Exercices: Propriétés générales et caractéristiques

En cours de physique-chimie, vous avez mesuré ces propriétés de plusieurs matériaux : masse, volume, masse volumique, température de fusion, dureté et conductivité électrique. Les classer en deux groupes : propriétés générales (celles que possède toute la matière) et propriétés caractéristiques (celles qui permettent de distinguer une substance d'une autre). Justifier brièvement la classification.

On gonfle un ballon et on constate qu'il occupe un espace qu'il n'occupait pas avant ; de plus, sur une balance très précise, le ballon gonflé pèse un tout petit peu plus que le ballon vide, comme le montre la figure.

Quelles deux propriétés générales de la matière l'air met-il en évidence dans cette expérience ? Les nommer et expliquer quelle observation correspond à chacune.

Chez le primeur, le vendeur pose un melon sur la balance et celle-ci indique $2,5\ \text{kg}$.

1. a) Quelle propriété du melon la balance mesure-t-elle ?
2. b) Est-ce une propriété générale ou caractéristique ? Justifier.
3. c) Quelle est l'unité de cette grandeur dans le Système international ?

Au laboratoire, Lucie verse de l'eau dans une éprouvette graduée jusqu'à la graduation $100\ \text{mL}$, comme le montre la figure.

1. a) Quelle propriété de l'eau mesure-t-elle avec l'éprouvette graduée ?
2. b) Exprimer cette quantité en $\text{cm}^3$ (rappel : $1\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3$).
3. c) Est-ce une propriété générale ou caractéristique ?

L'eau bout toujours à $100\ \celsius$ (au niveau de la mer) et l'alcool à $78\ \celsius$.

1. a) Comment s'appelle la propriété à laquelle se rapportent ces données ?
2. b) Est-ce une propriété générale ou caractéristique ?
3. c) Comment cette propriété aiderait-elle à savoir lequel des deux liquides se trouve dans un flacon dont l'étiquette a disparu ?

Avec une pièce de monnaie, on peut rayer le bois d'un crayon, mais on a beau frotter le bois contre la pièce, on n'arrive pas à la rayer.

1. a) Quelle propriété caractéristique compare-t-on avec cet essai ?
2. b) Lequel des deux matériaux l'a la plus grande ? Expliquer comment on le sait.

Les poêles sont en métal parce que le métal transmet très bien la chaleur du feu aux aliments, mais le manche est souvent en bois ou en plastique, comme le montre la figure.

Expliquer, en utilisant l'expression « conductivité thermique », pourquoi on ne fabrique pas la poêle et le manche d'une seule pièce en métal.

Compléter la phrase avec les mots manquants : « Les propriétés $\dots$ sont possédées par tous les matériaux, comme la masse et le volume ; les propriétés $\dots$ permettent de distinguer une substance d'une autre, comme la masse volumique ou la température de fusion ». Ensuite, expliquer comment utiliser une propriété caractéristique pour distinguer le sel du sucre sans les goûter.

Marc range deux billes qui pèsent exactement $20\ \text{g}$ chacune : l'une est en verre et l'autre en acier, mais elles sont peintes de la même couleur et il les a mélangées.

1. a) La masse lui sert-elle à savoir laquelle est laquelle ? Pourquoi ?
2. b) Quelle propriété caractéristique pourrait-il mesurer pour les distinguer ? Expliquer comment il s'y prendrait.

Sur un marché aux puces, on vend un bracelet qui, selon le vendeur, est en argent. Salma le pèse chez elle : $31\ \text{g}$. Il se trouve qu'une petite cuillère en acier de sa cuisine pèse aussi $31\ \text{g}$.

1. a) Expliquer pourquoi la masse ne permet pas à Salma de vérifier si le bracelet est en argent.
2. b) La masse volumique de l'argent est $10,5\ \text{g/cm}^3$ et celle de l'acier $7,9\ \text{g/cm}^3$. Décrire quelles deux mesures Salma doit faire et quel calcul elle doit effectuer pour le vérifier.

