondaient, le niveau des eaux ne varierait pas.

C/ Expérience de changement d’état sous pression normale : Vaporisation

Objectifs : Suivre l’évolution de la température T (mesurée à l’aide d’un thermomètre en contact avec la substance), en

fonction du temps t (mesuré à l’aide d’un chronomètre).

Compléter un tableau de valeurs.

Tracer la courbe d’évolution de la température en fonction du temps.

1/ Réalise le schéma du montage de vaporisation de l’eau

2/ Complète le tableau suivant (température T (en °C) relevée en fonction du temps t(min))

Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Température (°C)

16 28 40 52 65 75 89 98 100 100 100 100 100 100 100 100

3/ Trace au crayon à papier, sur la papier millimétré ci-dessous, la courbe d’évolution de la température de l’eau T en fonction du temps t.

Axe vertical (ordonnée) : température T Unité : °C 1 grand carreau = 10 °C

Axe horizontal (abscisse) : temps t Unité : min 1 grand carreau = 1 min 4/ Sur ce graphique, trace un grand trait vertical pour délimiter les domaines : A : domaine où l’eau est totalement liquide

B : domaine où l’eau est liquide et gazeuse.

5/ Au bout de combien de temps l’eau atteint-elle la température de 70°C ? 4min et 30 s 6/ Au bout de 2 min et 30s, quelle est la température de l’eau ? 44 °C 7/ Apparait-il et un palier de température ? Si oui, à quelle température apparait-il ? Oui, à 100°C

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8/ Complète le tableau en analysant les courbes de solidification, de fusion et de vaporisation de quelques substances.

Substance Présence d’un palier sur la courbe ?

Corps pur Mélange ?

Changement d’état Température(s) de changement d’état

Eau pure

Oui Corps pur solidification 0 °C

Cyclohexane

Oui Corps pur solidification 6,5 °C

Eau pure

Oui Corps pur vaporisation 100 °C

Eau salée

Non Mélange vaporisation de 105 à 110 °C

Conclusion :

A la pression atmosphérique, les corps purs (eau pure, cyclohexane) ont une température de

solidification (ou fusion) et une température et de vaporisation (ou liquéfaction) bien déterminées.

Pour l’eau pure : Tsolidification = 0° C Tvaporisation = 100 °C

La courbe « température T en fonction du temps t » présente un palier lors du changement d’état d’un

corps pur.

Il n’y a jamais de palier pour les mélanges comme l’eau salée ou l’eau minérale.

D/ Les exceptions de la nature

Pour que l’eau liquide se transforme en glace, il faut des petites impuretés, poussières ou créer des chocs. S’il n’y en a pas,

l’eau commence à geler en dessous de 0°C : C’est la surfusion. Pour l’eau pure, cela peut aller jusqu’ à – 39°C !

Ce phénomène peut être très dangereux car il peut entrainer des pluies verglassantes (eau qui congèle instantanément en

arrivant au sol) ou le givrage des avions.

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Anecdote : Pendant l’hiver 1942, en Russie, au niveau du lac LAGODA, la température était de -30 °C. Des centaines de

chevaux fuyaient un incendie de forêt et se précipitèrent dans les eaux propres et limpides du lac rempli d’eau liquide à -30

°C. L'eau se solidifia quasi instantanément à cause du choc des sabots. Tous les chevaux périrent, prisonniers de la glace.

Expérience :

Altitude (m) 0 1000 2000 4000 6000 8000 10000

Pression atmosphérique (hPa) 1013 899 795 616 472 356 264

Température d’ébullition de l’eau (°C) 100 96 93 86 80 73 66

Je suis Jean Sulpice, chef cuisinier deux étoiles au guide Michelin dans un restaurant à Val Thorens (2300 m

d’altitude). Je vais te raconter ma petite histoire :

« J’ai appris la cuisine très tôt, à basse altitude. Quand j’ai bâti mon restaurant à 2300 m d’altitude, j’ai loupé

la cuisson des spaghettis : sur le paquet, c’était noté 8 min alors qu’il m’en a fallu 20 min. des scientifiques

m’ont dit que cela venait de la température d’ébullition de l’eau qui diminuait avec l’altitude ».

