Colloïdes Hétérogènes Solutions Composés Homogènes Substances pures. La matière. se divise en

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1 UM Chapitre 6 15 Complétez le réseau de concepts ci-dessous en utilisant la liste de mots suivante. Nom : Groupe : Date : Colloïdes Hétérogènes Solutions Composés Homogènes Substances pures Éléments Mélanges La matière se divise en substances pures mélanges qui se divisent en qui peuvent être éléments. composés. homogènes, hétérogènes. des colloïdes. par exemple les solutions. CHAPITRE 7 Les propriétés de la matière Section 7.1 Les propriétés caractéristiques de la matière 1 Complétez la phrase suivante avec les termes appropriés. Une propriété caractéristique est une propriété unique ou propre à une substance. À l aide de documents de référence, il est possible d identifier une substance inconnue en comparant une ou plusieurs de ses propriétés caractéristiques avec celles des substances répertoriées. 2 Définissez en vos mots les termes suivants. a) Point de fusion Température à laquelle une substance passe de l état solide à l état liquide. 460 ADN

2 b) Point d ébullition Température à laquelle une substance passe de l état liquide à l état gazeux. c) Masse volumique Masse d une substance par unité de volume. 3 En vous servant des tableaux suivants, identifiez les substances inconnues décrites ci-dessous. Substances pures Points de fusion ( C) Points d ébullition ( C) Aluminium (Al) Cuivre (Cu) Dihydrogène (H 2 ) Dioxygène (O 2 ) Eau (H 2 O) Étain (Sn) Fer (Fe) Mercure (Hg) Substances Masses volumiques (g/cm 3 ou g/ml) Solides (à 20 C) Fer (Fe) 7,9 Étain (Sn) 7,3 Aluminium (Al) 2,7 Liquides (à 20 C) Mercure (Hg) 13,6 Eau (H 2 O) 1,00 Éthanol ( H 6 O) 0,79 Acétone (C 3 H 6 O) 0,78 Gaz (à 0 C et à la pression normale, 101,3 kpa) Dioxyde de carbone (CO 2 ) 0, Dioxygène (O 2 ) 0, Diazote (N 2 ) 0, Dihydrogène (H 2 ) 0, Substance A : Point d ébullition de 2567 C Substance B : Masse volumique de 0, g/cm 3 Substance C : Point de fusion de 232 C Substance D : Masse volumique de 1,00 g/ml Substance E : Point de fusion de 660 C Cuivre Diazote Étain Eau Aluminium ADN 461

3 4 Calculez la masse volumique des substances inconnues suivantes. Identifiez par la suite les substances en question en vous servant des tableaux de l activité 3. a) Substance 1 d) Substance 4 Données : Calcul : Données : Calcul : m 2,14 g V 1081 cm 3? m V 2,14 g 1081 cm 3 m 331 g V 331 ml? m V 331 g 331 ml 0, g/cm 3 1,00 g/ml Nom de la substance 1 : Dioxyde de carbone Nom de la substance 4 : Eau b) Substance 2 e) Substance 5 Données : Calcul : Données : Calcul : m 32,55 g V 4,1 cm 3? m V 32,55 g 4,1 cm 3 m 544 g V 40,0 ml? m V 544 g 40,0 ml 7,9 g/cm 3 13,6 g/ml Nom de la substance 2 : Fer Nom de la substance 5 : Mercure c) Substance 3 f) Substance 6 Données : Calcul : Données : Calcul : m 0,72 g V 8000 cm 3? m V 0,72 g 8000 cm 3 m 10,00 g V 3,7 cm 3? m V 10,00 g 3,7 cm 3 0, g/cm 3 2,7 g/cm 3 Nom de la substance 3 : Dihydrogène Nom de la substance 6 : Aluminium 5 À l aide des données présentées dans les tableaux de l activité 3, indiquez quelle substance serait la plus appropriée pour la confection des objets suivants. Justifiez votre choix en discutant de la propriété caractéristique concernée pour la substance choisie. a) Une casserole Le cuivre, l aluminium ou le fer. Ces substances sont solides et possèdent des points de fusion élevés. Le matériau choisi pour fabriquer une casserole doit résister à la chaleur sans fondre. b) Le contenu d un ballon-sonde devant s élever dans les airs Le dihydrogène. Il possède une masse volumique plus petite que celle de l air, ce qui permettra au ballon de s envoler. 462 ADN

