Chapitre VI Solidification et fusion de l eau I] Transformation de l eau liquide en eau solide par refroidissement ( p. 167 ) 1. Définition La transformation de l eau liquide en eau solide est la solidification de l eau. 2. TP TP n 1 : Solidification de l eau pure But du TP : - Tracer un graphique représentant l évolution de la température en fonction du temps, lors de la solidification de l eau. Principe Schéma de l expérience Thermomètre On mesure la température de l eau toutes les 2 minutes. Pour refroidir l eau, on utilise un mélange réfrigérant d eau et de sel. Tube à essais Mélange réfrigérant d eau et de sel Eau Tableau de mesures Temps en minutes (min) Température de l eau en degrés Celsius ( C) Etats de l eau Bécher 1 2 3 4 6 7 8 9 1 12 2,2 1,3 -,2-1,7-4
Construction du graphique (horiz : 1cm 1 min vertic. 1cm 2 C ) Température ( C ) 12 1 8 6 4 2-2 Temps ( min ) 1 2 3 4 6 7 8 9 1 11 12 13 3 zones : -4-6 Commentaires du graphique Nous constatons que la courbe peut se découper en 1ère zone : de min à min La température de l eau diminue de 12 C à C. L eau existe uniquement à l état liquide. 2ème zone : de min à 7 min La température de l eau reste constante à C. Sur le graphique, on observe à C un palier de température. Donc, on en déduit que l eau utilisée était pure.
L eau liquide est en train de devenir solide : l eau existe sous 2 états liquide et solide. La solidification a duré 2min : elle a commencé à la ème min et s est terminée à la 7ème min. Au point S, dans le tube à essais, apparaît le premier cristal de glace et au point L, disparaît la dernière goutte de liquide.. La température C est appelée température de solidification de l eau pure. 3ème zone : après 7 min La température de l eau diminue de C à - 4 C. L eau existe uniquement à l état solide. Conclusions du TP de la solidification de l eau La solidification d un corps pur se déroule toujours à une température constante. Chaque corps pur différent possède sa propre température de solidification : il n y a que l eau pure qui se solidifie à C. Exemples de température de solidification pour d autres corps purs L éthanol pur se solidifie à -12 C. La glycérine se solidifie à 18,2 C. 3.Exercices Correction des deux exercices de la feuille Ex.1 a) L axe vertical représente la température en C et l axe horizontal le temps en minutes. b) Dans la zone 1, la température augmente. Dans la zone 2, la température reste constante. c) Dans la zone 1, l eau est liquide. Dans la zone 2, elle est liquide et vapeur. d) L eau bout à 1 C à la pression atmosphérique normale car on observe à 1 C un palier de température sur la courbe. Ex.2 a) Au début de l expérience, la température diminue, puis reste constante et diminue à nouveau en fin de TP.
b) Entre 4 et 6 min, a lieu la solidification de l eau. c) Au bout de 7 min, l eau est solide car sa température est inférieure à C. II] Transformation de l eau solide en eau liquide par réchauffement 1. Définition La transformation de l eau solide en eau liquide est la fusion de l eau. 2. Activité Tableau de mesures et graphique Présentation de l expérience On place un tube à essais contenant de la glace dans un bécher d eau tiède. On relève la température de l eau toutes les minutes. S S +L L Questions 1) Comment varie la température de l eau du tube à essais entre le début et la fin de l expérience? 2) Comment varie la température de l eau du bécher entre le début et la fin de l expérience? 3) Quelle est la température initiale de l eau dans le tube à essais? Quel est l état de l eau au début de l expérience? 4) Quelle est la température finale de l eau dans le tube à essais? Quel est l état de l eau à la fin de l expérience? ) Trace sur le graphique ci-dessus deux traits verticaux séparant la courbe en trois parties. 6) Ajoute sur le graphique les états de l eau dans les trois parties du graphique. 7) Quel changement d état a-t-on voulu réaliser dans cette expérience? 8) Combien de temps a duré le changement d état? A quelle température a-t-il eu lieu? 9) Comment peut-on appeler la température ci-dessus? 1) Comment voit-on sur le graphique que l eau utilisée était pure?
1) La température de l eau du tube à essais a augmenté, puis est restée constante puis a augmenté à nouveau. 2) La température de l eau du bécher a diminué : il y a eu transfert d énergie, sous forme de chaleur, entre l eau du bécher et l eau du tube à essais. 3) La température initiale de l eau solide est - 2,7 C. 4) La température finale de l eau liquide est 6,3 C. 7) On a voulu réaliser la fusion de l eau. 8) La fusion a duré 3 minutes à la température de C. 9) C correspond à la température de fusion de l eau pure. 1) L eau utilisée dans le tube à essais était pure car on observe sur le graphique un palier de température pendant la fusion. Les températures de fusion et de solidification de l eau pure sont égales.
Les températures de deux changements d état inverses sont toujours identiques. Chaque corps pur possède sa propre température de fusion. Ex: Tsolidification (fer) = Tfusion ( fer) = 13 C Tsolidification (plomb) = Tfusion ( plomb) = 327, C III] La masse et le volume sont-ils conservés lors d un changement d état? TP n 17 : Masse et volume lors d un changement d état But du TP : Montrer s il y a une variation de masse et de volume lors d un changement d état Le volume d une substance varie-t-il lors d un changement d état? Expérience et schéma Bécher Surface de l eau liquide Surface de la glace On refroidit au congélateur Conclusion : L eau occupe plus de place à l état solide qu à l état liquide. Lors de tous les changements d état, il y a variation du volume. Attention, seule l eau occupe plus de place à l état solide qu à l état liquide. Ex : 1 ml d eau liquide donnera 11 ml de glace La masse d une substance varie-t-elle lors d un changement d état? Expérience et schéma On réalise la Glace Eau liquide fusion de l eau 113 g 113 g Balance Conclusion : Lors de la fusion de l eau, la masse ne varie pas. Lors de tous les changements d état, la masse d une substance ne varie pas.
IV] Exercices Exercices du chapitre VI Exercice n 1 : Choisis la bonne réponse a) Un volume de 2mL d eau liquide donne, en gelant, une masse de 2g / 26g d eau solide. b) Un volume de 1mL d eau liquide donne, en gelant, un volume de 1cm3 / 11cm3 de glace. c) Une masse de 1kg de glace donne, en fondant, une masse de 1kg / 11kg d eau liquide, soit un volume de 1L / 11L d eau liquide. 2 ml d eau liquide pèse 2g, donc par solidification on obtiendra 2g de glace car la masse ne varie pas lors d un changement d état. 3 b) On obtiendra 11 cm de glace car l eau solide prend plus de place que l eau liquide. a) c) On obtiendra 1 kg d eau liquide car la masse ne varie pas lors d un changement d état, soit un volume de 1 L d eau liquide car 1L d eau liquide pèse 1kg. Exercice n 2 1) Quelle est la masse de glace introduite dans le pétrole? 2) Quel est le volume de glace introduite dans le pétrole? 3) Lorsque toute la glace a fondu : a) La balance indique 24g / 29g / 3g b) Le niveau du liquide dans l éprouvette est 1mL/ 1mL 1) On a introduit g de glace dans le pétrole car 29g 24g = g. 2) On a introduit ml de glace car 1 ml 1 ml = ml. 3a) La balance indiquera 29g car la masse ne varie pas lors d un changement d état.
3b) Le niveau du pétrole dans l éprouvette sera de 1 ml car lorsque la glace se transforme en eau liquide, elle prend moins de place donc son volume diminue.