Karamö, le prof virtuelLeçon 2 sur 16
Les corps purs
Je sais ce qu'est un corps pur et je sais utiliser ses constantes physiques (températures de changement d'état, masse volumique) pour l'identifier ou vérifier sa pureté.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un corps pur et le distinguer d'un mélange
- Connaître les constantes physiques d'un corps pur (température de fusion, température d'ébullition, masse volumique)
- Interpréter un palier de température lors d'un changement d'état
- Calculer une masse volumique et s'en servir pour identifier une substance
Avant de commencer : Les mélanges homogènes et hétérogènes (leçon précédente), les changements d'état, la mesure d'une masse et d'un volume.
1Je découvre
Fanta aide sa tante qui vend de l'eau en sachets à Labé. Un client lui demande : « Ton eau est-elle pure ? » Fanta répond oui, car l'eau est bien claire. Mais son cousin Alpha, élève de 9e, lui explique que, pour un chimiste, « pur » ne veut pas dire « propre » ni « bon à boire » : l'eau du sachet contient aussi des sels minéraux dissous, invisibles.
Le soir, Fanta fait bouillir de l'eau pour le thé. Elle plonge un thermomètre dans la casserole : l'eau monte jusqu'à environ 100 °C, puis la température ne bouge plus, même si le feu continue. Avec de l'eau très salée, elle observe que l'ébullition commence au-dessus de 100 °C et que la température continue de monter lentement.
Pourquoi l'eau et l'eau salée ne se comportent-elles pas de la même façon ?
Qu'est-ce qu'un corps pur, et comment le reconnaître ?
2Je comprends
1. Corps pur et mélange
Un corps pur est une matière formée d'une seule substance. Exemples : l'eau distillée, le fer, le cuivre, le sucre (saccharose), le sel de cuisine (chlorure de sodium), le dioxygène, l'or.
Un mélange, au contraire, contient plusieurs substances (leçon précédente).
Attention au sens des mots :
- dans la vie courante, « eau pure » veut souvent dire « eau propre » ;
- en chimie, corps pur veut dire une seule substance. L'eau de source, l'eau du robinet ou l'eau en sachet sont des mélanges (eau + sels minéraux dissous + gaz dissous). Seule l'eau distillée est pratiquement un corps pur.
2. Les constantes physiques d'un corps pur
Chaque corps pur possède des constantes physiques : des grandeurs mesurables qui ont toujours la même valeur pour ce corps, dans les mêmes conditions. Elles servent de « carte d'identité ».
La température de fusion : température à laquelle le solide devient liquide (c'est aussi la température de solidification).
La température d'ébullition : température à laquelle le liquide bout, sous une pression donnée. À la pression atmosphérique normale, l'eau bout à 100 °C. En altitude, la pression est plus faible et l'eau bout un peu en dessous de 100 °C.
La masse volumique : masse d'une unité de volume du corps. On la note ρ (lettre grecque « rhô ») :
ρ = mV
avec m la masse et V le volume. On l'exprime souvent en g/cm³ ou en kg/m³ (1 g/cm³ = 1 000 kg/m³).
| Corps pur | Température de fusion | Température d'ébullition | Masse volumique |
|---|---|---|---|
| Eau | 0 °C | 100 °C | 1,0 g/cm³ |
| Éthanol (alcool) | −114 °C | 78 °C | 0,79 g/cm³ |
| Aluminium | 660 °C | 2 519 °C | 2,7 g/cm³ |
| Fer | 1 538 °C | 2 862 °C | 7,87 g/cm³ |
| Cuivre | 1 085 °C | 2 562 °C | 8,96 g/cm³ |
| Or | 1 064 °C | 2 856 °C | 19,3 g/cm³ |
(Températures d'ébullition à la pression atmosphérique normale ; masses volumiques à température ambiante.)
3. Le palier de température : le test de pureté
Quand on chauffe un corps pur, sa température monte… sauf pendant le changement d'état. Pendant toute la fusion ou toute l'ébullition, la température reste constante : on observe un palier. L'énergie apportée sert à changer d'état, pas à réchauffer.
Pour un mélange, il n'y a en général pas de palier net : la température continue de varier pendant le changement d'état. C'est ce qu'a vu Fanta avec l'eau salée : l'ébullition commence au-dessus de 100 °C et la température monte encore pendant que l'eau s'évapore et que le sel se concentre.
On en tire deux usages :
- identifier un corps pur : si un liquide bout à 78 °C avec un palier net et a une masse volumique de 0,79 g/cm³, c'est de l'éthanol ;
- tester la pureté : si l'on n'observe pas de palier, ou si la valeur mesurée est différente de la valeur connue, le corps n'est pas pur.
Méthode
Pour vérifier si une substance est un corps pur :
- Je la chauffe (ou je la refroidis) en relevant la température à intervalles réguliers.
- Je trace la courbe de la température en fonction du temps.
- Je cherche un palier pendant le changement d'état.
- Je compare la température du palier à la valeur connue dans un tableau.
- Palier net à la bonne valeur : corps pur. Pas de palier ou valeur différente : mélange.
4. Calculer une masse volumique
Exemple
Un morceau de métal a une masse de 54 g et un volume de 20 cm³. De quel métal s'agit-il ?
