Cette expérience est structurée pour identifier des substances inconnues en mesurant des propriétés physiques clés : les points d'ébullition pour les liquides et la densité pour les solides. Elle est divisée en deux parties pour une approche complète.
Partie A: cible l’identification de liquides inconnus. Elle implique des mesures précises de volume, un chauffage contrôlé à 105°C et une surveillance du comportement d’ébullition pour déterminer le point d’ébullition de chaque liquide. Cette étape est essentielle pour identifier les liquides ou les comparer à des substances connues.
Partie B: se concentre sur l'identification des solides inconnus par des mesures de densité. Cela comprend la pesée des solides, l'utilisation du déplacement d'eau pour mesurer le volume – une technique inspirée du principe d'Archimède – et le calcul de la densité en divisant la masse par le volume. Ce processus est essentiel pour distinguer ou identifier des substances solides
Objectifs Éducatifs
- Maîtriser les techniques de mesure : Améliorer les compétences en matière de mesure précise du volume et de la masse, fondements de l'analyse scientifique.
- Comprendre les propriétés physiques : Approfondir les connaissances sur la façon dont les points d'ébullition et la densité servent d'identifiants pour les substances.
- Application des principes théoriques : Appliquez des principes de physique et de chimie, comme le principe d'Archimède, à des scénarios du monde réel.
- Développer des compétences analytiques Cultiver la capacité d'analyser et d'identifier des substances en fonction de leurs propriétés physiques, en utilisant des comparaisons avec des matériaux connus pour vérification ou identification.
- Intégration des connaissances disciplinaires : Démontrer l'intégration de la chimie et de la physique par des applications pratiques, en soulignant la nature interdisciplinaire de la recherche scientifique.
En participant à cette expérience, les participants appliqueront non seulement des techniques de laboratoire essentielles, mais apprendront également à distinguer et à caractériser des produits chimiques par leurs propriétés physiques. Cette expérience pratique avec H2O, éthanol, CaCO3, et Fe(OH)3 comme substances tests souligne l'utilisation pratique du point d'ébullition et de la densité dans l'identification des substances, offrant une compréhension approfondie des principes guidant l'identification des substances inconnues dans l'exploration scientifique.
Protocole
Identification de liquides inconnus
- Mesurez précisément 50 mL du liquide inconnu 1 à l'aide de l'éprouvette graduée de 50 mL.
- Versez le liquide contenu dans l'éprouvette graduée dans un bécher de 100 mL étiqueté A.
- Rincez l'éprouvette graduée.
- Répétez les étapes 1 à 3 avec le liquide inconnu 2, avec le bécher B.
- Placez le bécher A sur la plaque chauffante de gauche et le bécher B sur la plaque chauffante de droite.
- Placez une barre d'agitation magnétique à l'intérieur de chaque bécher.
- Fixez une pince universelle aux supports au-dessus du centre de chaque bécher.
- Placez un thermomètre dans chaque bécher en les fixant aux pinces attachées aux supports universels.
- Démarrez le chronomètre.
- Démarrez les agitateurs magnétiques.
- Ajustez la température des plaques chauffantes à 105 °C.
- Dans le tableau des résultats, vérifiez la modification de la température.
- Selon la température d'ébullition, quels pourraient être les liquides inconnus ?
- Lorsque la température d'ébullition maximale pour chaque bécher a été atteinte, arrêtez les agitateurs magnétiques.
- Arrêtez le chronomètre.
- Abaissez la température de la plaque chauffante à 15°C.
- Détachez les thermomètres des pinces.
- Retirez les barres d'agitation magnétiques des béchers.
- Vider le contenu des béchers dans le bac de récupération.
Identification de solides inconnus
- À l'aide de la pince, placez 5 morceaux de solide inconnu 1 sur la balance en utilisant la nacelle. Notez le poids total des 5 morceaux.
- En utilisant l'eau du robinet, remplissez un récipient à trop-plein jusqu'à sa capacité maximale avant le débordement (500 mL). Laissez l'excès d'eau couler dans l'évier.
- Placez la cuve de trop-plein sur le comptoir juste à côté de la éprouvette graduée de 25 mL de manière à ce que cette dernière soit positionnée sous l'ouverture de la cuve de trop-plein.
- Vider doucement les morceaux de solide 1 contenus dans la nacelle de pesée dans le récipient de trop-plein. Attention ! Les doigts ne doivent pas entrer en contact avec l'eau afin de ne pas fausser les résultats.
- En utilisant le trop-plein du vase de trop-plein et le ménisque dans l'éprouvette graduée, déterminez le volume du solide 1.
- Attendez que l'écoulement s'arrête complètement.
- Enregistrer le volume occupé. Avec la masse des pièces pesées à l'étape 1, vous pourrez ainsi calculer la masse volumique.
- À l'aide de la pince, retirez les morceaux de solide 1 du récipient de débordement et jetez-les dans le bac de récupération.
- Vider le liquide contenu dans la éprouvette graduée de 25 ml dans le bac de récupération.
