Seconde · Physique-chimie

Corps purs et mélanges

Chapitre 1

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Ces 15 questions sur Corps purs et mélanges alternent observations, calculs et décisions expérimentales. Plusieurs propositions peuvent être exactes. Prévois du papier et un stylo.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Une boisson à examiner

Une boisson limpide contient de l’eau, du sucre dissous et un arôme. Après agitation, on n’y distingue qu’une phase. Quelles conclusions sont justifiées ?

Le sucre est le solvant, car c’est lui que l’on a dissous. C’est un corps pur, puisqu’elle est limpide. Le sucre cesse d’exister comme espèce chimique après dissolution. La boisson doit former plusieurs couches visibles après quelques minutes de repos. La boisson peut être homogène tout en réunissant plusieurs espèces.

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Réponse attendue : E

A — Faux. Une espèce dissoute est le soluté. Ici, l’eau constitue le solvant qui dissout le sucre. Le sucre reste présent dans le liquide sous forme dispersée ; son rôle n’est donc pas celui du milieu dissolvant.
B — Faux. Non. La limpidité renseigne sur l’aspect macroscopique, alors que le corps pur ne contient qu’une seule espèce chimique. La boisson en contient plusieurs.
C — Faux. Non. La dissolution disperse les entités du sucre dans l’eau ; elle ne les fait pas disparaître. Le goût sucré et une éventuelle cristallisation après évaporation confirment que cette matière demeure présente.
D — Faux. Rien n’impose une séparation visible : une solution stable peut rester homogène après le repos. Le sucre dissous ne constitue pas une seconde phase qui se déposerait spontanément au fond.
E — Vrai. Oui. Une phase visible peut contenir plusieurs espèces chimiques réparties uniformément à l’échelle macroscopique. Homogène décrit ainsi l’aspect du système, tandis que pur renseigne sur le nombre d’espèces.

Méthode à retenir. Séparer deux critères : nombre d’espèces pour pur ou mélange ; nombre de phases visibles pour homogène ou hétérogène.

Question 2

Deux phases dans une éprouvette

On verse doucement 20 mL d’huile sur 40 mL d’eau dans une éprouvette. Après agitation et repos, deux couches se reforment. Que peut-on en déduire ?

Le fait de voir deux couches permet de distinguer ce mélange d’une solution homogène. L’huile et l’eau sont miscibles puisqu’on peut les agiter. La décantation permettrait de séparer deux gaz miscibles. La couche supérieure est nécessairement constituée d’eau. Le système au repos est un mélange hétérogène.

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Réponse attendue : A, E

A — Vrai. Oui. Une solution homogène ne présente qu’une phase visible à l’échelle considérée. Ici, les couches d’huile et d’eau redeviennent distinguables après le repos.
B — Faux. Non. Le mélange temporaire pendant l’agitation ne dure pas : la séparation après repos montre que ces liquides ne sont pas miscibles dans ces conditions.
C — Faux. Non. Une ampoule à décanter exploite ici la séparation des phases liquides non miscibles ; elle ne sert pas à séparer deux gaz mélangés.
D — Faux. Non. Dans cette expérience usuelle, l’huile, moins dense que l’eau, se place au-dessus. Il faut connaître la nature et la masse volumique des deux liquides.
E — Vrai. Oui. Les deux couches liquides sont deux phases visibles ; c’est le critère macroscopique de l’hétérogénéité.

Méthode à retenir. Décrire d’abord ce qui est visible après repos ; ne pas confondre agitation momentanée et miscibilité.

Question 3

Identifier de l’eau dans un solide

Un solide blanc non identifié est déposé sur du sulfate de cuivre anhydre blanc. Une zone bleue apparaît. Quelles affirmations sont fondées ?

La zone bleue correspond à une transformation chimique du réactif de détection. Le test établit que l’échantillon n’est constitué que d’eau. Le test révèle la présence d’eau dans l’échantillon. Le bleu apparaît parce que le sulfate de cuivre au contact de l’échantillon s’hydrate. Avant le test, le sulfate de cuivre anhydre employé doit être blanc.

