Mélanges et solutions

Modéliser la matière

Chaque élève a placé 30 particules d’eau ; l’eau sucrée a été préparée avec 6 particules de sucre. Confronte les trois modèles du document 1 au cours en répondant aux questions.

1. 1.Le modèle A est faux. Montre-le par deux arguments du cours.

   1.5 pt
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   Le sucre y a disparu, or le soluté est toujours là, simplement dispersé : la masse de l’eau sucrée est celle de l’eau plus celle du sucre, et l’évaporation ferait réapparaître le sucre.

   Dissoudre n’est pas faire disparaître : un modèle sans particules de sucre contredit la conservation de la masse.

2. 2.Pourquoi le modèle C ne convient-il pas à une eau sucrée limpide et sans dépôt ?

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   Le sucre y forme un bloc au fond, non dispersé : on verrait un dépôt, et le mélange ne serait pas homogène.

   Dans une solution, le soluté est dispersé uniformément entre les particules du solvant : c’est ce qui la rend homogène.

3. 3.Explique, à l’aide du modèle B, pourquoi la masse de l’eau sucrée est la somme des masses du sucre et de l’eau.

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   Toutes les particules sont encore là, 30 d’eau et 6 de sucre : aucune n’a été ajoutée ni retirée, donc les masses s’additionnent.

   La masse se conserve parce que le nombre de particules ne change pas lors de la dissolution.

4. 4.Explique, à l’aide du modèle B, pourquoi le volume de l’eau sucrée est un peu inférieur à la somme des volumes.

   1.5 pt
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   Les particules de sucre se logent dans les espaces libres entre les particules d’eau : elles occupent moins de place qu’à l’état solide, d’où un volume un peu inférieur à la somme.

   La masse s’additionne, le volume non : c’est l’une des trois vérités de la dissolution, et le modèle l’explique.

Repérer une erreur et la corriger

Le compte rendu du document 2 contient quatre erreurs de raisonnement ; une ligne est juste. Pour chaque erreur, indique la ligne, explique ce qui est faux et écris ce qu’il fallait dire.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Ligne 1 — la filtration présentée comme un moyen de dessaler l’eau.

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   Le filtre ne retient que les solides en suspension ; le sel dissous le traverse avec l’eau. Le filtrat est limpide mais toujours salé : il faut une distillation.

   Il faut se demander si le constituant est en suspension ou dissous : dissous, il réclame une distillation.

2. 2.Ligne 2 — la décantation appliquée à un mélange homogène.

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   Au repos, le sel dissous ne tombe pas au fond : l’eau salée est un mélange homogène, et la décantation ne sépare que des mélanges hétérogènes.

   La terre de l’eau boueuse est en suspension, le sel est dissous : la comparaison ne tient pas.

3. 3.Ligne 4 — un classement fait à l’œil nu seulement.

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   Le lait paraît homogène à l’œil, mais au microscope on y distingue de minuscules gouttes de graisse en suspension : c’est un mélange hétérogène.

   L’échelle d’observation fait partie de la réponse : il fallait regarder au microscope avant de classer.

4. 4.Ligne 5 — le mot « pur » pris dans son sens courant.

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   En chimie, « pur » veut dire « une seule espèce chimique » ; or l’eau minérale, vendue pour ce qu’elle contient, est un mélange homogène. Au sens courant, « pur » signifie potable ou sain : ce n’est pas le même mot.

   Deux sens sous la même orthographe : il faut savoir lequel on emploie avant de conclure.

Relier les notions

Sur le schéma, chaque flèche numérotée relie deux notions du chapitre. Pour chaque lien, compare les deux notions : donne un point commun et une différence, chacun appuyé sur un fait du cours, en deux phrases au plus.

1. 1.Lien 1 — l’air et l’eau salée.