Pour mesurer le volume d'un porte-clés métallique, Noa verse $50\ \text{mL}$ d'eau dans une éprouvette graduée ; quand il plonge le porte-clés, le niveau monte jusqu'à $68\ \text{mL}$, comme le montre la figure.

1. a) Quel est le volume du porte-clés, en $\text{cm}^3$ ?
2. b) L'exprimer en litres.
3. c) Pourquoi Noa ne pourrait-il pas mesurer le volume de cet objet avec une règle ?

Le professeur chauffe une substance blanche inconnue et observe qu'elle fond exactement à $80\ \celsius$. Dans le tableau du laboratoire figurent ces températures de fusion : sucre, $186\ \celsius$ ; naphtaline, $80\ \celsius$ ; sel de table, $801\ \celsius$.

1. a) Laquelle des trois substances est la substance inconnue ?
2. b) Expliquer pourquoi la température de fusion permet de l'identifier alors que la couleur blanche ne le permet pas.

Dans un musée de minéralogie, on vous laisse faire un essai avec trois échantillons : le minéral A raye le minéral B, et le minéral C raye le minéral A. De plus, le panneau de la vitrine indique que la dureté du minéral C sur l'échelle de Mohs est 7 (à titre de comparaison, le verre d'une fenêtre a une dureté de 5,5).

1. a) Classer les trois minéraux du plus tendre au plus dur.

1. b) Expliquer le raisonnement suivi.

1. c) Que arriverait-il au verre d'une fenêtre si on le frottait avec le minéral C ? Justifier en comparant leurs duretés.

En hiver, marcher pieds nus sur le sol en marbre de la salle de bain donne une bien plus forte sensation de froid que marcher sur le tapis du couloir, alors que les deux sont à la même température.

1. a) Lequel des deux matériaux a la plus grande conductivité thermique ?
2. b) Expliquer, à l'aide de cette donnée, ce qui arrive à la chaleur du pied dans chaque cas et pourquoi la sensation est si différente.

On casse une tablette de chocolat en deux moitiés exactes.

1. a) Qu'arrive-t-il à la masse et au volume de chaque moitié, par rapport à ceux de la tablette entière ?
2. b) Et qu'arrive-t-il à la masse volumique du chocolat ?
3. c) Utiliser cet exemple pour expliquer la différence entre une propriété générale et une propriété caractéristique.

Les bons couteaux de cuisine sont fabriqués en acier et non en aluminium, qui est un métal beaucoup plus léger.

1. a) Quelle propriété caractéristique fait de l'acier un meilleur matériau pour un couteau ?
2. b) Expliquer pourquoi, dans ce cas, la légèreté (une faible masse) n'est pas la propriété déterminante.
3. c) Donner un autre exemple d'objet du quotidien dont le matériau est choisi pour cette même propriété indiquée à la question a).

Un flacon du laboratoire a perdu son étiquette et contient un liquide incolore. On le chauffe et il bout à $78\ \celsius$. Les candidats sont : l'eau (température d'ébullition $100\ \celsius$), l'alcool ($78\ \celsius$) et l'acétone ($56\ \celsius$).

1. a) De quelle substance s'agit-il, d'après la température d'ébullition ?
2. b) On mesure sa masse volumique et on trouve $0,79\ \text{g/cm}^3$ ; celle de l'alcool est $0,79\ \text{g/cm}^3$ et celle de l'acétone $0,78\ \text{g/cm}^3$. Cette mesure lève-t-elle le doute entre l'alcool et l'acétone ? Justifier.
3. c) Quelle propriété a été déterminante dans ce cas et pourquoi convient-il de mesurer plus d'une propriété caractéristique pour identifier une substance ?

Dans un entrepôt, il y a deux bouteilles fermées et identiques, l'une remplie d'eau et l'autre d'huile, mais elles ont perdu leur étiquette et on ne peut pas les ouvrir.