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Réponse attendue : A, C, D, E

A — Vrai. Oui. L’hydratation du sulfate de cuivre s’accompagne du changement de couleur observé. Le bleu apparaît seulement là où le réactif a rencontré l’eau apportée par l’échantillon.
B — Faux. Non. Un test positif indique la présence d’eau, pas l’absence des autres espèces. Le solide pourrait en contenir plusieurs.
C — Vrai. Oui. Le sulfate de cuivre anhydre blanc devient bleu au contact d’eau : c’est un test de présence d’eau.
D — Vrai. L’eau de l’échantillon hydrate le sulfate de cuivre anhydre, ce qui explique sa coloration bleue. Le blanc initial et le bleu final sont les deux observations à relier au test.
E — Vrai. Le réactif anhydre est blanc au départ ; son bleuissement permet de mettre en évidence l’eau.

Méthode à retenir. Un test de présence identifie une espèce recherchée, mais ne démontre jamais à lui seul que l’échantillon est pur.

Question 4

Trois flacons de gaz

Trois flacons séparés contiennent respectivement H₂, O₂ et CO₂. On dispose d’une bûchette incandescente, d’une flamme et d’eau de chaux. Quels tests sont adaptés ?

Un trouble de l’eau de chaux identifie H₂ plutôt que CO₂. Une bûchette incandescente identifie à elle seule une espèce liquide. Un trouble de l’eau de chaux indique la présence de CO₂. Une bûchette incandescente qui s’éteint identifie O₂. Une petite détonation au contact d’une flamme est caractéristique du test de H₂.

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Réponse attendue : C, E

A — Faux. Non. L’eau de chaux teste le dioxyde de carbone ; le dihydrogène est testé au contact d’une flamme.
B — Faux. Non. Elle sert au test du dioxygène gazeux dans les conditions décrites et ne suffit pas à identifier un liquide.
C — Vrai. Oui. Le dioxyde de carbone réagit avec l’eau de chaux et forme le trouble observé.
D — Faux. Le dioxygène ravive habituellement la bûchette incandescente ; une extinction ne l’identifie pas. Pour reconnaître O₂, on attend au contraire une reprise de la combustion de la bûchette.
E — Vrai. Oui. Le dihydrogène brûle rapidement au contact de l’air et donne le petit bruit caractéristique ; le test doit se faire avec les précautions de sécurité adaptées.

Méthode à retenir. Associer chaque gaz à l’observation caractéristique, puis respecter les consignes de sécurité expérimentale.

Question 5

Masse volumique d’un liquide

Un liquide occupe 25,0 mL dans une éprouvette et sa masse, récipient taré, vaut 20,0 g. La référence à la même température pour l’éthanol est 0,79 g·mL⁻¹. Quelles conclusions peut-on tirer ?

Il faut soustraire le volume de l’éprouvette vide au volume lu. La masse volumique mesurée vaut 0,800 g·mL⁻¹. La masse volumique mesurée vaut 1,25 g·mL⁻¹. La même valeur correspond à 800 kg·m⁻³. La valeur est proche de celle de l’éthanol, sans prouver à elle seule sa pureté.

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Réponse attendue : B, D, E

A — Faux. Non. L’éprouvette vide ne contient pas de liquide : le volume de 25,0 mL est déjà celui de l’échantillon. La tare concerne ici la mesure de masse.
B — Vrai. Oui. Avec ρ = m/V, m en g et V en mL, on obtient ρ = 20,0 g / 25,0 mL = 0,800 g·mL⁻¹.
C — Faux. Non. 25,0/20,0 = 1,25 est le quotient V/m en mL·g⁻¹. Pour ρ, il faut diviser la masse par le volume.
D — Vrai. Oui. 1 g·mL⁻¹ = 1000 kg·m⁻³, d’où 0,800 g·mL⁻¹ = 800 kg·m⁻³. La conversion porte sur les unités de masse et de volume, pas sur la nature du liquide.
E — Vrai. Oui. La proximité de 0,800 et 0,79 g·mL⁻¹ oriente l’identification ; d’autres mélanges pourraient avoir une valeur voisine.