ρ = m / V = 54 / 20 = 2,7 g/cm³.
D'après le tableau, 2,7 g/cm³ est la masse volumique de l'aluminium.
Le métal est probablement de l'aluminium.
Exemple
Ousmane mesure 50 mL d'un liquide incolore ; la masse de ce liquide est 39,5 g. S'agit-il d'eau ?
50 mL = 50 cm³.
ρ = m / V = 39,5 / 50 = 0,79 g/cm³.
L'eau a une masse volumique de 1,0 g/cm³ : ce n'est donc pas de l'eau. La valeur 0,79 g/cm³ correspond à l'éthanol.
Pour confirmer, on peut chauffer le liquide : l'éthanol bout à 78 °C.
Exemple
Quelle est la masse de 250 cm³ de fer ?
On transforme la formule : m = ρ × V.
m = 7,87 × 250 = 1 967,5 g, soit environ 1,97 kg.
5. Obtenir un corps pur à partir d'un mélange
Les techniques de séparation de la leçon précédente permettent d'obtenir des corps purs :
- la distillation de l'eau salée donne de l'eau distillée (corps pur) ;
- l'évaporation de l'eau salée donne du sel ;
- en orpaillage, le lavage à la batée sépare l'or de la terre ; l'or est ensuite purifié par d'autres procédés.
Retiens aussi qu'un corps pur peut exister sous les trois états : l'eau est un corps pur, qu'elle soit glace, liquide ou vapeur.
3Je retiens
Je retiens
Un corps pur est formé d'une seule substance ; un mélange en contient plusieurs.
En chimie, « pur » ne veut pas dire « propre » : l'eau de source est un mélange, l'eau distillée est un corps pur.
Un corps pur a des constantes physiques fixes : température de fusion, température d'ébullition, masse volumique.
Masse volumique : ρ = m / V (en g/cm³ ou kg/m³) ; eau : 1 g/cm³.
Eau pure : fusion à 0 °C, ébullition à 100 °C (pression normale).
Pendant un changement d'état, la température d'un corps pur reste constante : c'est le palier.
Pas de palier net ou valeur différente du tableau : ce n'est pas un corps pur.
4Erreurs fréquentes
- Confondre « pur » et « propre » : une eau claire et bonne à boire n'est pas un corps pur, car elle contient des sels dissous.
- Oublier de convertir les unités : 1 mL = 1 cm³ et 1 L = 1 000 cm³ ; on met la masse et le volume dans des unités compatibles.
- Croire que la température de l'eau continue de monter si l'on chauffe plus fort pendant l'ébullition : elle reste à 100 °C, l'eau bout seulement plus vite.
- Inverser la formule : ρ = m / V (masse divisée par volume), et non V / m.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Classe en corps purs ou mélanges : eau distillée ; eau de mer ; fer ; air ; sucre ; lait ; dioxygène ; eau de source.
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Corps purs : eau distillée, fer, sucre, dioxygène (une seule substance). Mélanges : eau de mer, air, lait, eau de source (plusieurs substances).
2Exercice 2
Un bloc de cuivre a un volume de 10 cm³. Calcule sa masse (ρ = 8,96 g/cm³).
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m = ρ × V = 8,96 × 10 = 89,6 g.
3Exercice 3
Une bague a une masse de 9,65 g et un volume de 0,5 cm³. Calcule sa masse volumique. La bague peut-elle être en or pur ? Justifie.
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ρ = mV = 9,650,5 = 19,3 g/cm³. C'est exactement la masse volumique de l'or : la bague peut être en or pur. Pour en être sûr, il faudrait d'autres mesures (la masse volumique seule est un indice, pas une preuve absolue).
4Exercice 4
Aïssatou chauffe un liquide et relève la température toutes les minutes :
| Temps (min) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Température (°C) | 25 | 43 | 61 | 78 | 78 | 78 | 78 | 78 |
a) Que se passe-t-il à partir de la 3e minute ?
b) Ce liquide est-il un corps pur ? Justifie.
c) À l'aide du tableau du cours, identifie ce liquide.
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a) À partir de la 3e minute, la température reste constante à 78 °C : c'est un palier, le liquide est en ébullition.
b) Oui, c'est probablement un corps pur, car on observe un palier net pendant l'ébullition.
c) Un liquide qui bout à 78 °C est l'éthanol (alcool).
5Exercice 5
(Synthèse) Lansana veut savoir si un liquide est de l'eau pure. Il mesure V = 200 mL et m = 206 g, puis il le chauffe : l'ébullition commence à 101 °C et la température monte encore pendant l'ébullition.
a) Calcule la masse volumique du liquide.
b) Ce liquide est-il de l'eau pure ? Donne deux arguments.
c) Que pourrait-il contenir ?
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a) 200 mL = 200 cm³. ρ = 206200 = 1,03 g/cm³.
b) Non. Premier argument : sa masse volumique (1,03 g/cm³) est différente de celle de l'eau pure (1,0 g/cm³). Deuxième argument : l'ébullition commence au-dessus de 100 °C et il n'y a pas de palier : c'est le comportement d'un mélange.
c) Il pourrait contenir une substance dissoute, par exemple du sel : c'est probablement de l'eau salée.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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