Karamö, le prof virtuelLeçon 1 sur 16
Corps purs et mélanges
Je sais distinguer un corps pur d'un mélange, classer un mélange en homogène ou hétérogène, et utiliser les constantes physiques pour contrôler la pureté d'un corps.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un corps pur et un mélange
- Distinguer mélange homogène et mélange hétérogène, liquides miscibles et non miscibles
- Utiliser la température de fusion, la température d'ébullition et la masse volumique comme critères de pureté
- Interpréter une courbe de changement d'état (palier ou absence de palier)
Avant de commencer : Les trois états de la matière (solide, liquide, gaz) et les changements d'état vus au collège ; savoir lire un graphique.
1Je découvre
Au marché Madina, Kadiatou achète pour sa mère un bidon d'huile de palme, du sel de Boffa, du sucre en poudre et un sachet d'eau. Sur le chemin du retour, son petit frère Ousmane lui demande : « L'eau du sachet, c'est de l'eau pure ? Et le sel, c'est un seul produit ou plusieurs ? »
Kadiatou hésite. L'eau du sachet est limpide, mais elle a un léger goût. Le sel de Boffa, obtenu en faisant bouillir l'eau de mer, est blanc mais parfois un peu grisâtre. Quand on verse de l'huile dans l'eau, elle flotte en formant une couche séparée ; quand on verse du sucre, il disparaît.
À la maison, elle chauffe un peu d'eau du sachet dans une casserole avec un thermomètre de cuisine : l'eau bout vers 100 °C. Elle recommence avec de l'eau très salée : l'ébullition commence au-dessus de 100 °C et la température continue de monter.
Comment savoir si une substance est un corps pur ou un mélange, et quelles mesures permettent de le prouver ?
2Je comprends
1. Corps pur et mélange
En chimie, le mot « pur » n'a pas le sens de la vie courante (« propre », « sans microbes »). Il a un sens précis.
Un corps pur est une substance formée d'une seule espèce chimique. Toutes ses particules (molécules, atomes ou ions groupés de la même façon) sont identiques. Exemples : l'eau distillée (uniquement des molécules H2O), le dioxygène O2, le fer Fe, le chlorure de sodium NaCl pur, le saccharose (sucre) pur.
Un mélange est une substance formée de plusieurs espèces chimiques différentes. Exemples : l'eau du robinet (eau et sels minéraux dissous), l'eau de mer, l'air, le lait, l'huile de palme, le sol, le sang.
L'eau d'un sachet est donc un mélange : elle contient de l'eau et, en petite quantité, des sels minéraux dissous. Elle peut être parfaitement potable sans être un corps pur au sens du chimiste.
2. Mélanges homogènes et hétérogènes
On classe les mélanges selon ce que l'on voit à l'œil nu (ou à la loupe).
- Un mélange homogène : on ne distingue pas ses constituants, il a le même aspect partout. Exemples : eau sucrée, eau salée, air, vinaigre.
- Un mélange hétérogène : on distingue au moins deux constituants. Exemples : eau boueuse du fleuve pendant la saison des pluies, eau et huile, sable et sel, jus d'orange avec pulpe.
Deux liquides qui forment un mélange homogène sont dits miscibles (eau et alcool, eau et vinaigre). Deux liquides qui forment un mélange hétérogène, en deux couches, sont non miscibles (eau et huile, eau et pétrole). Le liquide le moins dense forme la couche du dessus.
Un mélange homogène d'un solide (ou d'un gaz) dans un liquide s'appelle une solution : le liquide majoritaire est le solvant, la substance dissoute est le soluté. L'eau salée est une solution de chlorure de sodium dans l'eau.