Méthode à retenir. Écrire ρ = m/V avec m en g et V en mL ; comparer à une référence mesurée dans les mêmes conditions et garder la portée limitée de l’identification.

Question 6

Un petit bloc métallique

Un bloc de masse 54,0 g déplace 20,0 mL d’eau dans une éprouvette. On compare sa masse volumique à 2,70 g·mL⁻¹ pour l’aluminium. Quelles propositions conviennent ?

La valeur mesurée est deux fois celle de l’aluminium. Le volume du bloc vaut 20,0 mL. Le résultat correspond à 2,70 × 10³ kg·m⁻³. Sa masse volumique vaut 2,70 g·mL⁻¹. Une valeur égale prouve nécessairement que le bloc est un corps pur en aluminium.

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Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Non. Les deux valeurs sont égales à la précision indiquée : 2,70 g·mL⁻¹. Une mesure identique à la référence ne peut correspondre au double de celle-ci.
B — Vrai. Oui. Le volume d’eau déplacé par un solide complètement immergé donne le volume de ce solide, ici 20,0 mL.
C — Vrai. Oui. Multiplier par 1000 pour passer de g·mL⁻¹ à kg·m⁻³ donne 2700 kg·m⁻³.
D — Vrai. Oui. ρ = m/V, avec m = 54,0 g et V = 20,0 mL, conduit à ρ = 54,0/20,0 = 2,70 g·mL⁻¹.
E — Faux. Non. La mesure est compatible avec l’aluminium ; une masse volumique identique ne démontre pas à elle seule la nature ni la pureté du bloc.

Méthode à retenir. Le déplacement d’eau donne V ; la masse volumique obtenue oriente l’identification sans démontrer la pureté.

Question 7

Un palier de fusion

Sous pression atmosphérique, une substance solide chauffée régulièrement présente un palier de température à 80 °C pendant sa fusion. Quelles interprétations sont prudentes ?

La température du palier peut être comparée à une valeur de référence à la même pression. Cette observation est compatible avec la fusion d’un corps pur. Le seul palier démontre avec certitude la composition microscopique de l’échantillon. La température doit augmenter continûment pendant tout changement d’état d’un corps pur. Tous les corps purs fondent à 80 °C.

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Réponse attendue : A, B

A — Vrai. Oui. La comparaison aide à proposer une identification, en tenant compte des conditions expérimentales et de l’incertitude.
B — Vrai. Oui. À pression fixée, la fusion d’un corps pur se produit à une température caractéristique, ce qui explique un palier.
C — Faux. Non. Le palier est un indice ; il faut d’autres éléments pour conclure à une identité ou une pureté certaine.
D — Faux. Non. Pendant ce palier, l’énergie fournie sert à changer d’état alors que la température reste approximativement constante.
E — Faux. Non. Chaque espèce possède sa température de fusion dans des conditions données ; 80 °C n’est pas une valeur universelle.

Méthode à retenir. À pression donnée, rechercher une température de changement d’état et la comparer à une référence, sans transformer un indice en preuve absolue.

Question 8

Chauffer l’eau salée

Une solution homogène d’eau salée est chauffée dans une casserole ouverte ; l’eau s’évapore et il reste des cristaux. Quelle analyse est correcte ?

La formation de cristaux après évaporation ne signifie pas que le sel est apparu de rien. Un mélange homogène ne peut pas être séparé physiquement. La solution était nécessairement un corps pur parce qu’elle ne montrait qu’une phase. Le prélèvement final enrichi en sel n’a pas la même composition que le liquide initial. Avant chauffage, la solution contient au moins deux espèces chimiques.