4 c) Le fuselage (châssis) d un avion L aluminium. Cette substance est solide et possède une faible masse volumique. Un avion doit être léger pour voler. d) Un rouleau compresseur pour compacter l asphalte Le fer. (Accepter aussi l étain.) Cette substance possède une masse volumique élevée qui permettra de bien compacter l asphalte. 6 Complétez le réseau de concepts ci-dessous en utilisant la banque de mots suivante. Propriétés physiques caractéristiques Propriétés chimiques caractéristiques Point de fusion Acidité/basicité Masse volumique Propriétés caractéristiques Propriétés chimiques caractéristiques Propriétés physiques caractéristiques Indicateur chimique Acidité/ basicité Point de fusion Point d ébullition Masse volumique 7 Quatre liquides incolores différents se trouvent dans des bouteilles étiquetées A, B, C et D. Ces bouteilles contiennent de l eau, de l éthanol, un produit nettoyant et une solution d acide citrique. À l aide du tableau suivant, déterminez quel liquide se trouve dans quelle bouteille. (Indiquez vos réponses dans la première colonne.) Liquides Test au papier de dichlorure de cobalt Test au papier tournesol rouge Test au papier tournesol bleu Masse volumique (g/ml) A : Solution d acide citrique Devient rose * Devient rouge Environ 1,0 B : Produit nettoyant Devient rose Devient bleu Environ 1,0 C : Éthanol 0,79 D : Eau Devient rose 1,00 * Le symbole indique qu aucune réaction n a eu lieu. ADN 463

5 8 Les tests suivants utilisent les propriétés chimiques caractéristiques de certaines substances. Associez chaque test à la substance ou au type de substance qu il permet de détecter. a) Test à l eau iodée 1) Détection du glucose b) Test au papier de dichlorure de cobalt 2) Détection du dioxyde de carbone c) Test à l eau de chaux 3) Détection de substances basiques d) Test au papier tournesol rouge 4) Détection de l amidon e) Test à la liqueur de Fehling 5) Détection de l eau Réponses : a4 ; b5 ; c2 ; d3 ; e1. Section 7.2 Les propriétés des solutions 9 Associez les définitions suivantes aux termes qui leur correspondent. a) Substance capable d en dissoudre une autre. b) Quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans un volume de solvant donné. c) Substance qui se dissout dans une autre. d) Quantité de soluté dissoute par rapport à la quantité totale de solution 1) Solubilité 2) Soluté 3) Solution 4) Solvant e) Mélange homogène composé d une substance dissoute dans une autre. Réponses : a4 ; b1 ; c2 ; d5 ; e3. 5) Concentration 10 Paolo prépare une boisson aux fruits en mélangeant une poudre sucrée commerciale avec de l eau. Il obtient un liquide translucide coloré en rouge. Identifiez dans cet exemple le solvant, le soluté et la solution. Solvant : L eau Soluté : La poudre Solution : La boisson aux fruits 11 a) Quel est l effet de l ajout de solvant sur la concentration d une solution? La concentration diminue. b) Quel est l effet de l ajout de soluté sur la concentration d une solution? La concentration augmente. c) Quel est l effet de l augmentation de la température sur la solubilité d un soluté solide? La solubilité augmente généralement. d) Quel est l effet de l augmentation de la température sur la solubilité d un soluté gazeux? La solubilité diminue généralement. 464 ADN

