Chapitre 2 Obtenir de l’eau pure Item C3.1.1 C3.1.2 C3.1.1 C3.1.3 C3.1.2 C3.1.4 I. Connaissances Mélanges homogènes et hétérogènes. Décantation. Filtration. Une eau d’apparence homogène peut contenir des substances autres que l’eau. La distillation d’une eau minérale permet d’obtenir de l’eau quasi pure. Mélanges et corps purs. Capacités Extraire des informations de l’observation d’un mélange. Réaliser un montage de décantation ou de filtration à partir d’un schéma. Faire le schéma d’un montage de décantation ou de filtration en respectant des conventions. Extraire les informations utiles de l’étiquette d’une eau minérale ou d’un autre document. Pratiquer une démarche expérimentale. Suivre un protocole pour réaliser une chromatographie. Interpréter un chromatogramme simple. Présenter la démarche suivie lors d’une distillation, les résultats obtenus. Acquis Mélange homogène, mélange hétérogène. Activité 1p22 Comment distinguer un mélange homogène d’un mélange hétérogène ? Ou expérience, mélange sable-sel (on identifie les deux types après) 1. Distingue-t-on la menthe de l’eau dans le bécher contenant le mélange agité (Fig. 1) ? On ne distingue pas la menthe de l’eau dans le mélange après agitation. 2. Distingue-t-on plusieurs constituants dans le thé infusé (Fig. 2) ? Dans le thé infusé, on distingue les feuilles du liquide. Conclusion : • Un mélange dont on distingue à l'oeil nu au moins deux constituants est un mélange hétérogène. • Un mélange dont on ne distingue pas à l'oeil nu les constituants est un mélange homogène. Limpide : clair et transparent, qui n’est pas trouble Transparent : qui se laisse aisément traverser par la lumière, permet de distinguer nettement les objets à travers son épaisseur. Tests : 2 p30 : Distingue homogène et hétérogène 1. Dans un mélange hétérogène, l’œil distingue plusieurs constituants, ce qui n’est pas le cas pour un mélange homogène. 2. Le vin est un mélange homogène. Un jus d’orange contenant de la pulpe est un mélange hétérogène. Exercices * : 10p31 Reconnaître un type de mélange (lait à l’œil et au microscope) 1. Dans le verre, l’œil ne peut distinguer plusieurs constituants : c’est un mélange homogène. 2. Au microscope, il apparaît que c’est un mélange hétérogène. 3p30 Choisis les bonnes réponses b. hétérogène. 14p31 : identifier un mélange 1. mélange hétérogène. 2. mélange homogène. II. Séparation des constituants d’un mélange hétérogène. AE Comment obtenir de l’eau limpide (qui n’est pas trouble) à partir d’une eau boueuse ? Proposer par écrit une ou plusieurs expériences. Activité 2p23 Comment séparer la terre de l’eau dans une eau boueuse ? AE_1 : Décantation de l’eau boueuse. eau boueuse plus claire . quelques instants après dépôt solide Observation : Les particules solides et lourdes se déposent au fond du tube, celle plus légères restent en surface. Le liquide au-dessus du dépôt est plus clair. Conclusion : Lorsqu’on laisse des matières solides, en suspension dans un liquide, se déposer au fond d’un récipient, on réalise une décantation. Remarque : Pour accélérer le processus de décantation, on peut réaliser une centrifugation. Document 2p28 : La centrifugation 1. La centrifugation est plus efficace qu’une décantation, car elle alourdit artificiellement le poids des particules qui, de ce fait, se déposent plus facilement au fond du récipient. 2. L’essoreuse à salade est un bel exemple, dans lequel l’eau est évacuée par centrifugation. On peut citer également les centrifugeuses pour préparer les jus de fruits ou de légumes. Tests : 4p30 : remets de l’ordre (décantation eau boueuse) c ; a ; b. Exercices** : 20p32 : pour aller plus loin (expérience maison, particules légères) 1. Les particules flottent. 2. Les gouttes de crème sont plus légères que le lait liquide. 3. Les gouttes ne flottent plus. Elles sont présentes dans tout le volume du liquide. AE_2: Filtration de l’eau boueuse Activité 3p24 Comment retirer les particules solides d’un liquide après décantation ? Verser délicatement le liquide, obtenu après décantation, dans le filtre le long de l'agitateur. agitateur filtre entonnoir Observations : ♦ Les particules solides et grosses sont retenues par le filtre. C'est le résidu. ♦ Au fond du bécher, le liquide recueilli est plus clair. On l'appelle filtrat. filtrat Questions : Est-ce que tous les constituants du mélange ont été séparés ? Justifiez votre réponse. Non. La couleur du filtrat ou le léger trouble. Comment obtenir un liquide limpide et clair ? En filtrant avec un papier filtre plus fin, un filtre à sable etc… Conclusion : Les constituants d'un mélange aqueux hétérogène peuvent être séparés par décantation et filtration. Document : 1 p28 : Le traitement des eaux usées. 1. Ce sont des eaux sales en provenance des habitations (lave-linge, lave-vaisselle…), d’industries ou issues du ruissellement des eaux de pluie, qui entraînent beaucoup de substances sur leur passage. 2. Une station d’épuration permet d’éliminer la pollution se trouvant dans l’eau, afin de ne pas rejeter dans la nature une eau qui pourrait souiller nos réserves naturelles et polluer l’environnement. 