Solution

CM1
SCIENCES
Les reporters
Directrice d’édition
Sandra Boëche
Conseiller scientifique
Franck James,
formateur en sciences à l’IUFM
Auteurs
Régis Delpeuch,
professeur des écoles
Bernard Darley,
formateur en sciences à l’IUFM
4
Mélanges et solutions
Guide du manuel
Programmes
Référence aux programmes de 2008 : cycle 3,
la matière.
Mélanges et solutions.
Objectifs principaux :
• distinguer ce qu’est une solution, mélange homogène
de deux corps, d’un mélange hétérogène ;
• aborder les notions de miscibilité, de solution saturée,
de solvant et de soluté.
Les notions en jeu
Une solution est la dispersion homogène d’un corps
dans un autre. On parlera de solubilité pour un corps
solide (soluté) dispersé dans un liquide (solvant).
On parlera plutôt de miscibilité dans le cas de deux
liquides. Une solution est donc un mélange homogène
dans lequel on ne peut plus distinguer le soluté du
solvant. Une solution est donc toujours transparente et
limpide àl’inverse d’un mélange hétérogène dans lequel
une partie au moins des corps mélangés
se distingue visuellement.
Une solution n’est pas une transformation chimique
du soluté par le solvant. Par évaporation du solvant, on
retrouve l’intégralité du soluté. Ainsi de l’eau salée soumise à l’évaporation permettra d’en extraire le sel, une
goutte d’eau contenant du calcaire déposera une très
fine pellicule de ce minéral. La réversibilité du processus
(dissolution/extraction du soluté par évaporation ou
distillation) est une première approche de la chimie par
le principe de la conservation de la matière.
La miscibilité et la non-miscibilité de deux liquides
permettront d’illustrer les mélanges entre liquides :
liquides miscibles (eau/sirop, eau/alcool, eau/vinaigre…) et liquides non miscibles qui vont donner des
émulsions (eau/huile).
Intérêt du thème et difficultés
L’eau est un des corps les plus répandus sur la Terre.
À l’état liquide, c’est aussi un des solvants les plus universels. Il existe peu de corps qui, au moins en quantité
infinitésimale, ne soit pas soluble dans l’eau. Autant de
corps qui se redéposeront lorsque l’eau s’évaporera.
L’eau est donc un transporteur d’une très grande importance, à la fois dans le monde géologique (dissolution et
dépôt du calcaire dans les massifs karstiques) et dans le
monde du vivant (transport des sels minéraux nécessai-
res à la plante dans la sève brute, transport des nutriments, des déchets, des hormones… par le sang).
Les solutions sont donc omniprésentes, il est donc
important que les élèves en prennent conscience.
Une des premières difficultés vient du lexique commun.
Il est usuel de dire « le sucre, le sel fond dans l’eau ».
La fonte (ou fusion) est un changement d’état (passage
de l’état solide à l’état liquide) et n’a donc rien à voir
avec la dissolution qui est une dispersion des molécules
ou des ions du soluté dans le solvant.
Ce qui conduit à soulever la seconde difficulté : celle de
se représenter mentalement en quoi consiste la dissolution. Si aucune image mentale n’est associée à ce processus, le risque sera grand de faire de « solution » un
mot « paravent » qui cachera une absence de conceptualisation. C’est pourquoi il est important d’amener
les élèves à faire des représentations schématiques du
processus de dissolution. Représentation qui, par la
matérialisation du soluté sous forme de « petits grains
invisibles » permettra, outre une approche de l’abstraction en représentant l’invisible, de justifier la « réapparition » de ce soluté lorsqu’il y a évaporation.
s’interroger
RÉP ONS ES AUX QUE STIO NS ET PRO LON
GEM ENT S
La page « s’interroger » présente les principaux enjeux
qui concernent les mélanges et solutions.
question
1
Le thé sur la photo de droite représente une solution (mélange
homogène limpide et transparent). La vinaigrette sur la photo
de gauche représente un mélange hétérogène (émulsion
d’huile et de vinaigre).
Cette question introduit la différence entre solution
et mélange hétérogène. Cette première observation
permet de faire une première distinction visuelle entre
ces deux types de mélanges, sans aborder encore
l’origine de cette différence. Sur cette base (limpide/
non limpide), une classification des principaux liquides
usuels pourra être faite avec hypothèse que les liquides
limpides sont soit des corps purs, soit des solutions.
