Mélanges et solutions

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On chauffe sous pression normale deux liquides incolores et limpides, A et B, en relevant leur température. Observe le document 1, puis réponds aux questions.

1. 1.Laquelle des deux courbes présente un palier ? À quelle température ?

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   La courbe A : à partir de la quatrième minute, sa température reste fixée à 100 °C.

   Un palier est une portion horizontale de la courbe : la température ne varie plus pendant que le liquide bout.

2. 2.Identifie le liquide A : quelle substance du cours peut-il être ? Justifie.

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   De l’eau pure : il bout à 100 °C avec un palier net, comme l’eau pure sous pression normale.

   Le palier net est le test de pureté, et sa valeur, 100 °C, est celle de l’eau pure sous pression normale.

3. 3.Que montre la courbe B ? Conclus sur la nature du liquide B.

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   Sa température dépasse 100 °C et ne cesse de monter : il n’y a aucun palier net. Le liquide B n’est pas un corps pur, c’est un mélange.

   Une eau salée, par exemple, bout plus haut que l’eau pure et sans palier net : l’absence de palier signe un mélange.

4. 4.Le liquide B est-il un mélange homogène ou hétérogène ? Explique pourquoi l’œil seul ne permettait pas de le distinguer de A.

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   Un mélange homogène, puisqu’il est limpide : on n’y distingue aucun constituant. À l’œil, A et B se ressemblent, car la limpidité montre l’homogénéité, jamais la pureté.

   Il fallait une expérience, la courbe de chauffage, pour départager deux liquides qui ont le même aspect.

Calculer et conclure

La solubilité du sel dans l’eau vaut environ 360 g par litre à 20 °C. À cette température, on prépare deux béchers. Le bécher A contient 50 mL d’eau, de masse 50 g : on y verse 20 g de sel. Le bécher B contient 0,1 L d’eau : on y verse aussi 20 g de sel. On agite longuement.

1. 1.Combien de grammes de sel l’eau du bécher A peut-elle accueillir au plus ?

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   50 mL = 0,05 L, donc $360\times 0,05=18$ : 18 g au plus.

   La solubilité est une masse par litre : on convertit d’abord le volume en litres, puis on multiplie.

2. 2.Tout le sel versé dans A se dissout-il ? Sinon, quelle masse reste au fond ?

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   Non : on verse 20 g pour 18 g possibles ; l’excédent, $20-18=2$, soit 2 g, se dépose : le contenu de A est saturé.

   On compare la masse introduite à la masse maximale : seul l’excédent ne se dissout pas.

3. 3.Et dans le bécher B ? Justifie par un calcul.

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   $360\times 0,1=36$ : l’eau de B peut accueillir 36 g, plus que les 20 g versés ; tout se dissout.

   Avec deux fois plus d’eau, la masse maximale double : 20 g ne suffisent plus à saturer la solution.

4. 4.Quelle est la masse totale du contenu du bécher A, dépôt compris ? Justifie.

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   $50+20=70$ : 70 g, car la masse se conserve, que le sel soit dissous ou resté au fond.

   Rien n’a quitté le bécher : la masse de l’eau et celle du sel s’additionnent.

5. 5.On chauffe doucement le bécher A. Que peut devenir le dépôt ? Pourquoi ?

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   Il peut se dissoudre en partie, voire en totalité : pour un solide dans l’eau, la solubilité augmente le plus souvent avec la température.

   À chaud, la masse maximale dissoluble devient plus grande : les 2 g en excès peuvent alors trouver place dans la solution.

Exploiter un document

On dépose sur un même support quatre colorants : B un colorant bleu, J un colorant jaune, V un colorant vert du commerce et X un colorant inconnu. Après migration, on obtient le document 2. Réponds aux questions.

1. 1.Combien de taches le colorant V donne-t-il ? Qu’en déduis-tu sur sa nature ?

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   Deux taches : V contient plusieurs espèces, c’est un mélange.

   Une espèce unique ne donnerait qu’une tache ; plusieurs taches signalent plusieurs espèces.

2. 2.À quels colorants connus correspondent les taches de V ? Justifie avec le document.

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   L’une est à la hauteur de la tache de B, l’autre à celle de J : le vert du commerce est un mélange de bleu et de jaune.

   Deux taches à la même hauteur signalent la même espèce chimique : chaque tache de V a son double parmi les références.

3. 3.Que peut-on affirmer sur le colorant X ?

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   Il contient le colorant jaune, dont une tache est à la même hauteur que celle de J, et une autre espèce, ni le bleu ni le jaune, dont la tache n’est à la hauteur d’aucune référence.

   On ne conclut que ce que le document établit : la seconde tache de X ne correspond à aucun des colorants déposés.

4. 4.Pourquoi a-t-on déposé B et J sur le même support que V et X ?

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   Pour pouvoir comparer les hauteurs de migration : B et J servent de références connues.

   La chromatographie identifie par comparaison : sans référence connue à côté, une hauteur ne dit rien.

Raisonner et justifier

Lis le document 3, puis réponds aux questions en citant les lignes quand c’est utile.

1. 1.Quelle technique Nora utilise-t-elle à la ligne 2 ? Que sépare-t-elle ?

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   Une décantation : au repos, les particules les plus lourdes tombent au fond ; elle sépare le gros de la terre du liquide.

   La décantation sépare par repos un mélange hétérogène dont les constituants ont des masses volumiques différentes.

2. 2.Quelle technique utilise-t-elle à la ligne 3 ? Pourquoi le liquide devient-il limpide ?

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   Une filtration : les grains fins que le repos n’a pas fait tomber restent sur le filtre, et le liquide qui passe est limpide.

   Après la décantation, des particules fines restent en suspension ; seul le filtre les arrête.

3. 3.À la ligne 4, Nora a-t-elle raison ? Appuie-toi sur la ligne 5.

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   Non : le dépôt de la ligne 5 prouve que le liquide contenait des espèces dissoutes, que le filtre a laissé passer. Limpide ne veut pas dire pur.

   Un filtre ne retient pas ce qui est dissous ; l’évaporation révèle ce que l’œil ne voyait pas.

4. 4.Quelle technique décrivent les lignes 6 et 7 ? Explique pourquoi elle réussit là où le filtre a échoué.

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   Une distillation : seule l’eau passe à l’état de vapeur, les sels dissous restent dans le récipient chauffé. Recondensée, cette vapeur ne contient donc que de l’eau, ce que confirme l’absence de dépôt à la ligne 7.

   La distillation sépare un mélange homogène liquide en jouant sur les températures d’ébullition.

5. 5.Pour chacune des trois techniques, nomme la propriété qu’elle exploite.

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   Décantation : la masse volumique ; filtration : la taille des particules ; distillation : la température d’ébullition.

   Justifier un choix de technique, c’est nommer la propriété qu’elle exploite : densité, taille ou ébullition.