Les métaux

3ème COURS
Chimie Chapitre 2
LES MÉTAUX
CORRECTION
DES
EXERCICES
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Correction :
Exercice 1 p 30
1 – Les métaux usuels dont il est question dans ce chapitre sont le fer, l'aluminium, le cuivre, le zinc, l'or et l'argent.
2 – Le cuivre et l'or sont reconnaissables à leur couleur jaune-orangé.
3 – Le fer est le seul métal usuel qui soit attiré par un aimant.
4 – Seuls l'or et le cuivre peuvent encore être trouvés à l'état natif. Tous les autres sont à l'état de minerai.
Exercice 2 p 30
1 – Faux. Parmi les métaux précieux, l'argent est de couleur grise.
2 – Vrai. Le cuivre et l'or peuvent être distingués grâce à leur couleur.
3 – Vrai. La masse volumique permet en effet d'identifier les métaux.
4 – Faux. Le bronze (alliage de cuivre et d'étain) n'a pas été inventé au Moyen-Age mais dès l'antiquité.
5 – Faux. Un alliage est constitué d'au moins deux constituants mais dans le cas de l'acier, le deuxième (carbone) n'est pas
un métal.
6 – Faux. L'acier n'est pas un métal mais un alliage. Si ses propriétés chimiques sont très proches de celles du fer, leurs
propriétés physiques diffèrent.
Exercice 3 p 30
1 – a, b et f. Les éléments suivants sont des métaux (or, cuivre et mercure).
2 – d. Le métal le plus abondant de la croûte terrestre est l'aluminium.
3 – a et d. L'aluminium est un des métaux les plus récemment découverts et est extrait d'un minerai appelé bauxite.
Exercice 7 p 31
1 – Oui, le cuivre est attaqué par l'air mais contrairement au fer, la couche d'oxyde qui se forme (appelée vert-de-gris)
protège le métal.
2 – Non, la fonte n'est pas de l'acier fondu mais un alliage de fer et de carbone, comme l'acier, mais dans des proportions
différentes.
3 – Non, l'acier ne peut être recyclé en aluminium car ils sont de nature différente. L'acier ne peut être recyclé qu'en acier.
4 – Parmi les métaux usuels, le fer, l'aluminium, le cuivre, le zinc et l'argent s'oxydent à l'air (réaction avec le dioxygène de
l'air). Pour le fer seulement, cette oxydation est fatale car l'oxyde formé (appelé rouille) se détache du métal et laisse à
découvert la couche superficielle du métal.
5 – Non, tous les métaux ne subissent pas une attaque par tous les acides. L'or par exemple n'est pas attaqué par l'acide
nitrique.
6 – Les métaux attaqués par l'acide chlorhydrique sont le fer, le zinc et l'aluminium.
Exercice 8 p 31
1 – Oui, tous les métaux sont conducteurs de l'électricité.
2 – Non, les métaux ne sont pas biodégradables.
3 – Oui, les températures de fusion des métaux permettent de les distinguer.
4 – Non, l'aluminium n'est pas attiré par un aimant.
Exercice 9 p 31
1 – a, b et d. Tous les métaux sont conducteurs d'électricité, conducteurs de chaleurs et recyclables.
2 – a, c, d et e. Grâce aux logos présents sur cette canette en métal, on sait que la canette contient du fer, que l'acier est attiré
par les aimants, que le fer est attiré par des métaux et que le métal est recyclable.
3 – a et b. La malléabilité est la capacité d'un métal à se façonner et réduire en feuille et elle augmente avec la chaleur.
4 – a et d. La masse volumique est le rapport entre la masse et le volume et permet d'identifier les métaux.
Exercice 11 p 31
1 – C'est la conduction de la chaleur par les métaux qui est mise en évidence lorsque Martin se « brûle les doigts » en
prenant la tasse métallique pleine de lait bouillant.
2 – Le plastique et le grès sont par contre très peu conducteurs de la chaleur. On les appelle des isolants.
