Chapitre 3 : Les mélanges

PLAN

1/ Comment séparer les constituants d’un mélange hétérogène ?

A/ TP tintin en Amazonie

B/ Bilan (autre technique au 6/ pour les boissons pétillantes)

2/ Tous les liquides sont-ils miscibles ?

A/ Activité expérimentale

B/ Bilan

3/ Comment séparer les constituants d’un mélange homogène ?

A/ activité eau minérale (corps pur ou mélange)

B/ Distillation du vin

C/ Chromatographie des colorants ? (s’il y a le temps)

4/ Quelle masse de sel un litre d’eau peut-il dissoudre ?

A/ TP

B/ Bilan

5/ La masse est-elle conservée lors d’une dissolution ?

A/ TP

B/ Bilan

6/ Comment récueillir et identifier le gaz présent dans une boisson pétillante ?

A/ TP : Capitaine haddock n’aime pas le Perrier®

B/ Bilan

1/ Comment séparer les constituants d’un mélange hétérogène ?

A/ TP tintin en Amazonie

Zorrino, Tintin, le Capitaine Haddock et Milou traversent la forêt amazonienne depuis plusieurs Jours…

1/ Ce que je vais faire…

Je vais laisser décanter l’eau puis la filtrer.

Le matériel que je vais utiliser est : 2 béchers, papier filtre, entonnoir, support.

2/ Je réalise mon expérience… proprement et dans le calme.

3/ Ce que j’observe…

Les résultats de mon expérience sont :

Après décantation, le mélange est plus limpide et les particules les plus lourdes sont tombées au fond.

Après la filtration, l’eau est limpide.

Je réalise un schéma légendé et PROPRE de l’expérience que j’ai faite et j’indique le résultat:

4/ Ce que je conclus : Rédige un « petit mot » à Tintin pour lui

indiquer comment faire pour obtenir de l’eau limpide ?

Tintin, il faut que tu laisses reposer l’eau quelques minutes (décantation) puis que tu la filtres avec un papier filtre. Tu peux aussi préparer un

feu et faire chauffer l’eau au-dessus de 65°C pour détruire les microbes et les bactéries « méchantes » (dites pathogènes). Bon courage.

Bear Grylls et les cobayes te le disent sur physikos.(vidéos)

Ce que je retiens : Pour séparer les constituants d’un mélange hétérogène comme l’eau boueuse, on peut faire :

Une DECANTATION : On laisse REPOSER et les particules les plus lourdes tombent AU FOND.

Une FILTRATION: On fait passer le liquide à travers un PAPIER FILTRE situé dans un ENTONNOIR afin de retirer

les particules plus fines.

Questions :

1/ L’eau limpide récupérée dans ton bécher est-elle potable ?

Non, elle est pleine de microbes et de bactéries.

2/ Sinon, comment pourrait-on la rendre potable ?

On peut la chauffer pour détruire les bactéries et les microbes. Ou l’éclairer avec des UV.

Si tu as terminé :

1/ Comment faire pour séparer du sel et du poivre ? Expérience…

On peut verser de l’eau dans un bécher contenant le sel et le poivre : le sel

va se dissoudre dans l’eau et le poivre va flotter.

Par filtration, on récupère le poivre dans le papier filtre et l’eau salée dans

le bécher.

Par évaporation ou vaporisation, on récupère le sel.

2/ Comment faire pour séparer le cuivre et le fer dans un bécher ?

On utilise un aimant.

Application : tri magnétique des déchets

3/ Quel est le phénomène principal qui permet au paludier de

séparer le sel de l’eau dans les marais salants ?

L’eau s’évapore grâce à l’énergie du soleil et on atteint

progressivement la saturation.

B/ Bilan

2/ Tous les liquides se mélangent-ils à l’eau ?

