FICHE DE RÉVISION – Description de la matière à l'échelle macroscopique
(Niveau : Seconde)
Matière : Description Macroscopique
Distinguer corps purs et mélanges, et apprendre à identifier les espèces chimiques qui nous entourent.
Partie 1 : Corps Purs et Mélanges
À notre échelle (macroscopique), la matière qui nous entoure est soit un corps pur, soit un mélange.
1. Espèce Chimique
Une espèce chimique est une collection d’un très grand nombre d’entités chimiques identiques (atomes, ions ou molécules). On la désigne par son nom (ex : eau, fer, dioxygène) et sa formule chimique (ex : H₂O, Fe, O₂).
2. Corps Pur
Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique.
L’eau distillée (que des molécules H₂O), le sucre en poudre (saccharose), un clou en fer (atomes Fe), le dioxygène dans une bouteille (molécules O₂).
3. Mélange
Un mélange est constitué d’au moins deux espèces chimiques différentes.
Il existe deux types de mélanges :
- Mélange homogène : On ne peut pas distinguer ses différents constituants à l’œil nu (ex : eau sucrée, air).
- Mélange hétérogène : On peut distinguer au moins deux de ses constituants à l’œil nu (ex : eau + huile, sable + eau).
Homogènes : Sirop (eau + sucre + colorant…), air (diazote + dioxygène + …), eau salée, laiton (cuivre + zinc).
Hétérogènes : Vinaigrette (huile + vinaigre), eau boueuse, jus d’orange avec pulpe, granit.
Partie 2 : Identification d’Espèces Chimiques
Comment savoir quelle(s) espèce(s) chimique(s) compose(nt) un échantillon ? On utilise ses propriétés physiques ou des tests chimiques spécifiques.
1. Identification par Mesures Physiques
Chaque espèce chimique (dans des conditions données de pression) a des propriétés physiques caractéristiques qui sont comme sa « carte d’identité ».
On peut identifier une espèce chimique en comparant ses propriétés mesurées à des valeurs de référence (trouvées dans des tables) :
- Températures de changement d’état : À pression atmosphérique normale, chaque corps pur a une température de fusion (solide \(\to\) liquide) et une température d’ébullition (liquide \(\to\) gaz) bien définies. Pendant le changement d’état d’un corps pur, la température reste constante (palier).
- Masse volumique (\(\rho\)) : C’est la masse par unité de volume (\(\rho = m/V\)). Elle s’exprime souvent en g/L, g/mL (= g/cm³) ou kg/m³. Chaque espèce a sa propre masse volumique à une température donnée.
Un liquide incolore bout à 100 °C à pression normale et sa masse volumique est d’environ 1 g/mL. C’est très probablement de l’eau (H₂O).
Un solide jaune fond à 115 °C. C’est peut-être du soufre.
Si on mesure la masse volumique de l’air et qu’on trouve environ 1,3 g/L (à 0°C), cela correspond bien à la valeur connue pour l’air.
2. Identification par Tests Chimiques
Certaines espèces chimiques réagissent de manière caractéristique avec d’autres substances, ce qui permet de les identifier.
Tests chimiques courants à connaître:
- Eau (H₂O) : Le sulfate de cuivre anhydre (poudre blanche) devient bleu au contact de l’eau.
- Dihydrogène (H₂) : Gaz incolore et inodore. Il produit une petite détonation (« aboiement ») à l’approche d’une flamme.
- Dioxygène (O₂) : Gaz incolore et inodore. Il ravive une bûchette incandescente (la flamme se rallume vivement).
- Dioxyde de carbone (CO₂) : Gaz incolore et inodore. Il trouble l’eau de chaux (qui devient blanchâtre).
On chauffe un solide blanc et on recueille le gaz produit. Ce gaz trouble l’eau de chaux. C’est donc du dioxyde de carbone.
On verse un liquide sur du sulfate de cuivre anhydre, il bleuit. Ce liquide contient de l’eau.
Partie 3 : Entraînement (Exercices)
- Exercice 1 (Corps purs / Mélanges) : Classer les substances suivantes en corps pur, mélange homogène ou mélange hétérogène : Air, Eau salée, Fer, Jus de pomme trouble, Vinaigre, Eau distillée, Lait, Dioxyde de carbone gazeux.
-
Exercice 2 (Identification) : On dispose d’un liquide L inconnu.
a) On mesure sa température d’ébullition à pression normale et on trouve 78 °C. En cherchant dans des tables, on trouve que l’éthanol bout à 78 °C et le méthanol à 65 °C. Que peut-on supposer ?
b) On mesure la masse de 50 mL de ce liquide L et on trouve 39,5 g. Calculer sa masse volumique en g/mL.
c) Sachant que la masse volumique de l’éthanol est 0,79 g/mL et celle du méthanol est 0,79 g/mL, la mesure de masse volumique permet-elle de trancher ? Quelle(s) conclusion(s) peut-on tirer ? -
Exercice 3 (Tests chimiques) : On réalise une réaction chimique qui produit un gaz. Pour l’identifier, on réalise deux tests :
– Test 1 : On approche une bûchette incandescente, elle s’éteint.
– Test 2 : On fait barboter le gaz dans de l’eau de chaux, elle reste limpide.
Parmi les gaz H₂, O₂, CO₂, lequel n’est-ce certainement pas ? Peut-on identifier le gaz à coup sûr ?
Partie 4 : Corrections Détaillées
Correction Exercice 1 (Corps purs / Mélanges)
- Air : Mélange homogène (principalement N₂ et O₂).
- Eau salée : Mélange homogène (sel dissous dans l’eau).
- Fer : Corps pur (constitué d’atomes de fer, Fe).
- Jus de pomme trouble : Mélange hétérogène (on voit des particules en suspension).
- Vinaigre : Mélange homogène (principalement eau et acide acétique).
- Eau distillée : Corps pur (constitué de molécules d’eau, H₂O).
- Lait : Mélange hétérogène (émulsion de matières grasses dans l’eau, visible au microscope, parfois un peu à l’œil nu).
- Dioxyde de carbone gazeux : Corps pur (constitué de molécules CO₂).
Correction Exercice 2 (Identification)
a) Température d’ébullition : La mesure (78 °C) correspond à celle de l’éthanol. On peut supposer qu’il s’agit d’éthanol pur, mais ce n’est
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