3 – De même, le verre et le bois sont des isolants et ne conduisent pas (ou très peu) la chaleur.
Exercice 13 p 32
1 – Pour calculer le volume d'un cylindre dont on connait les dimensions, il faut utiliser la formule V = ×R 2×h où R
est le rayon du cylindre et h sa hauteur. Avec les dimensions données dans l'énoncé, on obtient donc V = ×3 2 ×15 car
il y a une erreur dans l'énoncé et c'est le rayon et non le diamètre qui vaut 3 cm . Le volume de ce cylindre est donc de
V ≃ 424 cm 3 = 0,000424 m 3 .
2 – La masse volumique est le rapport de la masse d'un corps sur son volume, la formule permettant de la calculer est donc
m
3,030
=
. Dans le cas de notre cylindre on a donc  =
≃ 7 140 kg/m 3 .
V
0,000424
3 – Le métal constituant ce cylindre est donc du zinc..
Exercice 15 p 32
1 – La propriété de l'or qui fait qu'on peut l'étirer est sa malléabilité (on parle en fait de ductibilité).
2 – Puisque la masse volumique de l'or vaut  = 19300 kg / m 3 qu' 1 kg = 1000 g,
m
2,65
m
V =
=
,
soit
 = 19300×1000 g/ m 3 = 1,93×107 g /m 3 . Puisque m = 2,65 g et que  =

V
1,93×107
V = 1,37×10−7 m 3 .Nous modéliserons le fil par un cylindre de rayon R = 1 µm = 10-6 m et de longueur h à déterminer.
V
1,37×10−7
1,37
10−7
h =
=
=
×
= 0,436×105 = 4,36×104 m . Ce
Puisque V = ×R 2×h ,
2
−6 2
−12
3,14159
×R
3,14159×10 
10
qui nous fait tout de même 43,6 km de fil avec seulement 2,65 g d'or ...
Exercice 16 p 32
Parmi les métaux proposés, seul le fer réagit dans l'eau. C'est donc la lame B. La lame D est en cuivre puisqu'elle ne réagit ni
dans l'eau ni avec l'acide chlorhydrique. Nous n'avons par contre pas possibilité de distinguer les lames de zinc et
d'aluminium avec les informations ont nous disposons.
Exercice 17 p 32
1 – Un alliage est un mélange d'au moins deux métaux (à l'exception de la fonte et de l'acier qui sont des mélanges de fer et
de carbone qui n'est pas un métal).
2 – Le bronze est un alliage constitué de cuivre et d'étain, l'acier et la fonte sont des mélanges de fer et de carbone, l'acier
inoxydable est un alliage composé de fer, de carbone, de nickel et de chrome, le laiton de cuivre et de zinc ...
3 – L'intérêt de créer des alliages est d'obtenir de nouveaux matériaux possédant des propriétés physiques et chimiques
adaptées à l'utilisation qu'on veut en faire.
4 – L'ajout de nickel (et d'un peu de chrome) dans l'acier le rend inoxydable.
5 – L'ajout de zinc au cuivre permet d'obtenir du laiton plus dur que le cuivre.
Exercice 18 p 32
1 – Vrai. Le métal le plus utilisé pour la fabrication de fils électriques est le cuivre.
2 – Faux. Le métal le plus conducteur d'électricité n'est pas le cuivre mais l'argent.
Exercice 19 p 32
1 – Puisqu'il veut réaliser 15 statuettes de 35 g pièce, il lui faudra 15×35 = 525 g de laiton. Puisqu'il désire un alliage
85
×525 = 446,25 g de cuivre et
constitué de 85 % de cuivre et de 15 % de zinc, il lui faudra m cuivre =
100
15
m zinc =
×525 = 78,75 g de zinc.
100
2 – Puisqu'un kilogramme d'alliage est constitué à 85 % de cuivre et à 15 % de zinc, qu'un kg de cuivre vaut 40 € et qu'un kg
85
15
×40 
×18 = 34  2,7 = 36,70 € .
de zinc en vaut 18, le prix d'un kilogramme d'alliage est
100
100
3 – Puisque la masse d'une statuette est de 35 g = 0,035 kg, le prix de l'alliage pour une statuette est donc de
0,035×36,70 = 1,28 € .
