Une seule mesure ne suffit pas

Exercice d'entraînement · niveau 3 (difficile) · chimie (seconde), chapitre 1 — Identification des Espèces Chimiques · Grandeurs physiques caractéristiques

Énoncé

Un flacon sans étiquette contient un liquide incolore et volatil. On en prélève $V = 25, 0 mL$ à la pipette jaugée et on mesure une masse $m = 19, 5 g$ (récipient taré).<div class="overflow-x-auto my-6"><table style="border-collapse:collapse;width:100%" class="text-xs"><tr style="border-top:1.5px solid #2E2C26;border-bottom:1.5px solid #2E2C26"><th style="text-align:left;padding:8px 12px;font-weight:700;font-size:11px;letter-spacing:.04em;text-transform:uppercase;color:#6B6557">Espèce</th><th style="text-align:center;padding:8px 12px;font-weight:700;font-size:11px;letter-spacing:.04em;text-transform:uppercase;color:#6B6557"> $θ_{fus}$ ( $^{\circ} C$ )</th><th style="text-align:center;padding:8px 12px;font-weight:700;font-size:11px;letter-spacing:.04em;text-transform:uppercase;color:#6B6557"> $θ_{eb}$ ( $^{\circ} C$ )</th><th style="text-align:center;padding:8px 12px;font-weight:700;font-size:11px;letter-spacing:.04em;text-transform:uppercase;color:#6B6557">Masse volumique ( $g/mL$ )</th></tr><tr><td style="text-align:left;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top">Cyclohexane</td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $7$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $81$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $0, 78$ </td></tr><tr><td style="text-align:left;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top">Éthanol</td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $- 114$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $78$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $0, 79$ </td></tr><tr><td style="text-align:left;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top">Acétone</td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $- 95$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $56$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $0, 79$ </td></tr><tr><td style="text-align:left;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top">Eau</td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $0$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $100$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $1, 00$ </td></tr><tr><td style="text-align:left;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top">Glycérol</td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $18$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $290$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $1, 26$ </td></tr><tr style="border-bottom:1.5px solid #2E2C26"><td style="text-align:left;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top">Tétrachlorométhane</td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $- 23$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $77$ </td><td style="text-align:center;padding:8px 12px;color:#34332D;vertical-align:top"> $1, 59$ </td></tr></table></div>1. Calculer la masse volumique du liquide.<br> 2. Quelles espèces du tableau restent compatibles avec cette seule mesure ? Expliquer pourquoi une mesure unique ne permet pas de conclure.<br> 3. On chauffe ensuite le liquide : il bout à $81^{\circ} C$ sous la pression atmosphérique normale. Identifier le liquide.<br> 4. Un camarade affirme : « Le palier prouve à lui seul qu'il s'agit de cette espèce. » Discuter.

Corrigé

1. La masse volumique. $ρ = \frac{19 , 5}{25 , 0} = 0, 780 g/mL .$

2. Deux candidats. Le tableau donne $0, 78 g/mL$ pour le cyclohexane, et $0, 79 g/mL$ pour l'éthanol comme pour l'acétone : compte tenu de l'incertitude d'une pesée et d'un prélèvement, ces trois espèces restent possibles. Une grandeur caractéristique ne suffit pas dès que plusieurs espèces partagent la même valeur : il en faut une seconde, indépendante.

3. Le liquide. Les températures d'ébullition les séparent nettement : $81^{\circ} C$ pour le cyclohexane, $78^{\circ} C$ pour l'éthanol, $56^{\circ} C$ pour l'acétone. La valeur mesurée désigne le cyclohexane, et la masse volumique la confirme.

4. Discussion. Le palier prouve que le liquide est un corps pur, et sa valeur oriente fortement vers le cyclohexane — mais d'autres espèces, absentes du tableau, peuvent bouillir vers $81^{\circ} C$ . C'est la concordance de deux grandeurs indépendantes qui rend l'identification solide, non le palier seul.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.