1ère technique :

DECANTATION

On laisse REPOSER pour que les

particules les plus LOURDES

tombent au fond

2ème technique :

FILTRATION

On fait passer le mélange à travers un

PAPIER FILTRE situé dans un

ENTONNOIR afin que les

particules plus FINES soient

stoppées. Le liquide recueilli est

LIMPIDE : c’est le FILTRAT

3ème technique :

CENTRIFUGATION

C’est une

DECANTATION

accélérée. On fait tourner un

mélange à grande vitesse

pour que les particules les

plus lourdes soient

« plaquées » au fond par la

force CENTRIFUGE

Document 1 : nappe de pétrole

issue d’une marée noire Le Mighty Servant 3, avec deux autres

bateaux, en train de récolter le pétrole,

le 18 juin 2010

Document 2 : vinaigrette

constituée d’huile, de

vinaigre, de sel et de poivre

Question : Tous les liquides se mélangent-ils à l’eau ? Tu utiliseras un vocabulaire

rigoureux et préciseras si les mélanges formés sont homogènes ou hétérogènes

Hypothèse : Je pense que tous les liquides ne se mélangent pas à l’eau car d’après le document, nous voyons

que le pétrole, par exemple, ne se mélange pas à l’eau de mer.

Expérience : On met la même quantité d’eau dans chaque tube à essai et on verse la même quantité (2 mL)

de chaque liquide (1 vinaigre,2 huile, 3 alcool coloré, 4 pétrole, pétrole, 5 sirop de fraise) dedans. On agite et on

laisse reposer.

Observations et résultats :

Document 3 : Boissons alcoolisées

Vin rouge, vin blanc, pastis contiennent de l’eau, de

l’alcool(éthanol), des arômes…

Document 4 : Sirop de fraise et eau

Document 5 : vocabulaire

Si 2 liquides se mélangent, on dit qu’ils sont miscibles.

S’ils ne se mélangent pas, on dit qu’ils sont non

miscibles.

Exemple Vinaigre et

eau Huile et eau Alcool et eau pétrole et eau sirop et eau

Miscibles ou non-miscibles ??

Miscibles Non-miscibles Miscibles Non-Miscibles miscibles

Nombre de phases

1 2 1 2 1

Mélange homogène ou hétérogène ?

Homo Hétéro Homo Hétéro Homo

Conclusion :

Certains liquides sont miscibles avec l’eau (vinaigre, alcool, sirop) et forment un mélange

homogène.

D’autres liquides sont non-miscibles avec l’eau et forment un mélange hétérogène.

Expérience subsidiaire :

le pétrole et l’huile sont-ils miscibles ? Le mélange formé est-il homogène ou hétérogène ?

Certains liquides non-miscibles à l’eau (huile et pétrole) forment un mélange homogène.

Comment séparer 2 liquides non miscibles ?

B/ Bilan

Certains liquides sont miscibles avec l’eau (sirop, acétone, cola, vin colorant) et d’autres sont non miscibles avec l’eau (pétrole, cyclohexane, glycérine). Pour séparer 2 liquides non miscibles, on peut utiliser une ampoule à décanter

3/ Comment séparer les constituants d’un mélange homogène ?

A/ Activité : l’eau minérale comme l’eau boueuse filtrée, sont-elles des corps pur ?

Technique SANS matériel de chimie

Technique AVEC matériel de chimie

Pour savoir si elle est pure, on peut la chauffer pour la vaporiser .

L’eau minérale et l’eau de la rivière sont mélanges homogènes d’eau et de sels

minéraux. Ce ne sont pas des corps purs. Seul l’eau déminéralisée est un corps pur.

D’une manière générale, une eau d’apparence homogène peut contenir des substances dissoutes autres que l’eau (bactéries, microbes, pesticides, engrais, fongicides, etc…) et il faut donc faire attention avant de la consommer.

CHAUFFAGE

Vaporisation

C/ Evaporation/Vaporisation

La vaporisation que nous faisons réaliser permet de séparer les sels minéraux de l’eau.

On a aussi vu que l’on peut récupérer le sel de l’eau de mer par évaporation de l’eau dans les marais salants.

Si on laisse de l’eau minérale dans un verre pendant une semaine, l’eau s’évapore. A la fin de la semaine, il ne reste plus

que des sels minéraux au fond du verre.

Une flaque d’eau s’évapore quand il fait beau temps. Au sol, des sels minéraux se déposent.