"Je me souviendrai toute ma vie du premier œuf à la coque que m'a commandé une cliente fortunée de l'hôtel. Estimant

qu'il n'était pas suffisamment cuit, elle laisse entendre au serveur que je ne sais pas faire cuire un œuf. Surpris, je lui en

prépare donc un deuxième, après avoir ajouté 50 secondes de cuisson aux 3 minutes réglementaires. Et, de nouveau, il

me revient ! Toujours pas cuit... Je recommence une troisième fois, mais je passe à 6 minutes ! Et là, mon œuf à la coque

était cuit juste comme il faut". Incroyable.

Liquide de refroidissement

sortant du congélateur

Température : -18°C

Eau pure dans un tube à

essai neuf et sans poussière

Avec thermomètre

T °C

La température de l’eau descend vite en

dessous de 0°C, mais elle reste liquide

Au moindre choc, l’eau se solidifie

instantanément : c’est la surfusion

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1/ Quelle est la température d’ébullition de l’eau à 1013 hPa (0 m d’altitude) ?

100 °C

2/ Que fait la température d’ébullition de l’eau lorsque l’on monte en altitude ?

Elle diminue

3/ Pourquoi Jean Sulpice a-t-il des difficultés à cuire l’œuf à la coque ?

La température d’ébullition de l’eau est plus faible en altitude car la pression est plus faible. Les aliments cuisent moins

vite

4/ Quels sont les 2 choses responsables de la diminution de la température d’ébullition ?

La pression et l’altitude

En 1687, Denis Papin a inventé la cocotte minute: Elle permet de faire cuire les aliments plus

rapidement. En effet, la pression à l’intérieur est si grande (1700 hPa) que l’eau bout à une

température de 120 °C. Le temps de cuisson sera environ divisé par trois car la température de

cuisson sera plus élevée.

5/ Complète le texte ci-dessous :

Lorsque la pression est grande, la température d’ébullition de l’eau pure est supérieure à 100 °C. Cela permet de faire cuire

des aliments plus rapidement

Lorsque la pression est faible, la température d’ébullition de l’eau pure est inférieure à 100 °C. Les aliments cuisent

malheureusement plus lentement.

Interprétation : Lorsque l'on bouche la fiole, l'espace contenu entre le liquide et le bouchon contient quasiment que de la vapeur En refroidissant, cette vapeur se liquéfie et la pression chute fortement à l’intérieur de la fiole. Comme la pression est plus faible, la température d’ébullition est aussi plus faible : l'eau se remet à bouillir à une température en dessous de 100°C.

On chauffe

On retourne et on asperge

d’eau froide : l’eau se met à

bouillir.

Eau froide

L’eau se met à bouillir à

une température inférieure

à 100°C car la pression à

l’intérieur de la cloche est

plus faible que la pression

atmosphérique de 1013

hPa.

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EN PLUS : Expérience de changement d’état sous pression normale : Fusion

Principe des mesures :

A l’aide du montage approprié, on procède au changement d’état de l’eau. On suit l’évolution de la

température T (mesurée à l’aide d’un thermomètre en contact avec la substance), en fonction du temps t

(mesuré à l’aide d’un chronomètre). On note les valeurs dans un tableau. On trace la courbe d’évolution

de la température en fonction du temps.

1/ Réalise le schéma du montage de fusion de l’eau 2/ Complète le tableau suivant (température T (en °C) relevée en fonction du temps t(min))

Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Température (°C)

-10 -6 -4 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4

3/ Trace au crayon à papier, sur la papier millimétré ci-dessous, la courbe d’évolution de la température de l’eau T en fonction du temps t.

4/ Sur ce graphique, trace deux grands traits verticaux pour délimiter les domaines : A : domaine où l’eau est totalement solide.

B : domaine où l’eau est A la fois solide et liquide.

C : domaine où l’eau est totalement liquide.