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   Point commun : ce sont deux mélanges homogènes, dont on ne distingue pas les constituants. Différence : l’air est un mélange de gaz, environ quatre cinquièmes de diazote et un cinquième de dioxygène ; l’eau salée est une solution aqueuse, liquide.

   Comparer, c’est donner un point commun et une différence, chacun appuyé sur un fait du cours.

2. 2.Lien 2 — la décantation et la filtration.

   1 pt
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   Point commun : toutes deux séparent un mélange hétérogène, par exemple un solide en suspension dans un liquide. Différence : la décantation laisse le mélange au repos et exploite des masses volumiques différentes ; la filtration arrête le solide sur un filtre, selon la taille des particules.

   On les enchaîne souvent : le repos fait tomber le gros, le filtre arrête le fin.

3. 3.Lien 3 — la distillation et la chromatographie.

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   Point commun : toutes deux traitent des espèces dissoutes, qu’un filtre laisserait passer. Différence : la distillation purifie en jouant sur les températures d’ébullition ; la chromatographie identifie en comparant des hauteurs de migration.

   Les deux techniques s’appliquent à ce qui est dissous, mais elles ne poursuivent pas le même but.

4. 4.Lien 4 — un corps pur et une solution.

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   Point commun : tous deux peuvent être limpides et d’aspect uniforme. Différence : un corps pur ne contient qu’une espèce chimique ; une solution en contient au moins deux, le soluté et le solvant, et ne bout pas avec un palier net.

   C’est pourquoi l’œil ne suffit pas à les distinguer : il faut une expérience, comme la recherche d’un palier.

Concevoir un protocole

Un bocal contient un mélange de sable, de sel et d’eau. On veut récupérer séparément le sable, de l’eau pure et le sel. Rédige un protocole justifié d’une quinzaine de lignes : commence par analyser le mélange, puis, pour chaque étape, nomme la technique, dis ce qu’elle sépare et pourquoi elle convient.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Analyse du mélange : sa nature, et l’état de chaque constituant.

   1 pt
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   Mélange hétérogène : le sable est visible, en suspension ; le sel est dissous dans l’eau et forme avec elle une solution aqueuse, homogène.

   Tout le protocole découle de cette distinction entre ce qui est en suspension et ce qui est dissous.

2. 2.Première étape : retirer le sable, avec la technique justifiée.

   1.5 pt
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   Laisser reposer puis filtrer : le sable, solide en suspension, se rassemble au fond puis reste sur le filtre, où on le récupère.

   Décantation et filtration conviennent à un solide en suspension dans un liquide ; le repos préalable accélère la filtration.

3. 3.Le liquide filtré : ce qu’il contient encore, et pourquoi.

   1 pt
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   Il est limpide mais salé : le sel, dissous, a traversé le filtre avec l’eau.

   Un filtre ne retient jamais ce qui est dissous ; la limpidité ne prouve pas la pureté.

4. 4.Deuxième étape : séparer l’eau du sel dissous, technique justifiée.

   1.5 pt
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   Distiller ce liquide : sous l’effet du chauffage, l’eau s’en va sous forme de vapeur, que l’on condense dans un autre récipient.

   La distillation sépare un mélange homogène liquide en jouant sur les températures d’ébullition : le sel ne se vaporise pas à cette température.

5. 5.Récupérer le sel.

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   Le sel reste dans le récipient chauffé : en poursuivant jusqu’à ce que toute l’eau soit partie, on le retrouve en dépôt au fond.

   Le soluté n’avait pas disparu : quand le solvant s’en va, il réapparaît, comme le dépôt d’une casserole d’eau bouillie jusqu’au bout.

6. 6.Rédaction : étapes dans l’ordre, reliées par des connecteurs, vocabulaire du cours.

   1 pt
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   Un fil du type « d’abord… car… ; ensuite… ; enfin… », avec soluté, solvant, filtrat et le nom de chaque technique.

   Un protocole se suit pas à pas : l’ordre des étapes est lui-même un argument.