L’eau du linge fraichement lavé s’évapore lorsqu’on l’étend sur un sèche-linge par jour de beau temps. Dans le linge, des

sels minéraux sont présents.

Justement on peut utiliser cette technique pour fabriquer de l’eau douce potable à partir d’une eau salée par exemple. On

fabrique alors un distillateur solaire.

Mais, en aucun cas, dans cette technique lente, l’eau ne se met à bouillir.

D/ Distillation

ETAPE 1 :

Le vin rouge est mis dans un

ballon puis chauffé à ébullition

avec un chauffe-ballon.

ETAPE 2 :

Le vin se met à bouillir

(Le changement d’état s’appelle la

vaporisation) puis des vapeurs

montent dans la colonne à distiller.

ETAPE 3 :

Des vapeurs de vin passent dans le

réfrigérant où elles sont refroidies

et deviennent liquides (Le

changement d’état s’appelle la

liquéfaction) ; le liquide obtenu

coule alors dans l’ erlenmeyer

Résultat :

Le liquide obtenu est le distillat:

Ici, c’est de l’alcool pur (corps pur).

Dans le ballon, il reste le résidu.

Remarque n°1 : L’appareil ancestral

utilisé pour distiller le vin et obtenir

des digestifs comme l’armagnac, le

cognac s’appelle un alambic

Remarque n°2 : En Provence, on distille

aussi de la lavande afin de produire de

l’huile essentielle de lavande. Le nom de

cette technique est l’hydrodistillation

(distillation à l’eau).

Remarque n°1 : Si on distille du vin, le distillat obtenu est composé d’un gros pourcentage d’alcool. L’appareil ancestral utilisé pour distiller le vin et obtenir des digestifs comme l’armagnac, le cognac s’appelle un alambic.

Remarque n°2 : En Provence, on distille aussi de la lavande et du lavandin afin de produire de l’huile essentielle de lavande. Le nom de cette technique est l’hydrodistillation (distillation à l’eau). On peut effectuer l’hydrodistillation de nombreux végétaux (jasmin, menthe, écorce d’orange etc…) afin de produire des huiles essentielles bienfaitrices pour le corps.

E/ La chromatographie

La chromatographie est une technique de séparation des constituants d’un mélange basée sur la différence de solubilité dans un solvant. Pour faire simple :

Si un constituant du mélange « aime » le liquide chromatographique appelé « éluant », il va migrer rapidement sur la feuille de papier chromatographique.

Si un constituant du mélange « déteste » le liquide chromatographique, il va migrer lentement sur la feuille de papier chromatographique.

Cette différence d’affinité permet d’identifier et de séparer les constituants d’un mélange homogène.

Il y a autant de tâches que de constituants dans le mélange. (1 tache = corps pur)

La chromatographie est une technique de séparation des mélanges (homogènes / hétérogènes).

Elle est basée sur l’affinité des constituants du mélange avec l’éluant (liquide qui monte dans le papier)

Si on ne voit apparaître qu’une tache, la substance est un (corps pur / mélange).

Si on voit apparaître plusieurs tâches, la substance est un (corps pur / mélange).

F/ Bilan sur la séparation des constituants d’un mélange.

Séparation des mélanges hétérogènes : filtration, décantation, centrifugation.

Séparation des mélanges homogènes : vaporisation, évaporation, distillation, chromatographie…

CHAUFFAGE

Vaporisation

Vaporisation

On chauffe l’eau minérale. Des sels minéraux apparaissent

Evaporation

L’eau minérale s’évapore

grâce à la chaleur apportée

par le soleil. Des sels

minéraux apparaissent

Distillation

Le mélange (vin) est chauffé dans un ballon. Il est séparé dans la

colonne à distiller et on obtient en sortie le distillat (alcool)

Chromatographie

Un colorant est déposé sur une feuille de papier

filtre trempant dans un éluant. Les constituants

du mélange (couleurs) sont emportées plus ou

moins vite par l’éluant, par capillarité.

