TP 10
Identification d’espèces chimiques Identification d’espèces chimiques
par des mesures physiques par des mesures physiques
Objectif
Objectif de la séance :de la séance :
- Identifier une espèce chimique par sa masse volumique et ses températures de changement d’état.
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION : DOC. 1
DOC. 1 :: Archimède et la masse volumique
Archimède est un savant grec qui vécut à Syracuse (Sicile) de 287 av. J.-C. à 212 av. J.-C. C’était un ami du roi Hiéron. Un beau jour, le roi commanda une couronne en or pour l’offrir aux dieux, il donna à l’orfèvre la masse d’or nécessaire à la fabrication. La couronne réalisée était superbe, elle fut pesée, sa masse était identique à celle de l’or donné :
Pourtant le roi avait un doute la couronne ne semblait pas faite d’or pur. Il demanda à son ami Archimède de s’en assurer mais sans détruire l’ouvrage donc sans le fondre ni le scier.
Archimède chercha, chercha mais la notion de volume et à qui plus est la mesure du volume d’un solide de forme complexe ne faisait pas partie des connaissances scientifiques de l’époque.
Comme ses contemporains Archimède était amateur de bains, en se plongeant dans une baignoire pleine il constata que celle-ci débordait et... Eurêka !, il avait trouvé : le problème était résolu. Il sauta hors de son bain, courut tout nu dans les rues pour annoncer sa découverte, il allait pouvoir mesurer le volume de la couronne et celui de l’or donné par déplacement d’eau :
La couronne avait un volume supérieur à celui de l’or donné, elle contenait donc un autre métal en l’occurrence de l’argent, qui pour un même volume a une masse plus faible que l’or.
La notion de masse volumique entrait dans l’histoire. On sait maintenant que 1 m3 d’or a une masse de 19300 kg et que 1 m3 d’argent a une masse de 10500 kg.
Le roi s’était bel et bien fait avoir, l’orfèvre avait gardé une partie de l’or mais l’histoire ne dit pas ce qu’il advint de lui.
Source : http://www.proftnj.com/archimed.htm
DOC. 2
DOC. 2 :: La masse volumi ueq
La masse volumique d’une espèce chimique est le quotient de la masse m d’un échantillon de cette espèce chimique par son volume V. Elle se note (ou ) et s’exprime en kilogramme par mètre cube (symbole : kg.m–3) :
3
3
m masse de l'échantillon (en kg) ρ m V volume de l'échantillon (en m )
V ρ masse volumique de l'espèce chimique (en kg.m )
La masse volumique peut-être exprimée : - en gramme par litre (g.L–1) ; - en kilogramme par litre (kg. L–1)
- …
Rappels :
1 dm3 = 1 L 1 cm3 = 1 mL 1 m3 = 1 000 L DOC. 3
DOC. 3 :: Acide salicylique, acide acétylsalicylique et paracétamol …
Les propriétés médicales de l'acide salicylique sont connues depuis longtemps, surtout pour son action contre la fièvre. Il est désormais supplanté par d'autres médicaments plus efficaces comme l'aspirine (qui en est un dérivé), ou le paracétamol.
Ingéré en grandes quantités, c'est un produit toxique, mais en de moindres quantités il est utilisé comme conservateur alimentaire et antiseptique.
Nom de la molécule Formule brute
Température de fusion (fus en
°C) Acide
acétylsalicylique C9H8O4 135
Acide salicylique C7H8O3 158,6
Paracétamol C8H9NO2 170
Ces trois produits se présentent sous la forme de poudre blanche.
DOC. 4
DOC. 4 :: Le banc Kofler
La table chauffante de Kofler, appelée en pratique banc Kofler, est un appareil de mesure permettant d'estimer la température de fusion d'une matière. Il s'agit d'une plaque chauffante présentant un gradient de température, sur laquelle on déplace un échantillon. Allié à d'autres techniques, il a été et est encore largement utilisé au laboratoire de chimie organique. Il suffit à obtenir une détermination préliminaire de la température de fusion et ainsi identifier rapidement un composé pur parmi d'autres, vérifier le degré de pureté d'un échantillon connu, constater un mélange ou une addition intempestive ou frauduleuse.
Mode d’emploi du banc Kofler : Étalonnage :
Déposer une petite quantité d’un échantillon étalon, dont la température de fusion est connue et se rapproche de celle du produit testé, sur le banc vers les températures faibles (à droite) et la déplacer doucement en tas allongé vers les températures plus élevées (vers la gauche) ;
Dès que l’étalon fond, placer l’index du curseur au niveau de la fusion et régler la température avec le curseur mobile pour qu’elle corresponde à celle de l’échantillon étalon.
Mesure :
Déposer une petite quantité de produit sur le banc vers les températures faibles (à droite) et la déplacer doucement en tas allongé vers les températures plus élevées (vers la gauche) ;
Dès que le produit fond, placer l’index du curseur au niveau de la fusion et lire la valeur de la température de fusion au niveau du curseur.
1. Masse volumique d’un liquide
EEXPÉRIENCEXPÉRIENCENN°1°1 :: Cas de l’eau
Poser une éprouvette de capacité 10,0 mL sur la balance. Faire la tare (c’est-à-dire mettre à zéro pour que la masse de l’éprouvette ne soit pas comptabilisée).
Ajouter doucement de l'eau dans l'éprouvette de façon à obtenir une masse de 10,0 g d'eau
À l’approche des 10,0 g, ajuster précisément la masse à 10,0 g à l'aide d'une pipette.
Lire le volume occupé par l'eau dans l’éprouvette graduée.