Exercice 21 p 33
Pour résoudre cet exercice, il faut se souvenir qu'un cinquième, vous avez appris que lors du changement d'état d'un corps
pur, la courbe montrant l'évolution de la température en fonction du temps présente un palier alors que ce n'est pas le cas
pour un mélange. De même, vous devez vous souvenir qu'une fusion est le passage de l'état solide à l'état liquide et se fait
donc par apport d'énergie et donc augmentation de température alors qu'une solidification est la transformation inverse et
correspond donc au passage de l'état liquide à l'état solide. Dans ce cas, la température diminue.
Nous pouvons donc affirmer que le graphique A correspond à la fusion d'un métal pur. Cette fusion à lieu aux alentours de
700 °C, il doit s'agir de l'aluminium (Tf = 660 °C). Le graphique B correspond à la solidification d'un métal pur mais il n'est
pas aisé de déterminer s'il s'agit de l'argent (Tf = 960 °C), de l'or (Tf = 1065 °C) ou du cuivre (Tf = 1084 °C) du fait du
manque de précision du graphique. Le
graphique C correspond à la fusion d'un
Evolution de la température en fonction du temps
alliage tandis que le graphique 4
1000
correspond à la solidification d'un métal
900
pur, le zinc (Tf = 420 °C).
Exercice 24 p 33
1 – Voir schéma ci-contre.
2 – Au bout de 10 minutes, le métal est
toujours à l'état solide.
3 – Entre 15 et 40 minutes, la température
n'augmente presque plus. On observe un
palier sur la courbe. C'est alors que le
métal change d'état et passe de l'état
solide à l'état liquide.
4 – Puisque ce palier a lieu lorsque la
température est de 660 °C, c'est que le
métal est de l'aluminium.
Température (en °C)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
Temps (en minutes)
50
60
70
Correction :
Exercice 1 p 30
1 – Les métaux usuels dont il est question dans ce chapitre sont le fer,
l'aluminium, le cuivre, le zinc, l'or et l'argent.
2 – Le cuivre et l'or sont reconnaissables à leur couleur jaune-orangé.
3 – Le fer est le seul métal usuel qui soit attiré par un aimant.
4 – Seuls l'or et le cuivre peuvent encore être trouvés à l'état natif. Tous les
autres sont à l'état de minerai.
Exercice 2 p 30
1 – Faux. Parmi les métaux précieux, l'argent est de couleur grise.
2 – Vrai. Le cuivre et l'or peuvent être distingués grâce à leur couleur.
3 – Vrai. La masse volumique permet en effet d'identifier les métaux.
4 – Faux. Le bronze (alliage de cuivre et d'étain) n'a pas été inventé au
Moyen-Age mais dès l'antiquité.
5 – Faux. Un alliage est constitué d'au moins deux constituants mais dans le
cas de l'acier, le deuxième (carbone) n'est pas un métal.
6 – Faux. L'acier n'est pas un métal mais un alliage. Si ses propriétés
chimiques sont très proches de celles du fer, leurs propriétés physiques
diffèrent.
Exercice 3 p 30
1 – a, b et f. Les éléments suivants sont des métaux (or, cuivre et mercure).
2 – d. Le métal le plus abondant de la croûte terrestre est l'aluminium.
3 – a et d. L'aluminium est un des métaux les plus récemment découverts et
est extrait d'un minerai appelé bauxite.
Exercice 7 p 31
1 – Oui, le cuivre est attaqué par l'air mais contrairement au fer, la couche
d'oxyde qui se forme (appelée vert-de-gris) protège le métal.
2 – Non, la fonte n'est pas de l'acier fondu mais un alliage de fer et de
carbone, comme l'acier, mais dans des proportions différentes.
3 – Non, l'acier ne peut être recyclé en aluminium car ils sont de nature
différente. L'acier ne peut être recyclé qu'en acier.