1ère technique :

DECANTATION

On laisse REPOSER pour que les

particules les plus LOURDES

tombent au fond

2ème technique :

FILTRATION

On fait passer le mélange à travers un

PAPIER FILTRE situé dans un

ENTONNOIR afin que les

particules plus FINES soient

stoppées. Le liquide recueilli est

LIMPIDE : c’est le FILTRAT

3ème technique :

CENTRIFUGATION

C’est une

DECANTATION

accélérée. On fait tourner un

mélange à grande vitesse

pour que les particules les

plus lourdes soient

« plaquées » au fond par la

force CENTRIFUGE

4/ Quelle masse de sel un litre d’eau peut-il dissoudre ?

A/ TP

Document 1 : rappels de 6ème

Lorsqu’on met un solide soluble

dans l’eau, on parle de dissolution du solide dans l’eau. Certains

solides sont insolubles (graviers, terre, sable, nouilles).

Protocole d’expérience :

Place une coupelle vide sur le plateau d’une balance. Fais la tare. Pèse 5,0 g de sel précisément.

Verse le contenu de la coupelle dans un bécher contenant 100 mL d’eau. Agite et mélange avec l’agitateur en

verre ou la cuillère.

Reproduis l’expérience plusieurs fois jusqu’à ce que le sel soit visible

1/ Complète le tableau.

Masse de sel

(g) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Le sel est-il

visible après

agitation ?

Non Non Non Non Non Non Non Oui Oui Oui

C’est une substance que l’on

dissout

(Ex : sucre, sel, dioxygène,

sirop…)

C’est le liquide dans lequel

on dissout le soluté.

(Ex : eau, alcool, acétone…)

Soluté Quantité de sel que l’on peut

dissoudre dans 1 L d’eau

(solubilité) à 20°C

Sulfate de

cuivre

220 g

Sel

Sucre 2000 g

Dioxygène 31 mL

Document 2 : saturation et solubilité

On ne peut pas dissoudre une quantité infinie de sel dans l’eau. Il

existe une limite à la dissolution caractéristique du soluté et du

solvant. Cette limite est la SATURATION.

La solution est dite SATUREE

La masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans 1 L d’eau

est appelé SOLUBILITE (en g/L)

2/ Coche la bonne réponse.

Le sel est : □ le soluté □ le solvant □ une solution

L’eau est : □ le soluté □ le solvant □ une solution

L’eau salée est : □ le soluté □ le solvant □ une solution

3/ Que devient le sel lorsqu’on le verse une petite quantité dans l’eau et que l’on agite ?

Il se solubilise ou subit une dissolution. Il n’est plus visible, mais ne disparait pas.

4/ Quand on ajoute une grande quantité de sel dans l’eau, que se passe-t-il ?

Il ne se dissout plus. Le sel se dépose au fond.

5/ Si le sel est invisible dans l’eau, cela veut-il dire qu’il a disparu ? Explique

Le sel est toujours présent dans la solution, il n’a pas disparu.

6/ Quelle quantité maximale de sel peut-on dissoudre dans 100 mL d’eau ?

Environ 35g pour 100 mL

7/ Peut-on dissoudre une quantité infinie de sel dans l’eau ?

Non, il y a une limite appelée saturation. Pour l’eau elle est d’environ 360 g pour 1L d’eau à 20 °C

8/ Conclus en répondant à la question du titre : Quelle masse de sel 1 L d’eau peut-il dissoudre ? (tu

complèteras la case vide du tableau du document 2

100 mL d’eau peuvent dissoudre environ 35 g.

1000 mL = 1L peuvent dissoudre 350 g environ.

B/ Bilan + tâche complexe mer morte

Au cours d’une dissolution, une substance appelée soluté (solide ou gaz) est dissoute

dans un liquide appelé solvant. L’addition des deux forme une solution.

La solubilité est la masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans un 1 L de

solvant. Elle s’exprime en g/L. Lorqu’on a dépassé cette masse maximale, la solution

est saturée et tout le soluté que l’on rajoute ne se dissout plus.

Un mélange contient plusieurs espèces chimiques (Ex : solution d’eau salée

homogène) alors qu’un corps pur contient une seule espèce chimique (Ex : eau pure).