Question s
Q1.
Q1. Quel est le volume occupé par 10,0 g d'eau ? Q2.
Q2. Quelle est la masse d'un millilitre d'eau ? D’un litre d'eau ?
Q3. Que signifie l'expression « la masse volumique de l'eau est 1 000 g.LQ3. −1 » ?
EEXPÉRIENCEXPÉRIENCENN°2°2 :: Cas de l’éthanol
Poser un petit bécher sur la balance. Faire la tare.
À l'aide d'une pipette jaugée munie d'un pipeteur, prélever précisément 10,0 mL d'éthanol et les introduire dans le petit bécher.
Lire la masse des 10,0 mL d'éthanol.
Question s
Q1. Quelle est la masse de 10,0 mL d'éthanol ?Q1.
Q2.
Q2. Quelle est la masse d’un millilitre d'éthanol ? D’un litre d'éthanol ? Q3. Quelle est la masse volumique de l'éthanol ?Q3.
2. Masse volumique d’un solide (compte rendu)
Masse volumique et composition d’un échantillon
Travail à faire
En s’aidant des documents donnés en début d’activité :
Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de déterminer les masses volumiques de deux métaux différents parmi : cuivre, fer, aluminium, zinc, plomb.
Les résultats seront mis en commun.
Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental afin de déterminer la composition d’un petit lingot de couleur argentée. Vérifier s’il s’agit d’un lingot d’argent.
3. Température de changement d’état (compte rendu)
Une poudre blanche inconnue ?
Travail à faire
En s’aidant des documents donnés en début d’activité, élaborer et mettre en œuvre un protocole pour identifier les trois poudres blanches.
Indiquer, dans le compte rendu, le protocole, les observations et les conclusions.
4. Conclusion
Que doit-on retenir de cette séance ?
CORRECTION CORRECTION
Métal
Masse (5 plaques)
(en g)
Volume d’eau déplacé
(en mL)
Masse volumique expérimentale
(en kg.m-3)
Masse volumique
théorique (en kg.m-3)
Ecart relatif (en %)
Aluminium 94,0 34 2760 2700 2,2
Plomb 390,4 34 11500 11350 1,3
Cuivre 296,1 34 8710 8920 2,4
Fer 245,0 30 8170 7860 3,9
Zinc 172,5 24 7190 7150 0,6
Mesure de la masse de 5
plaques d’aluminium Mesure du volume de 5 plaques d’aluminium Exemples de résultats pour le petit « Lingot d’argent » :
Méthode 1 (volume du lingot mesuré par déplacement d’eau) Masse (en g) Volume d’eau déplacé
(en mL)
Masse volumique (en kg.m-3)
96,9 12 8080
100 mL
134 mL
Méthode 2 (volume du lingot calculé à partir de ses dimensions mesurées à l’aide d’un pied à coulisse)
Masse (en g) Volume mesuré
(en cm3 ) Masse volumique (en kg.m-3) 96,9 V = 5 × 2,5 × 1 = 12,5 cm3 7750
1. Masse volumique d’un liquide
Réponses aux questions : Q1.
Q1. Un corps pur et une substance constituée d’une seule espèce chimique. Exemple : eau distillée.
Q2. Un mélange est une substance constituée de plusieurs espèces chimique. Il peut être homogène (aprèsQ2.
agitation, on ne peut distinguer à l’œil nui les différents constituants) ou hétérogène (les constituants sont visibles à l’œil nu, même après agitation). Exemple : jus d’orange avec pulpe (hétérogène)
Q3.
Q3. Une solution est le mélange d’un soluté et d'un solvant. Le solvant étant l’espèce chimique majoritaire.
Exemple : eau salée.
2. Masse volumique d’un solide
3. Température de changement d’état 4. Conclusion
FICHE TP n°10 – Identification d’une espèce chimique par des FICHE TP n°10 – Identification d’une espèce chimique par des
mesures physiques mesures physiques
Type d’activité : Activité expérimentale (TP 1,5 h)
Conditions de mise en œuvre : manipulation en binômes.
Pré- requis :
Savoir ce qu'est une espèce chimique ;
Savoir mesurer une masse ;
Savoir mesurer un volume.
NOTIONS ET CONTENUS Capacités exigibles
Activités expérimentales support de la formation Corps purs et mélanges au quotidien.
Identification d’espèces chimiques dans un échantillon de matière par des mesures physiques ou des tests chimiques.
Identifier, à partir de valeurs de référence, une espèce chimique par ses températures de changement d’état, sa masse volumique ou par des tests chimiques.
Compétences transversales :
- Analyser, Raisonner, argumenter, démontrer ; - Mobiliser ses connaissances ;
- Réaliser, Suivre un protocole.
Matériel (par groupe) :
- 1 éprouvette plastique graduée 250 mL
Bureau professeur :
- Lots de plaques de différents métaux
- 1 éprouvette graduée 10 mL - 1 bécher 25 mL
- 1 bécher plastique environ 250 mL - 1 pipette plastique
- 1 pipette jaugée de 10 mL + propipette + petit bécher 25 mL
- 1 pissette d’eau distillée - 1 balance au dixième - 1 réglet
- 1 aimant
(Fer, cuivre, zinc, Aluminium, plomb) - 1 pied à coulisse digital
- 1 aimant
- 6 petits « lingots » - Banc Kofler
- acide salicylique, acide acétylsalicylique et paracétamol + 3 capsules en verre + 3 spatules
Sous la hotte :
- éthanol + 1 bécher de 250 mL Déroulement de la séance :