4 – Parmi les métaux usuels, le fer, l'aluminium, le cuivre, le zinc et l'argent
s'oxydent à l'air (réaction avec le dioxygène de l'air). Pour le fer seulement,
cette oxydation est fatale car l'oxyde formé (appelé rouille) se détache du
métal et laisse à découvert la couche superficielle du métal.
5 – Non, tous les métaux ne subissent pas une attaque par tous les acides.
L'or par exemple n'est pas attaqué par l'acide nitrique.
6 – Les métaux attaqués par l'acide chlorhydrique sont le fer, le zinc et
l'aluminium.
Exercice 8 p 31
1 – Oui, tous les métaux sont conducteurs de l'électricité.
2 – Non, les métaux ne sont pas biodégradables.
3 – Oui, les températures de fusion des métaux permettent de les distinguer.
4 – Non, l'aluminium n'est pas attiré par un aimant.
Exercice 9 p 31
1 – a, b et d. Tous les métaux sont conducteurs d'électricité, conducteurs de
chaleurs et recyclables.
2 – a, c, d et e. Grâce aux logos présents sur cette canette en métal, on sait
que la canette contient du fer, que l'acier est attiré par les aimants, que le fer
est attiré par des métaux et que le métal est recyclable.
3 – a et b. La malléabilité est la capacité d'un métal à se façonner et réduire
en feuille et elle augmente avec la chaleur.
4 – a et d. La masse volumique est le rapport entre la masse et le volume et
permet d'identifier les métaux.
Exercice 11 p 31
1 – C'est la conduction de la chaleur par les métaux qui est mise en évidence
lorsque Martin se « brûle les doigts » en prenant la tasse métallique pleine
de lait bouillant.
2 – Le plastique et le grès sont par contre très peu conducteurs de la chaleur.
On les appelle des isolants.
3 – De même, le verre et le bois sont des isolants et ne conduisent pas (ou
très peu) la chaleur.
Exercice 13 p 32
1 – Pour calculer le volume d'un cylindre dont on connait les dimensions, il
faut utiliser la formule V = ×R 2 ×h où R est le rayon du cylindre et h sa
hauteur. Avec les dimensions données dans l'énoncé, on obtient donc
2
V = ×3 ×15 car il y a une erreur dans l'énoncé et c'est le rayon et non
le diamètre qui vaut 3 cm . Le volume de ce cylindre est donc de
3
3
V ≃ 424 cm = 0,000424 m .
2 – La masse volumique est le rapport de la masse d'un corps sur son
m
. Dans le cas
volume, la formule permettant de la calculer est donc  =
V
3,030
3
≃ 7140 kg /m .
de notre cylindre on a donc  =
0,000424
3 – Le métal constituant ce cylindre est donc du zinc..
Exercice 15 p 32
1 – La propriété de l'or qui fait qu'on peut l'étirer est sa malléabilité (on
parle en fait de ductibilité).
2 – Puisque la masse volumique de l'or vaut  = 19 300 kg/ m3 qu' 1 kg =
1000 g,  = 19 300×1000 g/ m 3 = 1,93×107 g / m 3 . Puisque m = 2,65 g
m
2,65
m
−7
3
V
=
=

=
,
et que
soit
.Nous
V
=
1,37×10
m
7

V
1,93×10
modéliserons le fil par un cylindre de rayon R = 1 µm = 10-6 m et de
longueur h à déterminer. Puisque V = ×R 2 ×h ,
V
1,37×10−7
1,37
10−7
5
h =
=
=
×
=
0,436×10
3,14159
×R 2
3,14159×10−6 2
10−12
soit h = 4,36×104 m. Ce qui nous fait tout de même 43,6 km de fil avec
seulement 2,65 g d'or ...
Exercice 16 p 32
Parmi les métaux proposés, seul le fer réagit dans l'eau. C'est donc la lame
B. La lame D est en cuivre puisqu'elle ne réagit ni dans l'eau ni avec l'acide
chlorhydrique. Nous n'avons par contre pas possibilité de distinguer les
lames de zinc et d'aluminium avec les informations ont nous disposons.
