Exercices — Identifier les espèces chimiques

1. On utilise les températures de changement d’état (fusion et ébullition). Ce sont des grandeurs caractéristiques : pour une espèce pure, elles ont des valeurs bien définies, qu’on peut comparer à des tables de référence.

2. Le liquide bout à $78\ \text{°C}$ et se solidifie à $-114\ \text{°C}$. Dans la table, la seule espèce qui possède à la fois ces deux valeurs est l’éthanol (fusion à $-114\ \text{°C}$, ébullition à $78\ \text{°C}$).

Remarque : une seule température peut parfois correspondre à plusieurs espèces (l’éthanol et le cyclohexane bouillent presque à la même température !). En croiser deux rend l’identification beaucoup plus fiable.

1. La masse volumique est la masse divisée par le volume :

$\rho = \dfrac{m}{V}$

2. Avec $m = 39{,}5\ \text{g}$ et $V = 50{,}0\ \text{mL}$ :

$\rho = \dfrac{39{,}5}{50{,}0} = 0{,}790\ \text{g/mL}$

3. On compare à la table : $0{,}79\ \text{g/mL}$ correspond à l’éthanol.

Réflexe à retenir : vérifie toujours que les unités de $m$ et de $V$ sont cohérentes avec celles de la table avant de calculer.

1. Le solide blanc est du sulfate de cuivre anhydre : il devient bleu en présence d’eau. Le jus de fruit contient donc de l’eau (ce qui n’est pas une surprise !).

2. La détonation (le petit « aboiement ») à l’approche d’une flamme est le test du dihydrogène $\text{H}_2$.

3. L’eau de chaux qui se trouble (précipité blanc) met en évidence le dioxyde de carbone $\text{CO}_2$.

4. Une bûchette incandescente ravivée met en évidence le dioxygène $\text{O}_2$, qui entretient les combustions.

Piège classique en contrôle : ne confonds pas le test du $\text{H}_2$ (détonation) et celui du $\text{O}_2$ (bûchette ravivée) — les deux utilisent une flamme, mais l’observation est différente.

1. L’échantillon E donne deux taches : c’est donc un mélange d’au moins deux espèces. Un corps pur ne donnerait qu’une seule tache.

2. Le rapport frontal est la distance parcourue par l’espèce divisée par la distance parcourue par le front de l’éluant :

$R_f = \dfrac{h}{H}$

• $R_f(\text{A}) = \dfrac{3{,}2}{8{,}0} = 0{,}40$
• $R_f(\text{B}) = \dfrac{4{,}8}{8{,}0} = 0{,}60$
• $R_f(\text{C}) = \dfrac{6{,}0}{8{,}0} = 0{,}75$

Un rapport frontal est sans unité et toujours compris entre 0 et 1.

3. Les deux taches de E ont pour rapports frontaux $\dfrac{3{,}2}{8{,}0} = 0{,}40$ et $\dfrac{6{,}0}{8{,}0} = 0{,}75$ : elles sont à la même hauteur que les taches de A et de C. L’échantillon E contient donc les colorants A et C.

1. $\rho = \dfrac{m}{V} = \dfrac{77{,}9}{100{,}0} = 0{,}779\ \text{g/mL} \approx 0{,}78\ \text{g/mL}$

2. Non. L’éthanol ($0{,}79\ \text{g/mL}$) et le cyclohexane ($0{,}78\ \text{g/mL}$) ont des masses volumiques trop proches : compte tenu de la précision de la mesure, on ne peut pas les départager avec cette seule grandeur.

3. La température d’ébullition mesurée est $81\ \text{°C}$, celle du cyclohexane — l’éthanol bout à $78\ \text{°C}$. Les deux mesures ensemble ($\rho \approx 0{,}78\ \text{g/mL}$ et ébullition à $81\ \text{°C}$) désignent le cyclohexane.

Morale de l’enquête : quand deux espèces ont une grandeur caractéristique voisine, on en croise une deuxième. C’est exactement la démarche attendue en contrôle.