6 12 Expliquez la signification de chacune des unités de concentration utilisées dans les exemples suivants. a) Une solution salée a une concentration en sel de 10 % m/v. Il y a 10 g de sel dissous dans de solution. b) L ingrédient actif d un produit nettoyant est concentré à 4 % V/V. Il y a 4 ml de l ingrédient actif dans de produit. c) Une solution aqueuse de sucre est concentrée à 35 g/l. Il y a 35 g de sucre dissous dans 1 L de solution. 13 Transformez les concentrations suivantes données en g/l en concentrations exprimées en % m/v. a) d) 77 g L 77 g 77 g ,7 g 7,7 % m/v 77 % m/v 0,9 g L 0,9 g 0,9 g ,09 g 0,09 % m/v 0,9 % m/v b) e) 1,0 g L 1,0 g 1,0 g ,10 g 0,10 % m/v 1,0 % m/v 2,5 g L 2,5 g 2,5 g ,25 g 0,25 % m/v 2,5 % m/v c) f) 850 g L 850 g 850 g ,0 g 85,0 % m/v 850 % m/v 500 g L 500 g 500 g ,0 g 50,0 % m/v 500 % m/v 14 Transformez les concentrations suivantes données en % m/v en concentrations exprimées en g/l. a) b) 75 % m/v 75 g 75 g g 750 g/l 75 % g/l 1,5 % m/v 1,5 g 1,5 g g 15 g/l 1,5 % g/l ADN 465

7 c) e) 7,0 % m/v 7,0 g 7,0 g g 70 g/l 7,0 % g/l 20 % m/v 20 g 20 g g 200 g/l 20 % g/l d) f) 0,35 % m/v 0,35 g 0,35 g ,5 g 3,5 g/l 0,35 % g/l 64 % m/v 64 g 64 g g 640 g/l 64 % g/l 15 On apporte les modifications suivantes à des solutions. Déterminez, sans faire de calculs formels, la concentration finale des solutions. a) On triple le volume d une solution d eau salée concentrée à 60,0 g/l. 20,0 g/l b) On ajoute 5 g de sucre à d une solution d eau sucrée concentrée à 5 % m/v. c) On ajoute 400 ml d eau à 400 ml d une solution de méthanol (alcool) concentrée à 30,0 % V/V. d) On double la quantité d acide sulfurique contenue dans une solution d acide sulfurique concentrée à 6 % V/V. 10 % m/v 15,0 % V/V 12 % V/V e) On ajoute 3 L d eau à un litre d une solution de HCl concentrée à 40,0 g/l. 10,0 g/l 16 Calculez la concentration des solutions obtenues dans les exemples suivants. a) On dissout 20 g de NaOH dans un solvant pour la préparation de 400 ml de solution. Donnez votre réponse en g/l. m 20 g V 0,400 L C? C m V 20 g C 0,400 L C 50 g/l b) On dissout 4,5 g de sel dans un solvant pour la préparation de de solution. Donnez votre réponse en % m/v. m 4,5 g V C? C m V 4,5 g C C 0,004 5 g/ml C 0,004 5 g ml 100 C 0,45 g 0,45 % m/v La concentration de la solution est de 50 g/l. La concentration de la solution est de 0,45 % m/v. 466 ADN

8 c) On dissout 9,0 g de glucose dans un solvant pour la préparation de 150 ml de solution. Donnez votre réponse en g/l. e) On dissout 5,0 g de nitrate d argent dans un solvant pour la préparation de 800 g de solution. Donnez votre réponse en % m/m. m 9,0 g V 0,150 L C? C m V 9,0 g C 0,150 L C 60 g/l m 5,0 g m 800 g C? C m m C 5,0 g 800 g C 0, g/g 0, g 100 C 1 g 100 C 0,625 g 0,625 % m/m 100 g La concentration de la solution est de 60 g/l. La concentration de la solution est de 0,63 % m/m. d) On dissout 300 ml d acide sulfurique dans un solvant pour la préparation de 5,0 L de solution. Donnez votre réponse en % V/V. V 300 ml V 5000 ml C? C V V 300 ml C 5000 ml C C C 0,060 0 ml ml 0,060 0 ml ml 100 6,00 ml 6,00 % V/V La concentration de la solution est de 6,00 % V/V. f) On dissout 100 g de KNO 3 dans un solvant pour la préparation de 1,5 L de solution. Donnez votre réponse en % m/v. m 100 g V 1500 ml C? C m V 100 g C 1500 ml C 0,066 7 g ml C 0,066 7 g ml 100 C 6,67 g 6,67 % m/v La concentration de la solution est de 6,67 % m/v. ADN 467