Dans un mélange homogène, on ne peut voir qu’une seule espèce chimique (un seul

conssituant) à l’œil nu (Ex : eau salée, citronnade, lait…)

Dans un mélange hétérogène, on peut voir plusieurs espèces chimiques (plusieurs

constituants) à l’œil nu. (Ex : eau boueuse, perrier, jus d’orange…)

5/ La masse est-elle conservée lors d’une dissolution?

A/

Pour préparer une sortie pédestre dans le Verdon, un prof d’EPS conseille de boire beaucoup d’eau et de consommer du sucre pour éviter l’hypoglycémie. Gaston et Donna préparent donc leur sac à dos en y mettant une bouteille avec de l’eau sucrée.

C’est fou, le sucre a disparu lorsque je

l’ai dissous dans l’eau. Je ne comprends

pas, il ne s’est pas volatilisé pourtant.

«Chère Donna, le meilleur moyen de savoir

si le sucre a disparu ou pas, c’est de vérifier

si la masse de l’eau et la masse de sucre

s’additionnent lors de la dissolution.

Le prof d’EPS attend votre rapport argumenté : Hypothèses, protocole expérimental avec schémas et/ou texte, résultats et conclusions

1/ Hypothèses : Les masses du sucre et du café s’additionnent, le sucre ne disparait pas.

2/ Expérience proposée :

Je vais peser 20 g de sucre dans une coupelle et peser 200 g d’eau dans un bécher. J’agite jusqu’à dissolution

complète et je re-pèse l’ensemble.

3/ Observations

J’observe que la masse du café sucré est la somme des masses du café et du sucre.

4/ Conclusion (à retenir)

Le sucre ne disparait pas, il se dissout. La masse se conserve lors de la dissolution. La masse de la

solution obtenue est :

msolution = msoluté + msolvant

Ici, meau sucrée = msucre + meau

On dit qu’il y a conservation de la masse lors de la dissolution.

Mince, ma mère m’a préparée une bouteille d’eau pour la randonnée

mais elle ne sait plus si elle a versé du sucre dedans. Quelle étourdie !

Faut que tu m’aides

Expérience proposée : Je vais mesurer 100 mL d’eau de la bouteille de Gaston avec une

éprouvette graduée et mesurer la masse.

100 mL de liquide pèsent 110 g : du sucre a bien été dissous.

Combien ? On ne peut pas le savoir précisément car le volume ne se conserve pas lors de la

dissolution.(Vsolution Vsoluté + Vsolvant)

B/ Bilan

la masse se conserve lors d’une dissolution car les molécules de sucre et d’eau se

conservent

110.00 g

Pour les experts : J’interprète à l’aide des molécules : En fait,

qu’est ce qui se conserve lors de la dissolution du sucre dans l’eau?

C’est la masse, la nature et le nombre de molécules de sucre et d’eau.

Complète très soigneusement le dessin avec les molécules. Indique sur le schéma

les masses affichées par les balances

5/ Comment récueillir et identifier le gaz présent dans une boisson pétillante ?

A/ TP : Capitaine haddock n’aime pas le Perrier®

Tonnerre de Brest ! Je n’ai

plus de vin ! J’aimerais bien

récupérer les bulles de cette

boisson pour savoir ce que

c’est !

1/ Je vais t’aider un peu, mais complète les phrases suivantes avant de commencer !

Avant l’ouverture, le Perrier® du capitaine Haddock semble être un mélange (homogène/ hétérogène)

A l’ouverture, on entends un « pschitt » dû à la pression

Après l’ouverture, des bulles apparaissent : c’est donc un mélange (homogène/ hétérogène)

2/ Je te donne des dessins dans le désordre de l’expérience à faire pour récupérer le gaz.

Classe-les dans le bon ordre et complète la petite conclusion !

ORDRE : E /B / G / D / F / A / C

Conclusion : On a récupéré le gaz dissout dans le Perrier® par DEPLACEMENT d’eau. Dans le tube à essai, il

n’y a que LE GAZ DISSOUS

B/ BILAN

Une boisson pétillante contient un gaz dissout : c’est du dioxyde de carbone (CO2)

On peut récupérer ce gaz par déplacement d’eau en chauffant ou secouant la boisson pétillante.

