5e – Physique-chimie · Organisation et transformations de la matière
Les états de la matière et les changements d’état
Exercices corrigés de physique-chimie (5e) sur les trois états de la matière, les changements d’état, la conservation de la masse et le palier de température.
- 5 exercices
- 40 min
- Corrigé détaillé
L’essentiel à retenir
- La matière existe sous trois états : solide (forme propre), liquide (prend la forme du récipient, surface libre horizontale), gaz (occupe tout l’espace disponible).
- Fusion : solide → liquide. Solidification : liquide → solide. Vaporisation : liquide → gaz. Liquéfaction : gaz → liquide.
- Lors d’un changement d’état, la masse se conserve mais le volume peut changer.
- Pour l’eau pure, la fusion et la solidification se font à 0 °C, l’ébullition à 100 °C (à pression normale) : la température reste constante pendant le changement d’état (palier).
Nommer le changement d’état
Pour commencerDonne le nom du changement d’état dans chaque situation.
a) Un glaçon fond dans un verre. b) De la buée apparaît sur un miroir de salle de bain. c) Une flaque d’eau disparaît au soleil. d) On met de l’eau au congélateur pour faire des glaçons.
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a) Fusion (solide → liquide).
b) Liquéfaction : la vapeur d’eau (gaz) de l’air devient liquide au contact du miroir froid.
c) Vaporisation (ici une évaporation lente, sans ébullition).
d) Solidification (liquide → solide).
Reconnaître l’état
Pour commencerPour chaque propriété, indique s’il s’agit d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz.
a) Il a une forme propre. b) Il occupe tout le volume du récipient. c) Sa surface libre est plane et horizontale au repos.
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a) Solide. b) Gaz. c) Liquide.
La masse se conserve
Pour s’entraînerLéo pèse un flacon fermé contenant des glaçons : la balance affiche 152 g. Il attend que tous les glaçons aient fondu, sans ouvrir le flacon.
1) Quelle masse la balance affiche-t-elle ensuite ? Justifie.
2) Pourquoi faut-il que le flacon reste fermé ?
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1) La balance affiche toujours 152 g : lors d’un changement d’état, la masse se conserve.
2) Si le flacon était ouvert, une partie de l’eau pourrait s’évaporer et quitter le flacon, et de la vapeur d’eau de l’air pourrait se liquéfier sur la paroi froide : la mesure serait faussée.
Lire une courbe de température
Pour s’entraînerOn chauffe de la glace sortie du congélateur. On relève la température : −10 °C au départ, puis elle monte jusqu’à 0 °C, reste à 0 °C pendant 6 minutes, puis remonte jusqu’à 20 °C.
1) Que se passe-t-il pendant les 6 minutes où la température reste à 0 °C ?
2) Dans quel(s) état(s) est l’eau pendant ce palier ?
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1) C’est la fusion de la glace : l’énergie reçue sert à changer d’état, pas à élever la température. On observe un palier.
2) Pendant le palier, il y a à la fois de la glace (solide) et de l’eau liquide. À la fin du palier, toute la glace a fondu.
Le volume change, pas la masse
Pour aller plus loinOn remplit à ras bord une bouteille en verre avec 1 L d’eau, on la ferme et on la place au congélateur. Le lendemain, la bouteille est cassée.
1) Explique ce qui s’est passé.
2) La masse de la glace est-elle plus grande, plus petite ou égale à celle de l’eau liquide ?
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1) En se solidifiant, l’eau augmente de volume (la glace occupe environ 1,09 L pour 1 L d’eau). La bouteille, pleine et fermée, ne peut pas contenir ce volume supplémentaire : elle casse.
2) La masse est égale (environ 1 kg) : la masse se conserve, seul le volume change. C’est une exception : la plupart des corps diminuent de volume en se solidifiant.