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Réponse attendue : A, D, E

A — Vrai. Oui. Le sel était déjà présent, sous forme dissoute, dans la solution initiale. La séparation physique rend simplement visible un constituant présent avant le chauffage.
B — Faux. Non. L’évaporation retire ici l’eau et peut laisser le soluté solide ; homogène signifie seulement une phase visible.
C — Faux. Non. Une phase visible n’implique pas une seule espèce ; eau salée est un mélange.
D — Vrai. Oui. L’eau part sous forme de vapeur ; la proportion de soluté dans ce qui reste augmente jusqu’à cristallisation.
E — Vrai. Oui. L’eau et les espèces provenant du sel dissous sont présentes même si une seule phase liquide se voit.

Méthode à retenir. Identifier les espèces initiales avant de décrire leur séparation ; ne pas confondre homogénéité et pureté.

Question 9

L’air d’une salle

Pour simplifier, on assimile l’air sec à 78 % de N₂, 21 % de O₂ et 1 % d’autres gaz en volume. Une enceinte contient 10,0 L d’air dans les mêmes conditions de pression et de température. Quelles affirmations sont correctes ?

Les trois parts donnent ensemble 10,0 L dans ce modèle de composition volumique. Le volume de N₂ est estimé à 7,8 L. Il faut ajouter 78 L de N₂ dans l’enceinte de 10,0 L. Le volume de O₂ est estimé à 2,1 L. L’air sec est un corps pur de N₂.

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Réponse attendue : A, B, D

A — Vrai. Oui. 7,8 L + 2,1 L + 0,1 L = 10,0 L ; les pourcentages 78 + 21 + 1 font 100 %.
B — Vrai. Oui. 78 % de 10,0 L signifie 0,78 × 10,0 L = 7,8 L dans les conditions précisées.
C — Faux. Non. On applique le pourcentage au volume total : 78 % de 10,0 L vaut 7,8 L, pas 78 L.
D — Vrai. Oui. 21 % de 10,0 L signifie 0,21 × 10,0 L = 2,1 L.
E — Faux. Non. N₂ est majoritaire, mais O₂ et d’autres gaz sont aussi présents : c’est un mélange homogène gazeux.

Méthode à retenir. Pourcentage volumique : volume d’un constituant = pourcentage/100 × volume total, dans les mêmes conditions de pression et de température.

Question 10

Une masse d’alliage

Un alliage de 250 g est annoncé composé de 60 % de cuivre et de 40 % de zinc en masse. Quelles valeurs ou interprétations suivent de cette donnée ?

La fraction massique de zinc vaut 0,40. La masse de cuivre est de 150 g. Il y a 60 mL de cuivre dans 100 g d’alliage. L’alliage est un corps pur parce que son aspect est uniforme. La masse de zinc est de 100 g.

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Réponse attendue : A, B, E

A — Vrai. Oui. La fraction est le quotient sans dimension m(Zn)/m(alliage) = 100 g / 250 g = 0,40.
B — Vrai. Oui. m(Cu) = 0,60 × 250 g = 150 g ; le calcul porte sur une fraction massique.
C — Faux. Non. L’indication de 60 % est massique, soit 60 g pour 100 g d’alliage ; aucun volume n’est donné.
D — Faux. Non. Il contient au moins deux espèces, cuivre et zinc, même si l’échantillon apparaît uniforme.
E — Vrai. Oui. m(Zn) = 0,40 × 250 g = 100 g et le contrôle 150 g + 100 g = 250 g est cohérent.

Méthode à retenir. Définir le pourcentage massique par la masse du constituant divisée par la masse totale, puis vérifier que les masses reconstituent le total.

Question 11

Deux pigments sur une CCM

Sur une plaque de chromatographie, le dépôt M donne deux taches après élution ; les dépôts témoins R et B donnent chacun une tache. Une tache de M est à la même hauteur que R, l’autre que B. On a utilisé le même éluant et la même plaque. Que peut-on soutenir ?