Le dioxyde de carbone (CO2) est mis en évidence par l’eau de chaux qui se trouble.

3/ Pour identifier ce gaz, verse de l’eau de chaux à l’intérieur.

Verse l’eau de chaux très rapidement puis ferme le tube à essai ! Complète…

Schéma : AVANT de verser l’eau de chaux

Schéma : APRES avoir versé l’eau de chaux

Conclusion :

L’eau de chaux se trouble en présence du gaz dissout : ce gaz est

donc du dioxyde de carbone

On peut dire que l’eau de chaux est le test de reconnaissance du

dioxyde de carbone

Devoir maison

1/ Lorsqu’on prépare un chocolat au lait avec 25 g de Nesquik® et 250 g de lait,

quelle est la masse du chocolat au lait ?

250 + 25 = 275 g la masse du chocolat au lait est de 275 g

2/ La salinité de l’eau de mer

a/ La salinité de l’eau représente la masse de sel dissoute dans un litre d’eau de mer.

b/ La mer la moins salée est la mer Baltique car elle se situe dans une région froide, où il pleut

souvent et où il y a la fonte de neige.

c/ La mer la plus salée est la mer Morte car elle est située dans une région chaude, où il ne pleut

pas beaucoup et où l’évaporation est forte.

3/ Les marais salants

1/ Il faut que l’évaporation soit la plus rapide possible.

2/ L’eau salée n’est pas saturée : il faut qu’elle se concentre en sel pour voir apparaitre des dépôts

de sel.

3/ Une carnelle est un gros tas de sel.

4/ Médicaments

a/ Quel est le solvant ? C’est l’eau.

b/ Quel est le soluté ? C’est le médicament.

5/ Dissolution du sucre

Julie mélange 1 morceau de sucre à 50 mL d’eau

(fig.1) et 1 autre morceau de sucre à de l’alcool. Voici-

ce qu’elle obtient ?

1/ Quel mélange est homogène ?

2/ Quel mélange est hétérogène ?

3/ Que peut-on dire de la solubilité du sucre

dans l’eau ?

4/ Que peut-on dire de la solubilité du sucre

dans l’alcool ?

5/ Quelle est la masse de la solution de la fig.1 ?

1/ eau + sucre : mélange homogène

2/ Alcool + sucre : mélange hétérogène

3/ La solubilité du sucre dans l’eau est

supérieure à 200 g/L. Elle est grande.

4/ Le sucre n’est pas soluble dans l’alcool (ou

très peu)

5/ La masse de la solution sucrée, du fait de la

conservation de la masse est : m = 10g + 50 g

= 60 g.

La mer Morte est une curiosité de la Terre. Elle ne possède quasiment aucune vie

végétale et animale alors qu’habituellement, la vie se développe sans difficulté dans

l’eau salée.

Question : Pourquoi n’y a-t-il pas de vie dans la mer morte ?

Document n°1 :

La mer Morte est un lac d’eau salée situé au Moyen

Orient, entre la Jordanie, la Palestine, et Israël.

Document n°2 :

La salinité de l’eau des océans et des mers du globe

avoisine habituellement 35 g/L.

Mais en mer Morte, l’été, l’eau s’évapore partiellement

et il apparait des cristaux de sel sur les bords et au fond.

L’hiver, le niveau d’eau remonte grâce au fleuve

Jourdain et le mer Morte retrouve une surface lisse.

Le sel à l’état solide est constitué de cristaux de chlorure

de sodium.

Document n°3 :

La solubilité du sel dépend de la température. La courbe représente la

concentration maximale de sel en g/L qu’il est possible d’atteindre en

fonction de la température.

Document n°4 :

Les mers et les océans sont

pleines de vie sous-marines

(poissons, algues, crustacés…). Il

y a une grande biodiversité et les

scientifiques pensent que 95%

de la vie animale s’y trouve !

Le chlorure de sodium est l’un

des sels minéraux dont les êtres

vivants ont besoin pour vivre.