La solution est donc ici un état qui se distingue du
mélange par son aspect.
chapitre
4
19
question
2
question
Le brassage de l’huile et de l’eau va conduire à un
mélange hétérogène, non limpide (on pourra proposer
le terme d’émulsion). Une première différence visuelle
apparaît en comparaison avec le cas précédent.
question
L’huile et l’eau ne forment pas un mélange homogène, mais
bien un mélange hétérogène.
3
Les grains de sels se sont dissous dans l’eau.
C’est la disparition du soluté qui est évoquée ici. Si une
solution est un mélange de deux corps, où est passé
le second puisque seule l’eau reste visible ? Si le sel ne
se révèle plus visuellement, on peut encore le mettre
en évidence par le goût. Il est donc bien présent mais
rendu invisible. C’est ici qu’une modélisation de la
dispersion permettra aux élèves de se construire une
image mentale du processus de dissolution.
question
observer, rechercher
LON GEM ENT S
RÉP ONS ES AUX QUE STIO NS ET PRO
A question
question
4
C question
1
question
2
L’équilibre de la balance est rompu. Pour un volume identique
le verre d’eau est plus lourd que le verre d’huile.
On dit que l’eau est plus dense que l’huile.
Faire le rapport avec le fait que l’huile se situait à la
surface, au-dessus de l’eau, lors du mélange entre eau
et huile.
2
Le fait de remuer va disperser le sirop dans l’eau et
permettre la miscibilité entre les deux liquides. Comme
pour le sel, il y a dispersion du sirop dans l’eau et formation d’un mélange homogène puisque limpide.
question
3
Le mélange est stable dans le temps, il n’y a pas séparation des deux corps (sirop et eau), c’est donc bien une
solution, un mélange homogène.
B Cet exercice reprend le principe d’un mélange de deux
corps différents abordé dans l’exercice précédent,
l’objectif est d’attirer l’attention des élèves sur ce qui
est commun (au moins en apparence) et sur ce qui est
différent.
question
1
Comme dans la question 1 de l’exercice A, les deux
liquides se séparent. Le mélange apparaît donc comme
hétérogène. Mais l’est-il réellement ou bien va-t-il réagir
comme le précédent en n’en constituant qu’un, homogène et stable dans le temps ?
chapitre
4
3
Les élèves peuvent faire l’hypothèse que le sirop sera
plus dense que l’eau puisqu’il « coule ». Une vérification
expérimentale peut être proposée qui permettra de
réinvestir tous les éléments du protocole de pesée.
1
Si la manipulation a été correcte, les deux liquides se
distinguent ; le mélange apparaît donc comme hétérogène, le sirop se retrouve en bas et l’eau par-dessus.
question
3
Le mélange n’est pas stable dans le temps, les liquides
se séparent rapidement, l’huile, moins dense que l’eau,
se retrouve au-dessus de celle-ci.
question
20
2
Si on mélange du sucre et de l’eau ou du sable et de l’eau,
on n’obtient pas le même résultat : la solution de sucre est un
mélange homogène tandis que l’eau et le sable donnent un
mélange hétérogène.
Cette question introduit la notion de mélange et
la distinction entre mélange homogène (solution de
sucre) et mélange hétérogène (eau et sable). La solution
(mélange homogène) n’est donc plus un état en soi
mais bien le produit d’un mélange de deux corps
(au moins).
Pour compléter ma page magazine
Voici les consignes à donner aux élèves pour exploiter la
page magazine.
Les mots de la science
Complète le texte avec les mots suivants :
solution – homogène – au-dessus – soluble – miscibles –
mélange
Insolite
Calcule la quantité de sel contenue dans une baignoire
remplie d’eau de mer puis complète le texte.
Les images de la science
Découpe et colle l’étiquette d’une bouteille d’eau
minérale où sont notés les éléments en solution.
Relève quelques éléments que l’on trouve dans cette eau.
Les notes du reporter
Imagine et décris un protocole expérimental qui permet de savoir quelle quantité de sel maximale on peut
dissoudre dans 1 litre d’eau. Fais un schéma légendé
puis explique ses conditions expérimentales et donne le
résultat en grammes de sel par litre.
