Séquence 4 : états et changements d état Classe de cinquième

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1 Séquence 4 : états et changements d état Classe de cinquième Voir le manuel de la page 46 à la page 51 et de la page 58 à la page 63 Objectifs de la séquence : Connaître / savoir : - les propriétés des différents états de l eau - les températures de changement d état de l eau pure sous pression normale - la masse d un litre d eau - que lors d un changement d état le volume varie et la masse se conserve - qu un palier de température apparaît lors du changement d état d un corps pur - que 1 dm 3 correspond à 1 L et que 1 cm 3 correspond à 1 ml Etre capable de : - réaliser et étudier un changement d état de l eau Rappels : ce que vous savez déjà : - vous savez que l eau se trouve sous trois formes : solide, liquide et gaz (vapeur) - vous savez que la vapeur d eau est invisible - vous savez que l eau peut passer d un état à un autre - vous connaissez le cycle de l eau Définitions : - Corps pur : un corps pur ne contient pas d autre matière que lui-même. L eau distillée est un corps pur. - Ebullition : vaporisation au sein même du liquide ; il se forme des bulles de vapeur qui viennent crever à la surface. L eau bout à 100 C sous pression atmosphérique normale. - Evaporation : vaporisation à une température inférieure à la température d ébullition. Dans un marais salant, l eau s évapore : elle se vaporise sans bouillir. - Forme propre : forme d un objet ou d un matériau qui ne dépend pas du récipient qui le contient. - Liquéfaction : passage d une substance de l état gazeux à l état liquide. - Solidification : passage d une substance de l état liquide à l état solide. - Vaporisation : passage d une substance de l état liquide à l état gazeux (l évaporation et l ébullition sont des vaporisations). Situation : Expérience : je souffle sur une vitre froide, de la buée se forme. Qu est-ce que la buée? D où provient-elle? Pourquoi se forme-t-elle? Réponse :. Collège des Tilleuls Annecy Page 1 sur 12 Physique - Chimie

2 Les trois états physiques de l eau L eau solide : C est la glace sous toutes ses formes : glaçon, iceberg, neige, grêle, verglas Un morceau de glace (glaçon) conserve sa forme quelque soit le récipient dans lequel on le met, on dit qu il a une forme propre. Remarque : c est parce que la glace est moins dense que l eau qu elle flotte. L eau liquide : Contrairement au glaçon, l eau liquide prend la forme du récipient qui la contient. Elle n a pas de forme propre. La surface de l eau en contact avec l air est appelée surface libre. Lorsque le liquide est au repos, la surface libre est plane et horizontale, quelque soit l inclinaison du récipient. La vapeur : L eau sous forme gazeuse est appelée vapeur. La vapeur d eau est invisible. La buée ou les nuages sont de l eau à l état liquide (de fines gouttelettes). Expérience : - mettons un peu d eau dans un bécher et couvrons le bécher d un gant en latex - chauffons l eau et observons le gant Schéma : Observations : Collège des Tilleuls Annecy Page 2 sur 12 Physique - Chimie

3 Analyse : Un gaz occupe tout le volume du récipient qui le contient. Un gaz n a pas de forme propre. Question 1 : compléter le tableau Propriété Prend la forme du récipient et ne peut être saisi avec les doigts. Est incompressible. A une forme propre Etat physique Occupe tout l espace qui lui est offert Sa surface libre est plane et horizontale Faire exercice 3 page 52 Faire exercice 4 page 52 Les changements d états Lorsque l on chauffe de la glace, celle-ci fond. L eau passe de l état solide à l état liquide, c est la fusion. Lorsque l on chauffe de l eau, elle finit par bouillir. L eau passe de l état liquide à l état gazeux, c est la vaporisation. Collège des Tilleuls Annecy Page 3 sur 12 Physique - Chimie