Des taches à hauteurs égales prouvent sans autre information une identité chimique absolue. Il faut comparer des taches obtenues dans des conditions identiques. M contient au moins deux espèces mises en évidence par cette CCM. Une seule tache témoin R prouve que M est pur. Les hauteurs communes avec R et B étayent la présence de ces constituants dans M.

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Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. Non. Une même position dans un éluant constitue un indice ; des espèces différentes peuvent parfois migrer de façon semblable.
B — Vrai. Oui. La nature de la plaque et de l’éluant influence la migration ; sans conditions communes, les hauteurs ne sont pas directement comparables.
C — Vrai. Oui. Deux taches distinctes à partir du dépôt M révèlent au moins deux constituants séparés dans ces conditions.
D — Faux. Non. C’est le dépôt M qui donne deux taches ; la présence d’une tache commune avec R n’efface pas l’autre constituant.
E — Vrai. Oui. À conditions de CCM identiques, la comparaison de la position des taches avec des témoins est un indice d’identification.

Méthode à retenir. Comparer les dépôts sur la même plaque et dans le même éluant ; la CCM renseigne sur la composition, avec une portée d’identification limitée.

Question 12

Mesurer la masse de l’air

La masse volumique de l’air dans une salle est prise égale à 1,2 kg·m⁻³. On veut estimer la masse contenue dans un ballon de volume 3,0 L. Quelles étapes conviennent ?

La masse volumique doit correspondre aux conditions de la salle retenues dans le modèle. L’estimation de la masse vaut 3,6 g. Il faut convertir 3,0 L en 3,0 × 10⁻³ m³. Il suffit de calculer 1,2 × 3,0 = 3,6 kg. L’air n’a pas de masse parce qu’il est invisible.

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Réponse attendue : A, B, C

A — Vrai. Oui. Celle d’un gaz dépend des conditions de pression et de température ; ici 1,2 kg·m⁻³ est une valeur de travail fixée par l’énoncé.
B — Vrai. Oui. m = ρV, avec ρ = 1,2 kg·m⁻³ et V = 3,0 × 10⁻³ m³ : m = 3,6 × 10⁻³ kg = 3,6 g.
C — Vrai. Oui. 1 L = 10⁻³ m³, donc V = 3,0 × 10⁻³ m³ pour employer ρ en kg·m⁻³.
D — Faux. Non. Cette multiplication mélange kg·m⁻³ et L ; il faut d’abord convertir 3,0 L en m³, ce qui donne 0,0036 kg.
E — Faux. Non. Un gaz est constitué d’entités matérielles : il possède une masse même lorsqu’on ne le voit pas.

Méthode à retenir. Écrire m = ρV ; si ρ est en kg·m⁻³, convertir V en m³ avant l’application numérique.

Question 13

Échantillons à température fixée

On mesure trois fois la masse d’un même volume d’un liquide inconnu à température stable : 9,9 g, 10,1 g et 10,0 g pour 10,0 mL. On attend 1,00 g·mL⁻¹ pour l’eau. Quelles analyses sont recevables ?

Les masses voisines d’un même volume illustrent la variabilité de mesure. Les trois mesures exactement identiques prouvent que le protocole est parfait. La masse moyenne vaut 10,0 g. La masse volumique déduite de la moyenne vaut 1,00 g·mL⁻¹. Cette valeur prouve à elle seule que le liquide est de l’eau pure.