- Utilisez l'eau du robinet pour remplir à nouveau le récipient de débordement jusqu'à sa pleine capacité avant le débordement (500 mL). Laissez l'excès d'eau s'écouler dans l'évier.
- Replacez le vase d'débordement sur le comptoir juste à côté de la éprouvette graduée de 25 mL de manière à ce que cette dernière soit positionnée sous l'ouverture d'débordement du vase d'débordement.
- À l'aide de la pince, déposez 5 morceaux du solide inconnu 2 sur la balance à l'aide de la barquette de pesée. Notez le poids total des 5 morceaux.
- Videz délicatement les solides 2 du bateau de pesée dans le récipient de trop-plein. Attention ! Les doigts ne doivent pas entrer en contact avec l'eau afin de ne pas fausser les résultats.
- En utilisant le débordement du vase de trop-plein et le ménisque dans la éprouvette graduée, déterminez le volume du solide 2.
- Enregistrez le volume occupé. Avec la masse des pièces pesées à l'étape 12, vous pourrez ainsi calculer la densité. Vous aurez constaté que le liquide devient orange foncé ou rouge après l'ajout du solide inconnu 2.
- Vous pourrez ainsi identifier les 2 solides inconnus grâce à leur densité.
Résultats attendus
- Le liquide inconnu #1 est de l'eau
- Le liquide inconnu #2 est de l'éthanol. Comme le point d'ébullition de l'éthanol est de 78 °C, il entrera en ébullition plus rapidement que l'eau, dont le point d'ébullition est de 100 °C.
- Le solide inconnu #1 est du carbonate de calcium (CaCO₃) : un morceau pèse 2,9 grammes et cinq morceaux pèsent 14,5 grammes. Avec une densité de 2,71 g/mL, ces cinq morceaux occuperont un volume de 5,4 mL.
- Le solide inconnu #2 est de l'hydroxyde de fer (III) (Fe(OH)₃) ; un morceau pèse 12,75 grammes et cinq morceaux pèsent 63,75 grammes. Étant donné que sa densité est de 4,25 g/mL, le volume total occupé par ces morceaux sera de 15 mL.
Identification des liquides : en chauffant deux liquides inconnus à 105 °C et en observant leurs points d'ébullition, les élèves en déduisent que le liquide #1 (l'eau) bout à 100 °C et le liquide #2 (l'éthanol) à 78 °C. Cette expérience permet non seulement d'illustrer le concept des points d'ébullition, mais aussi de présenter une méthode d'identification des substances en fonction de leurs propriétés physiques.
Identification des solides : À l'aide de la méthode du déplacement, les participants déterminent la densité de deux solides inconnus. Ils ont découvert que le solide #1 (carbonate de calcium, CaCO₃) a une densité de 2,71 g/mL et occupe un volume de 5,4 mL, tandis que le solide #2 (hydroxyde de fer (III), Fe(OH)₃) a une densité de 4,25 g/mL et occupe un volume de 15 mL. Cette partie de l'expérience renforce la notion de densité et son rôle dans l'identification des substances.
Sécurité et Précision : L'importance de la sécurité en laboratoire est soulignée par l'utilisation d'équipements de protection et la manipulation adéquate des matériaux. La précision des mesures est cruciale pour des résultats scientifiques exacts.
Comprendre les propriétés physiques : Les élèves apprennent que les propriétés physiques comme le point d'ébullition et la densité sont essentielles à l'identification des substances. Cette expérience pratique renforce les connaissances théoriques.
Méthode scientifique : Le protocole illustre la méthode scientifique : faire des observations, formuler des hypothèses, mener des expériences et tirer des conclusions. Résolution de problèmes : Les élèves appliquent la pensée critique et des compétences en résolution de problèmes pour déduire l'identité de substances inconnues, une compétence essentielle dans la recherche scientifique.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Niveaux 3-5 (âges 8-10)
- Concentre-toi: Introduction de base aux points d'ébullition et à la densité, mesures simples.
- Activités: Observation des points d'ébullition, mesure du volume et de la masse, calculs de base, consignes de sécurité de base.
De la 6e à la 8e année (11-13 ans)
- Concentre-toiCompréhension et application intermédiaires des techniques de mesure et des propriétés physiques.
- ActivitésMesurer le volume et la masse, observer les points d'ébullition, appliquer le principe d'Archimède, enregistrer les observations, suivre des protocoles de sécurité détaillés.
Secondaire 3-5 (14-18 ans)
Concentre-toi: Maîtrise avancée des techniques de mesure et des compétences analytiques.
Activités: Mesure détaillée des propriétés physiques, contrôle précis des conditions expérimentales, calculs avancés, application des principes théoriques, enregistrement et analyse détaillés, respect des protocoles de sécurité avancés.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Béchers (100 ml et 1000 ml)
- Gouttes
- Balance électronique
- Éprouvettes graduées (25 ml et 50 ml)
- Plaque chauffante
- Support de laboratoire et pinces
- Agitateur magnétique
- Bassin de trop-plein
- Spatules
- Thermomètres et minuteur
- Pince à épiler
Produits
- Liquides non identifiés (#1 et #2).
- Solides non identifiés (#1 et #2).