Chapitre VI Solidification et fusion de l`eau


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°15 : 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
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
5
2,2
1
0,3
0
0
0
-0,2
-1,7
-4

Construction du graphique (horiz :
1cm
1 min
vertic. 1cm
2°C )
Température ( °C )
12
10
8
6
4
2
0
0
-2
Temps ( min )
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13
3
zones :
-4
-6
 Commentaires
du graphique
Nous constatons que la courbe peut se découper en
1ère zone : de
0
min à
5
min
La température de l’eau diminue de
12
°C à
0 °C .
L’eau existe uniquement à l’état liquide .
2ème zone : de
5
min à
7
min
La température de l’eau reste constante à 0 °C .
Sur le graphique, on observe à 0°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 5ème 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 0°C est appelée température de solidification de l’eau pure.
3ème zone : après 7 min
La température de l’eau diminue de 0
°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 0°C.
Exemples de température de solidification pour d’autres corps purs
L’éthanol pur
se solidifie
à -120 °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 100°C à la pression atmosphérique normale car on observe à 100°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 0°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 ?
5) 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 ?
10) 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 0°C.
9) 0°C correspond à la température de fusion de l’eau pure.
10) 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) = 1535°C
Tsolidification (plomb) = Tfusion ( plomb) = 327,5°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 : 100 mL d’eau liquide donnera 110 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 25mL d’eau liquide donne, en gelant, une masse de 25g / 26g d’eau solide.
b) Un volume de 100mL d’eau liquide donne, en gelant, un volume de 100cm3 / 110cm3 de
glace.
c) Une masse de 1000kg de glace donne, en fondant, une masse de 1000kg / 1100kg d’eau
liquide, soit un volume de 1000L / 1100L d’eau liquide.
25 mL d’eau liquide pèse 25g, donc par solidification on obtiendra 25g de glace car la
masse ne varie pas lors d’un changement d’état.
3
b) On obtiendra 110 cm de glace car l’eau solide prend plus de place que l’eau liquide.
a)
c)
On obtiendra 1000 kg d’eau liquide car la masse ne varie pas lors d’un changement
d’état, soit un volume de 1000 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 240g / 290g / 300g
b) Le niveau du liquide dans l’éprouvette est 150mL/
155mL
1) On a introduit 50 g de glace dans le pétrole car 290g – 240g = 50g.
2) On a introduit 55 mL de glace car 155 mL – 100 mL = 55 mL.
3a) La balance indiquera 290g car la masse ne varie pas lors d’un changement d’état.
3b) Le niveau du pétrole dans l’éprouvette sera de 150 mL car lorsque la glace se
transforme en eau liquide, elle prend moins de place donc son volume diminue.