- Un seul aspect partout
- Eau salée, eau sucrée
- Air filtré
- Eau et alcool (miscibles)
- Plusieurs parties visibles
- Eau boueuse, sable et sel
- Fumée, poussière dans l'air
- Eau et huile (non miscibles)
3. Les constantes physiques : la carte d'identité d'un corps pur
Un corps pur possède des constantes physiques fixes, mesurées dans des conditions données (en général sous la pression atmosphérique normale, 1 013 hPa) :
- la température de fusion θf (passage solide → liquide, égale à la température de solidification) ;
- la température d'ébullition θeb (passage liquide → gaz) ;
- la masse volumique ρ = mV ;
- et d'autres : couleur, solubilité, indice de réfraction…
| Corps pur | θf (°C) | θeb (°C) | ρ (g/cm³) |
|---|---|---|---|
| Eau | 0 | 100 | 1,00 |
| Éthanol (alcool) | −114 | 78 | 0,79 |
| Fer | 1 538 | 2 862 | 7,87 |
| Cuivre | 1 085 | 2 562 | 8,96 |
| Aluminium | 660 | 2 519 | 2,70 |
Critère de pureté. Si une substance a exactement les constantes physiques d'un corps pur connu, c'est très probablement ce corps pur. Si ses constantes s'en écartent, elle contient des impuretés : c'est un mélange.
4. Le palier de changement d'état
Chauffons de la glace pilée jusqu'à l'ébullition de l'eau, en relevant la température chaque minute.
- La température monte jusqu'à 0 °C, puis reste constante tant qu'il reste de la glace : c'est le palier de fusion.
- Elle remonte ensuite jusqu'à 100 °C et reste constante pendant toute l'ébullition : c'est le palier d'ébullition.
Propriété. Sous pression constante, le changement d'état d'un corps pur se fait à température constante : la courbe présente un palier.
Pour un mélange comme l'eau salée, le changement d'état se fait sur un intervalle de températures : l'ébullition commence au-dessus de 100 °C et la température continue de monter car l'eau s'évapore et la solution restante devient de plus en plus salée. Il n'y a pas de palier net. C'est exactement ce qu'a observé Kadiatou.
Exemple
Identifier un liquide par sa masse volumique.
Sékou mesure un liquide incolore : 50,0 cm³ ont une masse de 39,5 g.
ρ = m / V = 39,5 g / 50,0 cm³ = 0,79 g/cm³.
Il le chauffe : l'ébullition a lieu à 78 °C et la température reste constante pendant l'ébullition.
Conclusion : les constantes (0,79 g/cm³ ; 78 °C ; palier) sont celles de l'éthanol pur. Le liquide est de l'éthanol pur.
Exemple
Contrôler la pureté d'un métal.
Un bijoutier de Siguiri reçoit un petit lingot présenté comme de « l'aluminium pur ». Masse : 54,0 g ; volume mesuré par déplacement d'eau dans une éprouvette : 20,0 cm³.
ρ = 54,0 / 20,0 = 2,70 g/cm³.
C'est bien la masse volumique de l'aluminium. Ce seul critère ne suffit pas pour être certain (deux substances peuvent avoir des masses volumiques voisines) ; on complète par une autre mesure, par exemple la température de fusion (660 °C).
Méthode
Pour décider si une substance est un corps pur :
- J'observe : un mélange hétérogène est forcément un mélange.
- Je mesure une ou plusieurs constantes physiques (température de changement d'état, masse volumique).
- Je compare avec les valeurs des tables pour un corps pur connu.
- Je regarde la courbe de changement d'état : palier net = corps pur ; pas de palier = mélange.
- Je conclus en citant au moins deux critères concordants.
5. Attention au mot « pur » sur les étiquettes
« Jus pur fruit », « eau pure de source », « miel pur » : ces mots veulent dire « sans ajout », pas « formé d'une seule espèce chimique ». Un jus de fruit contient de l'eau, des sucres, des acides, des vitamines : c'est un mélange. En chimie, presque tout ce qui nous entoure est un mélange ; les corps purs s'obtiennent en laboratoire ou dans l'industrie par des techniques de séparation (leçon 3).
3Je retiens
Je retiens
Corps pur : une seule espèce chimique. Mélange : au moins deux espèces chimiques.
Mélange homogène : un seul aspect (eau salée, air). Mélange hétérogène : constituants visibles (eau boueuse, eau + huile).
Liquides miscibles : mélange homogène. Non miscibles : deux couches, le moins dense au-dessus.
Solution = soluté dissous dans un solvant (mélange homogène).
Un corps pur a des constantes physiques fixes : θ fusion, θ ébullition, masse volumique ρ = m/V.
Sous pression constante, le changement d'état d'un corps pur se fait à température constante (palier). Un mélange n'a pas de palier net.
Eau pure (1 013 hPa) : fusion 0 °C ; ébullition 100 °C ; ρ = 1,00 g/cm³.