1. a) Laquelle des deux sera la plus lourde quand on les soulève ?
2. b) Le justifier à l'aide des masses volumiques (eau, $1\ \text{g/cm}^3$ ; huile, $0,9\ \text{g/cm}^3$) et du fait que les deux bouteilles contiennent le même volume de liquide.
3. c) Pourquoi la taille des bouteilles ne permet-elle pas de décider ?

Une substance a une température de fusion de $-10\ \celsius$ et une température d'ébullition de $60\ \celsius$, comme le montre la figure.

1. a) Dans quel état se trouve-t-elle à $20\ \celsius$ ?
2. b) Et à $-20\ \celsius$ ?
3. c) Et à $80\ \celsius$ ?
4. d) Justifier chaque réponse en comparant la température aux deux points caractéristiques, et expliquer pourquoi ces points permettent de prévoir l'état de la substance à n'importe quelle température.

Une poutre en fer d'un chantier pèse $790\ \text{kg}$ et une vis du même fer pèse $7,9\ \text{g}$. La masse volumique des deux est $7,9\ \text{g/cm}^3$.

1. a) Calculer le volume de la vis et celui de la poutre (exprimer ce dernier en $\text{cm}^3$ ; rappel : $1\ \text{kg} = 1000\ \text{g}$).
2. b) Ont-elles la même masse ? Et le même volume ? Et la même masse volumique ?
3. c) Expliquer, avec cet exemple, en quoi les propriétés générales se distinguent des propriétés caractéristiques, et justifier pourquoi la masse volumique ne change pas que le morceau de fer soit grand ou petit.

En technologie, vous avez monté un circuit avec une pile et une ampoule : si l'on ferme le circuit avec un matériau conducteur, l'ampoule s'allume, et s'il est isolant, non, comme le montre la figure.

Vous testez quatre objets : une clé en fer, une gomme, la mine d'un crayon (graphite) et une règle en plastique.

1. a) Prévoir avec lesquels l'ampoule s'allumera.
2. b) Classer les quatre matériaux en conducteurs et isolants selon leur conductivité électrique.
3. c) Expliquer pourquoi les électriciens utilisent des tournevis à manche en plastique et ce qui se passerait si le manche était en métal.

Une marque conçoit le verre d'une montre de sport et hésite entre trois matériaux : le plastique (très bon marché, se raye facilement), le verre (se raye à peine, mais peut se briser lors d'un choc violent) et le saphir synthétique (presque impossible à rayer, très cher).

1. a) Quelles propriétés des matériaux interviennent dans cette décision ? Indiquer lesquelles sont caractéristiques.
2. b) Choisir un matériau pour la montre d'un enfant de $10$ ans qui la porte pour jouer dans la cour et justifier le choix.
3. c) Quel matériau choisiriez-vous pour une montre de luxe ? Le justifier en comparant les propriétés.

Une pièce de métal brillant sans étiquette arrive au laboratoire. Vous faites trois essais et obtenez : masse volumique $7,9\ \text{g/cm}^3$ ; température de fusion $1535\ \celsius$ ; conduit très bien le courant électrique. Les candidats sont : l'aluminium ($2,7\ \text{g/cm}^3$, $660\ \celsius$), le fer ($7,9\ \text{g/cm}^3$, $1535\ \celsius$) et le plomb ($11,3\ \text{g/cm}^3$, $327\ \celsius$).

1. a) De quel métal s'agit-il ?
2. b) Expliquer quels candidats chacun des trois essais écarte, le cas échéant.
3. c) Justifier pourquoi il convient de vérifier plusieurs propriétés caractéristiques plutôt que de se contenter d'une seule.

Votre petit cousin affirme que l'air « n'est pas de la matière, parce qu'il ne pèse rien ».

1. a) Concevoir une expérience avec deux ballons et une balance pour montrer que l'air a une masse : décrire ce que vous feriez et ce que vous observeriez.
2. b) Décrire une autre expérience simple qui montre que l'air occupe un volume (penser, par exemple, à un verre retourné enfoncé dans une bassine d'eau).
3. c) Conclure en expliquant pourquoi l'air est de la matière, en utilisant le concept de propriétés générales.