2de Physique-Chimie Exercices Gratuit

Exercices — La transformation physique

💡 Conseil : fais chaque exercice au brouillon avant d’ouvrir le corrigé — c’est en te trompant que tu progresses.

Exercice 1 — Nommer les changements d’état

Donner le nom du changement d’état correspondant à chaque situation :

  1. Un glaçon fond dans un verre.
  2. Une flaque d’eau disparaît au soleil.
  3. De la buée se forme sur une vitre froide.
  4. Le linge mouillé gèle sur le fil en hiver.
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Rappel du cours : chaque passage entre deux états (solide, liquide, gaz) porte un nom précis.

  1. Solide → liquide : fusion.
  2. Liquide → gaz : vaporisation (ici une évaporation lente).
  3. Gaz → liquide : liquéfaction (la vapeur d’eau de l’air se condense en gouttelettes).
  4. Liquide → solide : solidification.

Réflexe à retenir : « fusion » ne veut jamais dire « disparition » — le glaçon qui fond devient de l’eau liquide, la matière est conservée.

Exercice 2 — Écrire une transformation physique

Écrire, avec les états physiques entre parenthèses, la transformation correspondant à :

  1. l’ébullition de l’eau dans une casserole ;
  2. la solidification de l’eau dans un bac à glaçons.

Préciser dans chaque cas si le système reçoit ou cède de l’énergie.

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Rappel du cours : une transformation physique s’écrit avec la même espèce chimique de part et d’autre de la flèche, seuls les états (s)(s), (l)(l) ou (g)(g) changent.

1. Vaporisation :

H2O (l)→H2O (g)\text{H}_2\text{O}\,(l) \rightarrow \text{H}_2\text{O}\,(g)

Pour passer à l’état gazeux, l’eau doit recevoir de l’énergie (celle apportée par la plaque de cuisson) : la transformation est endothermique.

2. Solidification :

H2O (l)→H2O (s)\text{H}_2\text{O}\,(l) \rightarrow \text{H}_2\text{O}\,(s)

L’eau cède de l’énergie au congélateur : la transformation est exothermique.

Réflexe à retenir : fusion, vaporisation, sublimation = endothermiques ; les transformations inverses (solidification, liquéfaction, condensation) = exothermiques.

Exercice 3 — Énergie pour faire fondre un glaçon

L’énergie massique de fusion de la glace vaut Lfus=334 kJ⋅kg−1L_{\text{fus}} = 334\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}.

Calculer l’énergie nécessaire pour faire fondre un glaçon de masse m=50 gm = 50\ \text{g}.

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Formule du cours :

Q=m×LQ = m \times L

Attention à l’unité : m=50 g=0,050 kgm = 50\ \text{g} = 0{,}050\ \text{kg}. Donc :

Q=0,050×334=16,7 kJ≈17 kJQ = 0{,}050 \times 334 = 16{,}7\ \text{kJ} \approx 17\ \text{kJ}

Le glaçon reçoit cette énergie (fusion = endothermique).

Réflexe à retenir : vérifie toujours la cohérence des unités — ici LL est en kJ⋅kg−1\text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}, la masse doit donc être en kg.

Exercice 4 — Énergie de vaporisation

L’énergie massique de vaporisation de l’eau vaut Lvap=2260 kJ⋅kg−1L_{\text{vap}} = 2260\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}.

  1. Calculer l’énergie nécessaire pour vaporiser entièrement m=500 gm = 500\ \text{g} d’eau portée à ébullition.
  2. Comparer LvapL_{\text{vap}} et Lfus=334 kJ⋅kg−1L_{\text{fus}} = 334\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1} : quel changement d’état de l’eau « coûte » le plus d’énergie ?
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1. On applique Q=m×LQ = m \times L avec m=0,500 kgm = 0{,}500\ \text{kg} :

Q=0,500×2260=1130 kJ≈1,13×103 kJQ = 0{,}500 \times 2260 = 1130\ \text{kJ} \approx 1{,}13 \times 10^{3}\ \text{kJ}

2. 2260334≈6,8\dfrac{2260}{334} \approx 6{,}8 : à masse égale, vaporiser de l’eau demande environ 7 fois plus d’énergie que la faire fondre. C’est pour cela que faire bouillir une casserole « à sec » prend beaucoup plus de temps que faire fondre des glaçons.

Astuce de vérification : un ordre de grandeur en tête (Lvap≫LfusL_{\text{vap}} \gg L_{\text{fus}} pour l’eau) permet de repérer immédiatement une erreur de données ou de calcul.

Exercice 5 — Retrouver une masse d’eau (type contrôle ⭐)

Un congélateur retire de l’énergie à de l’eau liquide à 0 °C0\ \text{°C} pour la transformer en glace. L’énergie massique de solidification de l’eau vaut, en valeur absolue, L=334 kJ⋅kg−1L = 334\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}.

  1. La solidification est-elle endothermique ou exothermique pour l’eau ? Justifier.
  2. Le congélateur retire 66,8 kJ66{,}8\ \text{kJ} à l’eau. Calculer la masse d’eau transformée en glace, en grammes.
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1. Lors de la solidification, l’eau cède de l’énergie à son environnement (ici le congélateur l’évacue) : la transformation est exothermique pour l’eau.

2. On part de Q=m×LQ = m \times L et on isole la masse :

m=QL=66,8334=0,200 kg=200 gm = \frac{Q}{L} = \frac{66{,}8}{334} = 0{,}200\ \text{kg} = 200\ \text{g}

Astuce de vérification : on refait le calcul dans l’autre sens : 0,200×334=66,8 kJ0{,}200 \times 334 = 66{,}8\ \text{kJ} ✓. Ce contrôle « aller-retour » est le moyen le plus sûr de valider une formule réarrangée.

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