4Erreurs fréquentes
- Confondre « pur » (chimie) et « propre » ou « potable » : l'eau du robinet ou d'un sachet peut être potable, mais c'est un mélange.
- Croire qu'un liquide limpide est forcément un corps pur : l'eau salée ou sucrée est limpide et c'est un mélange homogène.
- Conclure avec une seule mesure : deux substances différentes peuvent avoir la même masse volumique. On utilise au moins deux critères.
- Oublier l'unité ou mélanger les unités dans ρ = m/V : g et cm³ donnent des g/cm³ ; kg et m³ donnent des kg/m³ (1 g/cm³ = 1 000 kg/m³).
5Je m’exerce
1Exercice 1
Classe chaque substance en corps pur, mélange homogène ou mélange hétérogène : eau distillée ; eau de mer filtrée ; eau du fleuve Niger en crue ; dioxygène ; air ; bouillie de mil ; sucre en morceaux pur ; eau et huile de palme.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Corps purs : eau distillée ; dioxygène ; sucre en morceaux pur.
- Mélanges homogènes : eau de mer filtrée ; air.
- Mélanges hétérogènes : eau du Niger en crue (boue en suspension) ; bouillie de mil (grains visibles) ; eau et huile de palme (deux couches).
2Exercice 2
On mélange dans un tube 5 mL d'eau et 5 mL de pétrole lampant, on agite puis on laisse reposer.
a) Qu'observe-t-on ? Les deux liquides sont-ils miscibles ?
b) Quel liquide se trouve en haut ? Justifie sachant que ρeau = 1,00 g/cm³ et ρpétrole ≈ 0,80 g/cm³.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Après repos, on observe deux couches séparées : le mélange est hétérogène. L'eau et le pétrole sont non miscibles.
b) Le pétrole est en haut, car sa masse volumique (environ 0,80 g/cm³) est inférieure à celle de l'eau (1,00 g/cm³) : le liquide le moins dense flotte sur l'autre.
3Exercice 3
Un bloc métallique a une masse de 179,2 g et un volume de 20,0 cm³.
a) Calcule sa masse volumique en g/cm³ puis en kg/m³.
b) À l'aide du tableau du cours, identifie le métal.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) ρ = mV = 179,220,0 = 8,96 g/cm³. Comme 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³, ρ = 8 960 kg/m³.
b) La valeur 8,96 g/cm³ correspond au cuivre.
4Exercice 4
Mariama chauffe deux liquides A et B et relève la température toutes les minutes.
Liquide A : 20 ; 45 ; 70 ; 95 ; 100 ; 100 ; 100 ; 100 °C.
Liquide B : 20 ; 45 ; 70 ; 95 ; 101 ; 102 ; 103 ; 104 °C.
a) Lequel est un corps pur ? Justifie.
b) Que peut être le liquide B ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Le liquide A est un corps pur : sa température reste constante (100 °C) pendant l'ébullition, on observe un palier.
b) Le liquide B commence à bouillir au-dessus de 100 °C et sa température continue de monter : pas de palier, c'est un mélange. Ce peut être de l'eau salée (ou toute solution aqueuse).
5Exercice 5
(Synthèse) Hawa dispose d'un liquide incolore de 100 cm³ dont la masse est 100 g. Elle affirme : « C'est de l'eau pure, puisque sa masse volumique est celle de l'eau. »
a) Calcule la masse volumique du liquide.
b) Explique pourquoi cette seule mesure ne prouve pas qu'il s'agit d'eau pure.
c) Propose deux autres expériences qui permettraient de conclure, avec les résultats attendus pour de l'eau pure.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) ρ = 100100 = 1,00 g/cm³.
b) Une eau contenant très peu de sels dissous a presque la même masse volumique que l'eau pure ; une seule constante ne suffit pas à prouver la pureté.
c) Première expérience : chauffer jusqu'à l'ébullition sous la pression normale ; pour de l'eau pure, l'ébullition se fait à 100 °C avec un palier. Deuxième expérience : refroidir jusqu'à solidification ; pour de l'eau pure, la solidification se fait à 0 °C avec un palier. On peut aussi évaporer une goutte sur une lame de verre propre : l'eau pure ne laisse aucun dépôt.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.