Exercice 17 p 32
1 – Un alliage est un mélange d'au moins deux métaux (à l'exception de la
fonte et de l'acier qui sont des mélanges de fer et de carbone qui n'est pas un
métal).
2 – Le bronze est un alliage constitué de cuivre et d'étain, l'acier et la fonte
sont des mélanges de fer et de carbone, l'acier inoxydable est un alliage
composé de fer, de carbone, de nickel et de chrome, le laiton de cuivre et de
zinc ...
3 – L'intérêt de créer des alliages est d'obtenir de nouveaux matériaux
possédant des propriétés physiques et chimiques adaptées à l'utilisation
qu'on veut en faire.
4 – L'ajout de nickel (et d'un peu de chrome) dans l'acier le rend inoxydable.
5 – L'ajout de zinc au cuivre permet d'obtenir du laiton plus dur que le
cuivre.
Exercice 18 p 32
1 – Vrai. Le métal le plus utilisé pour la fabrication de fils électriques est le
cuivre.
2 – Faux. Le métal le plus conducteur d'électricité n'est pas le cuivre mais
l'argent.
Exercice 19 p 32
1 – Puisqu'il veut réaliser 15 statuettes de 35 g pièce, il lui faudra
15×35 = 525 g de laiton. Puisqu'il désire un alliage constitué de 85 % de
85
×525 = 446,25 g de
cuivre et de 15 % de zinc, il lui faudra mcuivre =
100
15
×525 = 78,75 g de zinc.
cuivre et mzinc =
100
2 – Puisqu'un kilogramme d'alliage est constitué à 85 % de cuivre et à 15 %
de zinc, qu'un kg de cuivre vaut 40 € et qu'un kg de zinc en vaut 18, le prix
d'un kilogramme d'alliage est
85
15
×40 
×18 = 34  2,7 = 36,70 € .
100
100
3 – Puisque la masse d'une statuette est de 35 g = 0,035 kg, le prix de
l'alliage pour une statuette est donc de 0,035×36,70 = 1,28 € .
Exercice 21 p 33
Pour résoudre cet exercice, il faut se souvenir qu'un cinquième, vous avez
appris que lors du changement d'état d'un corps pur, la courbe montrant
l'évolution de la température en fonction du temps présente un palier alors
que ce n'est pas le cas pour un mélange. De même, vous devez vous
souvenir qu'une fusion est le passage de l'état solide à l'état liquide et se fait
donc par apport d'énergie et donc augmentation de température alors qu'une
solidification est la transformation inverse et correspond donc au passage de
l'état liquide à l'état solide. Dans ce cas, la température diminue.
Nous pouvons donc affirmer que le graphique A correspond à la fusion d'un
métal pur. Cette fusion à lieu aux alentours de 700 °C, il doit s'agir de
l'aluminium (Tf = 660 °C). Le graphique B correspond à la solidification
d'un métal pur mais il n'est pas aisé de déterminer s'il s'agit de l'argent (Tf =
960 °C), de l'or (Tf = 1065 °C) ou du cuivre (Tf = 1084 °C) du fait du
manque de précision du graphique. Le graphique C correspond à la fusion
d'un alliage tandis que le graphique 4 correspond à la solidification d'un
métal pur, le zinc (Tf = 420 °C).
Exercice 24 p 33
Evolution de la température en fonction du temps
1000
900
Température (en °C)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
Temps (en minutes)
50
60
70
1 – Voir schéma ci-dessus.
2 – Au bout de 10 minutes, le métal est toujours à l'état solide.
3 – Entre 15 et 40 minutes, la température n'augmente presque plus. On
observe un palier sur la courbe. C'est alors que le métal change d'état et
passe de l'état solide à l'état liquide.
4 – Puisque ce palier a lieu lorsque la température est de 660 °C, c'est que le
métal est de l'aluminium.