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Réponse attendue : A, C, D

A — Vrai. Oui. L’étendue observée va de 9,9 g à 10,1 g ; elle invite à discuter l’instrument et le protocole, sans conclure automatiquement à un autre liquide.
B — Faux. Non. Elles ne sont pas identiques (9,9 ; 10,1 ; 10,0 g). La répétition fait apparaître une variabilité expérimentale.
C — Vrai. Oui. (9,9 + 10,1 + 10,0) g / 3 = 10,0 g ; les valeurs individuelles présentent une petite dispersion.
D — Vrai. Oui. ρ = m/V, avec m = 10,0 g et V = 10,0 mL, donne ρ = 1,00 g·mL⁻¹.
E — Faux. Non. Elle est compatible avec la référence, mais d’autres échantillons ou mélanges peuvent présenter une masse volumique proche.

Méthode à retenir. Moyenner les mesures indépendantes, signaler leur dispersion et distinguer compatibilité avec une référence et preuve d’identité.

Question 14

Prélever sans confondre masse et volume

Une huile a une masse volumique de 0,90 g·mL⁻¹ à la température de l’expérience. On en prélève exactement 50 mL. Quelles propositions sont compatibles avec la relation entre masse et volume ?

La masse estimée du prélèvement est 45 g. La masse volumique du prélèvement devient 45 g·mL⁻¹. La masse volumique de cette huile est inférieure à celle de l’eau liquide voisine de 1,0 g·mL⁻¹. Le prélèvement a nécessairement une masse de 50 g parce que son volume vaut 50 mL. Le calcul suppose que la valeur 0,90 g·mL⁻¹ s’applique au prélèvement considéré.

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Réponse attendue : A, C, E

A — Vrai. Oui. m = ρV, avec ρ = 0,90 g·mL⁻¹ et V = 50 mL, donne m = 45 g.
B — Faux. Non. 45 g est la masse des 50 mL ; la masse volumique demeure m/V = 45 g / 50 mL = 0,90 g·mL⁻¹.
C — Vrai. Oui. 0,90 < 1,0 dans la même unité ; à volume identique, la masse de cette huile est plus faible.
D — Faux. Non. L’égalité numérique m(g) = V(mL) vaut approximativement pour l’eau à la température usuelle, pas pour cette huile à 0,90 g·mL⁻¹.
E — Vrai. Oui. La relation utilise une masse volumique associée à la nature du liquide et à la température considérée.

Méthode à retenir. Garder distinctes m (en g), V (en mL) et ρ (en g·mL⁻¹) ; la relation m = ρV permet un contrôle d’ordre de grandeur.

Question 15

Choisir une méthode d’identification

Deux flacons non étiquetés contiennent chacun un liquide incolore : l’un est de l’eau, l’autre un liquide inconnu. On dispose d’une balance, d’une éprouvette et de sulfate de cuivre anhydre. Quelles démarches sont pertinentes ?

Un test positif au sulfate de cuivre prouve à lui seul que le prélèvement est de l’eau pure. Le sulfate de cuivre anhydre peut tester la présence d’eau dans le prélèvement. Mesurer masse et volume d’un prélèvement permet d’estimer sa masse volumique. Une masse volumique voisine de celle de l’eau renforce l’hypothèse sans suffire à la prouver. La couleur incolore garantit que les deux flacons contiennent la même espèce.

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Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Non. Un liquide contenant de l’eau avec d’autres constituants donne aussi un test positif ; c’est un test de présence.
B — Vrai. Oui. Initialement blanc, il devient bleu en présence d’eau ; le test peut être positif pour de l’eau pure comme pour un mélange contenant de l’eau.
C — Vrai. Oui. Avec la masse m du liquide (récipient taré) et son volume V, on calcule ρ = m/V puis on compare à des références dans les mêmes conditions.
D — Vrai. Oui. Les valeurs de référence orientent l’identification ; il faut tenir compte de la précision et croiser des observations indépendantes.
E — Faux. Non. De nombreux corps purs et mélanges sont incolores : l’aspect seul ne suffit pas. Il faut donc recourir à une propriété mesurable ou à un test chimique adapté.

Méthode à retenir. Faire converger plusieurs indices indépendants, préciser ce que chaque test démontre réellement et garder une conclusion proportionnée.

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