9 17 Calculez la concentration finale des solutions suivantes. a) On ajoute 3,0 L d eau à 1,0 L d une solution de HCl concentrée à 80,0 g/l. 80,0 g/l 4000 ml? 80,0 g/l 4000 ml 20,0 g/l d) On ajoute 5,0 L d eau à 6,0 L d une solution de H 2 SO 4 concentrée à 10 % V/V. 10 % V/V 6,0 L 11,0 L? 10 % V/V 6,0 L 11,0 L 5,5 % La concentration finale est de 20,0 La concentration finale est de 5,5 % V/V. b) On ajoute 300 ml d eau à 200 ml d une solution de vitamine C concentrée à 0,050 g/l. 0,050 g/l 200 ml 500 ml? 0,050 g/l 200 ml 500 ml 0,020 g/l e) On ajoute 500 ml d eau à 150 ml d une solution de KCl concentrée à 12 % m/v. 12 % m/v 150 ml 650 ml? 12 % m/v 150 ml 650 ml 2,8 % La concentration finale est de 0,020 La concentration finale est de 2,8 % m/v. c) On ajoute 70 ml d eau à d une solution d acide acétique concentrée à 4,5 g/l. 4,5 g/l 170 ml? 4,5 g/l 170 ml 2,6 g/l f) On ajoute 750 ml d eau à 2,0 L d une solution de NaOH concentrée à 35 % m/v. 35 % m/v 2,0 L 2,75 L? 35 % m/v 2,0 L 2,75 L 25 % La concentration finale est de 2,6 La concentration finale est de 25 % m/v. 468 ADN

10 18 Déterminez la quantité de soluté nécessaire pour préparer les solutions suivantes. Donnez votre réponse en g ou en ml, selon le cas. a) 500 ml de solution d acide sulfurique à 5 % V/V C 5 % V/V V 500 ml m? C m V m C V m 5 ml 500 ml m 25 ml La quantité d acide sulfurique à est de 25 ml. d) 150 ml de solution de NaOH à 12,0 g/l C 12,0 g/l V 150 ml m? C m V m C V m 12,0 g 150 ml m 1,80 g La quantité de NaOH à utiliser est 1,80 g. b) 1200 ml de solution de glucose à 18 % m/v C 18 % m/v V 1200 ml m? C m V m C V m 18 g 1200 ml m 216 g La quantité de glucose à est de 216 g. e) 7,5 L de solution de KCl à 3,00 % m/v C 3,00 % m/v V 7500 ml m? C m V m C V m 3,00 g 7500 ml m 225 g La quantité de KCI à utiliser est 225 g. c) 400 ml de solution de sel à 7,5 g/l C 7,5 g/l V 400 ml m? C m V m C V m 7,5 g 400 ml m 3,0 La quantité de sel à utiliser est de 3,0 g. f) 3,00 L de solution de MgBr 2 à 0,8 g/l C 0,8 g/l V 3000 ml m? C m V m C V m 0,8 g 3000 ml m 2,4 g La quantité de MgBr 2 à utiliser est 2,4 g. ADN 469

11 19 Dans les exemples suivants, toutes les solutions sont préparées par dilution à partir d une solution d hydroxyde de sodium (NaOH) concentrée à 1200 g/l. Calculez, pour chaque solution, le volume de solution concentrée nécessaire à la préparation de la solution. a) 600 ml à 4,0 g/l 1200 g/l 4,0 g/l 600 ml? 4,0 g/l 600 ml 1200 g/l 2,0 ml d) 2,00 L à 12,5 g/l 1200 g/l 12,5 g/l 2000 ml? 12,5 g/l 2000 ml 1200 g/l 20,8 ml La quantité d hydroxyde de concentré à utiliser est de 2,0 ml. La quantité d hydroxyde de concentré à utiliser est de 20,8 ml. b) 150 ml à 50,0 g/l 1200 g/l 50,0 g/l 150 ml? 50,0 g/l 150 ml 1200 g/l 6,25 ml e) 5,50 L à 250 g/l 1200 g/l 250 g/l 5500 ml? 250 g/l 5500 ml 1200 g/l 1146 ml La quantité d hydroxyde de concentré à utiliser est de 6,25 ml. La quantité d hydroxyde de concentré à utiliser est de 1146 ml. c) 15,00 L à 100,0 g/l 1200 g/l 100,0 g/l ml? 100,0 g/l ml 1200 g/l 1250 ml f) 1,00 L à 20,0 g/l 1200 g/l 20,0 g/l? 20,0 g/l 1200 g/l 16,7 ml La quantité d hydroxyde de concentré à utiliser est de 1250 ml. La quantité d hydroxyde de concentré à utiliser est de 16,7 ml. 470 ADN