3. Les bactéries contenues dans l’eau dégradent notamment les matières organiques qu’elle contient. Tests : 5p30 : complète un schéma Filtrat, résidu solide, entonnoir, papier filtre. 6p30 : vrai ou faux a, c : vraies. b : faux. La filtration permet d’obtenir un mélange homogène. Exercices* : 11p31 : justifie une méthode. Le filtre peut se boucher. 12p31 : propose une expérience. On la décante, la filtre et enfin la distille. Exercices** : 16p32 : prépare du café (confus) 1. c, b, a, d. 2. Le rôle de filtre. 3. Si le filtre est de bonne qualité, le café obtenu constitue un mélange homogène. 17p32 : utilisation d’un tamis 1. Tamis n° 14. 2. Tamis n° 14, puis n° 10. 18p32 : obtention d’une eau pure par filtration (algues, virus, bactéries) 1. Un micromètre représente : 0,000 001 m soit 0, 001 mm. 2. Les pores doivent avoir une dimension maximale de 0,01 μm pour arrêter les bactéries et la majorité des virus. 21p32 : avec ou sans pulpe (expérience maison, introduction à la distillation) 1. On obtient un mélange hétérogène. 2. Le filtrat est un mélange homogène. 3. Il s’est évaporé. Il se peut qu’un peu de résidu solide soit visible dans la soucoupe. Investigations : 25p33 : La pluie rouge La poussière rouge est contenue dans la pluie. La décantation peut ne pas convenir, les particules restant en suspension ; on pensera à la filtration, voire à la distillation. III. Séparation des constituants d’un mélange homogène : la distillation. AE : Comment peut on séparer les constituants d’un mélange homogène ? Activité 4p25 Comment obtenir de l’eau pure après filtration ? On réalise la distillation du filtrat d’eau boueuse selon le schéma suivant. Compléter le schéma. Thermomètre Entrée d’eau froide Colonne à distiller Réfrigérant Distillat Chauffe ballon Observation : • Lorsque le filtrat d’eau boueuse de couleur marron bout, son volume diminue et un liquide incolore s’écoule dans l’erlenmeyer. • Lorsque tout le liquide à disparu, on observe sur la paroi du ballon, un dépôt marron.. Interprétation : • Lors de l’ébullition, l’eau du filtrat passe de l’état liquide à l’état gazeux : l’eau se vaporise. • Dans le réfrigérant, l’eau passe de l’état gazeux à l’état liquide : elle se liquéfie. • Dans l’erlenmeyer, s’écoule le distillat : c’est de l’eau qui ne contient aucune autre substance. • On dit que le distillat est de l’eau pure. Conclusion : • Les constituants d'un mélange homogène peuvent être séparés lors d'une distillation. • La distillation est une vaporisation suivie d’une liquéfaction. Elle permet de séparer les constituants d’un mélange homogène et d’obtenir un corps pur. • Une substance qui n'est pas un mélange est un corps pur. Documents : 3 p29 : La distillation (alambic) 1. On utilise la distillation depuis le début de notre ère, soit environ deux mille ans. 2. Le mot alambic provient d’ambix, qui était le dispositif pour condenser les vapeurs dans les premiers appareils. 3. La distillation est utilisée pour l’obtention d’alcools, d’eau-de-vie, de substances odorantes. Une application importante est la distillation du pétrole pour l’obtention des essences, fuels, kérosènes, goudrons… 4p29 : Dessaler l’eau de mer 1. Les usines sont installées en bordure de mers. 2. Ce procédé demande un chauffage important, ce qui est onéreux. 3. On peut dessaler l’eau de mer en la laissant s’évaporer naturellement et en condensant les vapeurs recueillies. Tests : 1p30 Recopie et complète a. mélange hétérogène ; homogène. b. hétérogène ; séparer ; hétérogène. c. filtrat ; homogène. d. vapeur ; condense ; distillat. 7p30 : complète le schéma Voir activité 4 page 27. 8p30 : vrai ou faux a : faux. Il y a d’abord une vaporisation, puis une condensation. b : exact. c : le réfrigérant permet la condensation de l’eau. Exercices* : 9p31 : Trouver les techniques à utiliser. (Jus d’ananas) 1. Décantation, puis filtration. 2. La distillation. 12p31 : propose une expérience. On la décante, la filtre et enfin la distille. 13p31 : critique un dispositif. Il faut changer le réfrigérant. On peut également l’entourer par un chiffon imbibé d’eau froide. 15p31 : explique un fonctionnement De l’eau s’évapore. Les vapeurs se condensent à l’intérieur du saladier retourné et l’eau pure liquide tombe dans la bassine. IV. Bilan Exercices** : 19p32 : l’alambic à parfums 1. La chaudière est à gauche, le réfrigérant a la forme d’un serpentin. 2. L’eau froide entre par le bas du récipient et en sort par le haut. Investigations : 22p33 : Saler puis dessaler On verse l’eau dans le verre à pied. On y ajoute du sel à l’aide d’une spatule et on mélange. On verse l’eau salée dans la soucoupe, que l’on place sur le support. On allume le bec Bunsen et on attend l’évaporation complète du liquide : le sel reste dans la soucoupe. 23p33 perdue au milieu du désert La séparation de l’eau du sel s’effectue par évaporation. Voir l’exercice 15 page 31. 24p33 : plouf-plouf Chauffer jusqu’à la disparition totale de l’eau du robinet.