5/ Au bout de combien de temps l’eau atteint-elle la température de -2°C ? 2 min 6/ Au bout de 6 min et 30s, quelle est la température de l’eau ? 0°C 7/ Apparait-il et un palier de température ? Si oui, à quelle température apparait-il ? Oui, à 0°C

8/ Complète le tableau en analysant les courbes de solidification, de fusion et de vaporisation de quelques substances

Substance Corps pur

Mélange ? Changement

d’état Température(s) de changement

d’état Présence d’un palier sur la

courbe ?

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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Eau pure

Corps pur solidification 0 °C Oui

Eau salée

Mélange solidification de -3 à -6 °C Non

Cyclohexane

Corps pur solidification 6, 5 °C Oui

Eau pure

Corps pur fusion 0 °C Oui

Eau salée

Mélange fusion de -6 à 2 °C Non

Eau pure

Corps pur vaporisation 100 °C Oui

Eau salée

Mélange vaporisation de 105 à 110 °C Non

Conclusion :

A la pression atmosphérique, les corps purs (eau pure, cyclohexane) ont une température de

solidification (ou fusion) et une température et de vaporisation (ou liquéfaction) bien déterminées.

Pour l’eau pure : Tsolidification = 0° C Tvaporisation = 100 °C

La courbe « température T en fonction du temps t » présente un palier lors du changement d’état d’un

corps pur.

Il n’y a jamais de palier pour les mélanges comme l’eau salée ou l’eau minérale.

C/ Expérience de changement d’état sous pression normale : SOLIDIFICATION

Principe des mesures : A l’aide du montage approprié, on procède au changement d’état de l’eau. On suit l’évolution de la

température T (mesurée à l’aide d’un thermomètre en contact avec la substance), en fonction du temps t

(mesuré à l’aide d’un chronomètre). On note les valeurs dans un tableau. On trace la courbe d’évolution

de la température en fonction du temps.

1/ Réalise le schéma du montage de solidification de l’eau 2/ Complète le tableau suivant (température T (en °C) relevée en fonction du temps t(min))

Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Température (°C)

16 11.5 7.2 2.7 0.1 0 0 0 0 -4 -7

3/ Trace au crayon à papier, sur la papier millimétré ci-dessous, la courbe d’évolution de la température de l’eau T en fonction du temps t.

Axe vertical (ordonnée) : température T Unité : °C 1 grand carreau = ………..°C

Axe horizontal (abscisse) : temps t Unité : min 1 grand carreau = ………..°C

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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

4/ Sur ce graphique, trace un grand trait vertical pour délimiter les domaines : A : domaine où l’eau est totalement liquide

A : domaine où l’eau est liquide et gazeuse.

5/ Au bout de combien de temps l’eau atteint-elle la température de 2°C ? 3 min et 20 s 6/ Au bout de 6 min et 30s, quelle est la température de l’eau ? 0 °C 7/ Apparait-il et un palier de température ? Si oui, à quelle température apparait-il ? Oui, à 0°C.

8/ Complète le tableau en analysant les courbes de solidification, de fusion et de vaporisation de quelques substances

Substance Corps pur

Mélange ? Changement

d’état Température(s) de changement

d’état Présence d’un palier sur la

courbe ?

Eau pure

Corps pur solidification 0 °C Oui

Eau salée

Mélange solidification de -3 à -6 °C Non

Cyclohexane

Corps pur solidification 6, 5 °C Oui

Eau pure

Corps pur fusion 0 °C Oui

Eau salée

Mélange fusion de -6 à 2 °C Non

Eau pure

Corps pur vaporisation 100 °C Oui

Eau salée

Mélange vaporisation de 105 à 110 °C Non

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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Conclusion :

A la pression atmosphérique, les corps purs (eau pure, cyclohexane) ont une température de

solidification (ou fusion) et une température et de vaporisation (ou liquéfaction) bien déterminées.

Pour l’eau pure : Tsolidification = 0° C Tvaporisation = 100 °C

La courbe « température T en fonction du temps t » présente un palier lors du changement d’état d’un

corps pur.

Il n’y a jamais de palier pour les mélanges comme l’eau salée ou l’eau minérale.