Mélanges et solutions
Les reporters
Les
mots
de la
science
Mélange ? Solution ?
iNSOLiTE
Le sel et le sucre sont solubles dans l’eau. Ils forment
La concentration en sel dans l’eau de mer
est d’environ 35 g/litre. L’évaporation de l’eau
d’une baignoire remplie de 140 l d’eau de mer
permet de récupérer . . . . . .4,9 kg
. . . . . . . . . . . . . . de sel !
une . . . . . . . solution
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’eau est le solvant,
le sel ou le sucre sont les solutés. Par évaporation ou
par ébullition, on sépare le sel de l’eau. Le sable n’est
pas
soluble
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sciences
dans l’eau. L’eau
boueuse est un mélange d’eau, de sable et de terre.
Par décantation et par filtration, on sépare les
constituants de ce
mélange
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. L’eau
et le vinaigre sont miscibles, c’est-à-dire qu’après
Les
images
agitation on ne voit qu’un liquide : ils forment
un mélange
homogène
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. L’eau et
miscibles
. Une
l’huile ne sont pas
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
de la science
même quantité d’eau et d’huile n’a pas la même
masse. L’huile est plus « légère » que l’eau et reste
au-dessus
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
Éléments en solutions :.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Les
notes
du
reporter
L’eau saturée en sel
Protocole pour connaître la quantité de sel maximale que l’on peut dissoudre
dans 1 litre d’eau :
1 Prendre un récipient, le remplir d’un litre d’eau
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du robinet. 2 Ajouter 50 g de sel et remuer
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jusqu’à disparition du sel. 3 Répéter l’opération 2
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tant que le sel disparaît dans l’eau après agitation.
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4 Quand les derniers 50 g ne peuvent plus
+ 50 g
de sel
+ 50 g
de sel
+ 50 g
de sel
agitateur
������������������������������������������������������������������������������������
se dissoudre, on a atteint la saturation, calculer
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1 litre d’eau
la quantité maximale de sel dissoute.
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Réponse : environ 7 x 50 g, soit 350 g de sel par
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litre.
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récipient
Évaluation
1 Vrai ou faux ?
• Le lait est une solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• La mer est une solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• L’eau minérale est une solution. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• Une solution est toujours limpide. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• Une solution saturée est un mélange hétérogène. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vrai
vrai
vrai
vrai
vrai
faux
faux
faux
faux
faux
2 Complète les phrases suivantes :
• Lorsque deux liquides donnent un mélange homogène on dit qu’ils sont�������������������������������
miscibles
.
• Une solution dans laquelle il reste des éléments non dissous est une solution�������������������������
saturée
.
• Un mélange dans lequel des éléments ne sont pas solubles est un mélange���������������������������
hétérogène
.
3 Pourquoi quand on mélange de l’huile et de l’eau l’huile se retrouve-t-elle au-dessus de
l’eau ?
L’eau et l’huile ne sont pas miscibles c’est-à-dire que, mis ensemble, ils forment
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
un mélange hétérogène. Comme pour un même volume, l’eau est plus lourde que
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l’huile, l’eau se retrouve en dessous de l’huile. On dit que l’huile est moins dense
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
que l’eau.
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4 Max et Jessica font une expérience. Ils pèsent un verre rempli d’eau : sa masse est de 100 g.
Puis ils rajoutent 5 g de sel dedans et mélangent jusqu’à obtenir une solution limpide.
Max dit alors : « Voilà, notre verre d’eau doit peser maintenant 105 g ! »
Mais Jessica lui répond : « Mais non, le sel a disparu donc le verre d’eau pèse toujours 100 g ! »
Qui a raison ? Justifie ta réponse.
C’est Max qui a raison car la masse se conserve au cours de la dissolution.
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5 Écris un texte qui explique ce qu’il se passe lorsque l’on mélange une cuillère à soupe
de sel de table dans un verre d’eau. Tu dois utiliser les mots : sel, dissoudre, disparaître,
invisible, solution salée, limpide, solvant.
.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Quand on ajoute une cuillère à soupe de sel dans un verre d’eau, une grande
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partie de celui-ci tombe au fond du verre. Pour que le sel puisse se dissoudre,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
il faut agiter la cuillère dans l’eau un certain temps afin que le sel disparaisse
totalement. On obtient une solution salée qui est limpide. L’eau qui est présente en
plus grande quantité que le sel est un solvant. Le sel est alors invisible.
22
chapitre
4