12 20 En classe, vous avez préparé une solution saturée de sel. Votre solution saturée est parfaitement limpide et ne contient aucun dépôt de sel. La solution est entreposée dans un bécher sur le comptoir de la classe jusqu au lundi suivant. Lorsque vous récupérez votre solution, vous pouvez apercevoir un petit dépôt de sel au fond du bécher. Expliquez comment ce dépôt est apparu. Il y a dû y avoir évaporation de solvant durant la fin de semaine. Puisque la solution était déjà saturée, la quantité de soluté dépasse maintenant la solubilité. La quantité de soluté en excès a précipité (s est déposée) au fond du bécher. 21 Vous devez préparer une solution de KNO 3 concentrée à 7,5 g/l. Vous disposez uniquement de 5,30 g de KNO 3 solide. Quel volume de solution pourrez-vous préparer en utilisant tout le KNO 3 disponible? (Ne tenez pas compte du volume occupé par le KNO 3.) C 7,5 g/l m 5,30 g V? C m V V m C V 5,30 g 0,707 L ou 707 ml 7,5 Il est possible de préparer 0,707 L ou 707 ml de solution de KNO 3 concentrée à 7,5 g/l. Consolidation 22 Expliquez la différence entre une propriété caractéristique et une propriété non caractéristique. Donnez un exemple pour chacune. Une propriété caractéristique est propre à une substance donnée. Par exemple, l eau a un point de fusion de 0 C. Il s agit de la seule substance à posséder un point de fusion à cette température. On peut ainsi identifier une substance grâce à une de ses propriétés caractéristiques. Une propriété non caractéristique n est pas associée à une substance donnée. La température en est un exemple, ainsi que la masse et le volume. En effet, plusieurs substances peuvent avoir une température de 20 C par exemple. Ceci ne permet en aucun cas d identifier de quelle substance il s agit. ADN 471

13 23 a) On a mesuré trois propriétés non caractéristiques d un échantillon d une substance pure liquide inconnue. Les résultats obtenus sont les suivants : Volume 75 ml Température 20,0 C Masse 58,50 g Est-il possible d identifier la substance inconnue à partir de ces mesures et des informations fournies dans les tableaux de l activité 3? Si oui, identifiez la substance en question en expliquant votre démarche. Oui, il est possible d identifier la substance inconnue en calculant la masse volumique de l échantillon à partir des mesures de masse et de volume. On compare ensuite la valeur obtenue avec celles d un document de référence, le tableau de l activité 3. m 58,50 g V 75 ml? m V 58,50 g 75 ml 0,78 La substance inconnue est de l acétone. b) On a mesuré quatre propriétés non caractéristiques d un échantillon d une substance pure gazeuse inconnue. Les résultats obtenus sont les suivants : Volume 10,7 L Température 0,0 C Masse Pression 12,46 g 68 kpa Est-il possible d identifier la substance inconnue à partir de ces mesures et des informations fournies dans les tableaux de l activité 3? Si oui, identifiez la substance en question en expliquant votre démarche. Non, il est inutile de calculer la masse volumique du gaz inconnu, car les valeurs du tableau de l activité 3 ont été mesurées à une pression de 101,3 kpa alors que les mesures de masse et de volume du gaz inconnu ont été faites à 68 kpa. Il n y a donc pas de correspondance avec les masses volumiques du 472 ADN

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