4 Lorsque l on refroidit la vapeur d eau (au contact d une vitre froide par exemple), il se forme des gouttes d eau (buée, brouillard). L eau passe de l état gazeux à l état liquide, c est la liquéfaction. Lorsque l on refroidit l eau liquide, il se forme de la glace (formation des stalagmites par exemple). L eau passe de l état liquide à l état solide, c est la solidification. Schéma : Question 2 : A- quels sont les changements d état qui peuvent se produire quand on chauffe une substance? B- quels sont les changements d état qui peuvent se produire quand on refroidit une substance? Masse et volume de l eau pendant les changements d état Prenons une bouteille en verre et remplissons la d eau jusqu au bord. Bouchons là et plaçons la au congélateur. Résultat : la bouteille explose. Lorsque l eau se solidifie, son volume augmente. Collège des Tilleuls Annecy Page 4 sur 12 Physique - Chimie

5 Mettons un peu de glace dans un bécher et plaçons l ensemble sur une balance. Laissons fondre la glace. On observe que la masse ne varie pas. On retient que : - la masse d un corps ne varie pas lors d un changement d état - le volume d un corps varie lors d un changement d état : lorsque l eau se solidifie, son volume augmente ; lorsque l eau se vaporise, son volume augmente. Question 3 : 100 ml d eau liquide donnent 110 ml de glace. On sait que 1 ml d eau liquide a une masse de 1 g. Quelle est la masse d eau liquide obtenue en faisant fondre un glaçon de 100g? Quel est le volume d eau liquide recueillie en faisant fondre un glaçon de 100g? Quelle masse d eau liquide obtient-on en faisant fondre 110 ml de glace? Précisions Il faut savoir que : - 1 litre (L) d eau liquide a une masse de 1 kilogramme (kg) - 1 décimètre cube (dm 3 ) correspond à 1 litre (un décimètre cube est un cube de dix centimètres de côté) - Il y a 1000 ml dans 1 L - 1 centimètre cube (cm 3 ) correspond à 1 millilitre (ml) Un décimètre cube est donc un cube de 10 cm de côté, on peut donc y mettre 10x10x10=1000 cubes de 1 cm de côté (voir schéma ci-après). Collège des Tilleuls Annecy Page 5 sur 12 Physique - Chimie

6 Donc dans 1 dm 3, il y a 1000 cm 3. Dans 1 L il y a 1000 ml. Dans 1 dm 3 il y a 1 L. Donc 1 cm 3 correspond à 1 ml. Question 4 : 12 cl =.. ml 1,5 L = ml 1200 ml = L 25 L = dm 3 18 cl =.. cm 3 Etude de la fusion Voir votre manuel page 60. Suzette prend de la glace dans le congélateur et la réchauffe jusqu à obtenir de l eau liquide. Elle prend soin de relever la température toutes les minutes. Elle obtient les résultats suivants : Temps (min) Température ( C) Suzette note que les premières gouttes d eau liquide apparaissent au bout de 4 minutes et que le dernier morceau de glace disparaît au bout de 7 minutes. A faire sur le quadrillage suivant : - tracer la courbe de l évolution de la température en fonction du temps - indiquer les intervalles de températures où : o l eau est à l état solide o l état liquide et solide coexistent o l eau est à l état liquide Collège des Tilleuls Annecy Page 6 sur 12 Physique - Chimie

7 Graphique : Abscisses : Temps en minutes 4 carreaux pour minute Ordonnées :.. 5 carreaux pour degrés Celsius ( C) Lorsque l on chauffe de la glace, sa température augmente. A 0 C, les premières gouttes de liquide apparaissent. La température reste constante et égale à 0 C pendant toute la fusion de la glace. Lorsque toute la glace s est transformée en eau liquide, la température augmente de nouveau. La fusion de la glace s effectue à la température constante de 0 C. La courbe de fusion de l eau pure présente un palier à 0 C. Remarque : la température de fusion dépend des substances, ainsi, la température de fusion du cyclohexane est 6 C. Etude de la solidification Voir votre manuel page 61. Suzette décide de tenter une autre expérience, elle refroidit de l eau pure liquide et relève la température jusqu à l obtention d un glaçon. Elle obtient les résultats suivants : Collège des Tilleuls Annecy Page 7 sur 12 Physique - Chimie

8 Temps (min) Température ( C) Suzette note que les premiers cristaux de glace apparaissent au bout de 5 minutes et que la dernière goutte disparaît au bout de 8 minutes. A faire sur le quadrillage suivant : - tracer la courbe de l évolution de la température en fonction du temps - indiquer les intervalles de températures où : o l eau est à l état solide o l état liquide et solide coexistent o l eau est à l état liquide Graphique : Abscisses : 4 carreaux pour minute Ordonnées :.. 5 carreaux pour degrés Celsius ( C) Lorsque l on refroidit de l eau pure liquide (en la plaçant au congélateur par exemple), sa température diminue. A 0 C, les premiers cristaux de glace apparaissent. La température reste constante et égale à 0 C pendant toute la solidification de l eau. Lorsque toute l eau liquide s est transformée en glace, la température diminue de nouveau. Collège des Tilleuls Annecy Page 8 sur 12 Physique - Chimie

9 La solidification de l eau pure s effectue à la température constante de 0 C. La courbe de solidification de l eau pure présente un palier à 0 C. Remarque : lorsque l eau n est pas pure (eau salée par exemple), la température continue de diminuer lors de la solidification. Voir graphique ci-dessous : Etude de l ébullition A votre tour de manipuler : vous allez obtenir expérimentalement la courbe de température d ébullition de l eau. Les plaques chauffantes sont très chaudes et le restent très longtemps, attention aux brûlures! Protocole : - préchauffer la plaque chauffante à 3 pendant 3 minutes - remplir d eau un ballon en Pirex à fond plat de 250 ml à la moitié environ - placer le ballon sur la plaque chauffante - placer un thermomètre dans le ballon en faisant attention de ne pas brûler le fil du thermomètre - relever la température toute les minutes jusqu à 5 minutes après le début de l ébullition - reportez vos résultats dans le tableau suivant : Temps (min) Température ( C) Temps (min) Température ( C) A faire sur le quadrillage suivant : - tracer la courbe de l évolution de la température en fonction du temps - indiquer les intervalles de températures où : o l eau est à l état liquide o l état liquide et gazeux coexistent Collège des Tilleuls Annecy Page 9 sur 12 Physique - Chimie

10 Abscisses :.. carreaux pour minute Ordonnées :.... carreaux pour degrés Celsius ( C) Lorsque l on chauffe l eau pure, sa température augmente. A 100 C, les premières bulles de vapeur apparaissent. La température reste constante et égale à 100 C pendant toute l ébullition. L ébullition de l eau pure s effectue à la température constante de 100 C sous pression atmosphérique normale. La courbe d ébullition de l eau pure présente un palier à 100 C. Collège des Tilleuls Annecy Page 10 sur 12 Physique - Chimie

11 Remarque : lorsque l on monte en montagne, la pression atmosphérique diminue et la température d ébullition aussi (l eau bout à une température inférieure à 100 C, c est pour cela qu il est plus long de faire cuire des pattes en montagne). Faire exercice 21 page 67 A retenir : - la glace (eau à l état solide) a une forme propre - l eau liquide n a pas de forme propre - la surface de l eau liquide au repos est plane et horizontale - la vapeur d eau est compressible et expansible, elle occupe tout le volume offert - lors des changements d état, la masse se conserve, le volume varie - un palier de température apparaît lors du changement d état d un corps pur - l augmentation de température d un corps pur nécessite un apport d énergie (il faut chauffer) - sous pression normale, l eau pure gèle à 0 C et bout à 100 C - la masse d un litre d eau liquide est de 1kg - 1 litre (L) correspond à 1 dm 3 et 1 millilitre (ml) correspond à 1 cm 3 QCM d entrainement : La température d ébullition de tous les liquides est 100 C Au sommet du Mont Blanc, l eau bout à 100 C L eau salée gèle à 0 C Un glaçon de 10 cm 3 et 10 ml d eau liquide ont la même masse Lorsque l eau passe de l état liquide à l état solide, son volume augmente Lorsque l eau passe de l état liquide à l état gazeux, son volume augmente Si je fais fondre 1kg de glace, j obtiens 1L d eau liquide Si je fais geler 1kg d eau liquide, j obtiens 1L de glace Vrai Faux Collège des Tilleuls Annecy Page 11 sur 12 Physique - Chimie

12 Faire étude documentaire page 69 Fin Collège des Tilleuls Annecy Page 12 sur 12 Physique - Chimie