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Science et technologie, secondaire 4 à Montréal • Univers matériel

Fiche de révision : Les propriétés de la matière

En science et technologie, les définitions se retiennent vite et les points se perdent ailleurs : dans le raisonnement, quand il faut passer de « voici ce que j'observe » à « voici donc de quoi il s'agit ».

Cette fiche tient sur une seule distinction, celle entre décrire et identifier, et donne les sept pièges qui font perdre des points alors que le cours est su.

Le fil du chapitre

Décrire n'est pas identifier : une propriété n'identifie une substance que si elle ne dépend PAS de la quantité de matière. La masse ne dit rien, la masse volumique dit tout.

Ce chapitre fait partie de Science et technologie, secondaire 4

L'essentiel

Le test de la coupe en deux

  • • Posez toujours la même question : si je coupe l'échantillon en deux, la valeur change-t-elle ?
  • • Elle CHANGE : propriété NON caractéristique. Masse, volume, longueur, température, forme. Elle décrit un échantillon, elle n'identifie rien.
  • • Elle NE CHANGE PAS : propriété CARACTÉRISTIQUE. Masse volumique, point de fusion, point d'ébullition, solubilité, conductibilité, réaction à un réactif.
  • • Cas particulier de la COULEUR : elle ne change pas à la coupe, et pourtant elle n'identifie pas, parce que trop de substances la partagent. Le programme la classe non caractéristique.
  • • Le quotient de deux propriétés non caractéristiques peut être caractéristique : c'est tout l'intérêt de ρ=mV\rho=\frac{m}{V}.
le bloc entierla moitie du bloc200 g74 cm³100 g37 cm³masse volumique 2,70masse volumique 2,70
La masse et le volume ont été divisés par deux, leur quotient est resté le même : c'est exactement ce qui fait de la masse volumique une propriété caractéristique.

Ce qu'il faut savoir par coeur

  • • ρ=mV\rho=\frac{m}{V}, en g/mL\text{g/mL} ou g/cm3\text{g/cm}^{3}, qui sont la même unité. Eau : 1,001{,}00. Plus léger flotte, plus lourd coule.
  • • Un palier sur une courbe de chauffage est un CHANGEMENT D'ÉTAT, et son ordonnée est le point de fusion ou d'ébullition.
  • • Solubilité : masse maximale dissoute dans un volume donné, À UNE TEMPÉRATURE DONNÉE. Au-delà, la solution est saturée et l'excédent se dépose.
  • • pH de 00 à 1414 : acide en dessous de 77, neutre à 77, basique au-dessus. Chaque unité vaut un facteur 1010.
  • • Les quatre tests : tison rallumé pour le dioxygène, éclisse qui détonne pour le dihydrogène, eau de chaux troublée pour le dioxyde de carbone, sulfate de cuivre anhydre qui bleuit pour l'eau.
  • • Les trois indicateurs : tournesol rouge en acide et bleu en base, phénolphtaléine incolore puis rose au-delà de 8,28{,}2, bleu de bromothymol jaune, vert, bleu.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. On demande si la masse est une propriété caractéristique.

1 point, et souvent 2, parce que la question suivante s'appuie dessus.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Oui, parce qu'on peut la mesurer précisément avec une balance. »

Ce qu'il faut écrire

« Non : deux morceaux de la même substance ont des masses différentes, donc la masse n'identifie rien. »

Pourquoi : Ce n'est pas la précision de la mesure qui décide, c'est l'indépendance par rapport à la QUANTITÉ de matière. Un bloc de 200 g200\ \text{g} et sa moitié de 100 g100\ \text{g} sont la même substance : la masse les distingue alors qu'elle ne devrait pas.

2. On chauffe un solide et l'on décrit ce qui se passe pendant la fusion.

2 points, et une courbe de chauffage tracée sans palier, donc entièrement fausse.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« On continue de chauffer, donc la température continue de monter. »

Ce qu'il faut écrire

« La température reste CONSTANTE pendant tout le changement d'état : l'énergie sert à défaire les liaisons, pas à agiter les particules. »

Pourquoi : C'est le résultat le plus contre-intuitif du chapitre, et le plus souvent demandé. La température ne repart vers le haut qu'une fois le dernier morceau de solide fondu. Conséquence directe : chauffer plus fort RACCOURCIT le palier, il ne le monte pas, et c'est pourquoi le point de fusion identifie une substance.

3. On décrit une solution saturée de craie, à 0,013 g/L0{,}013\ \text{g/L}.

1 à 2 points, et une confusion qui se répète dans tout le chapitre des solutions.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Elle est saturée, donc elle est concentrée. »

Ce qu'il faut écrire

« Elle est saturée ET très diluée : on ne peut plus rien y dissoudre, mais elle contient très peu de soluté. »

Pourquoi : Saturée décrit un ÉTAT, celui où le solvant ne peut plus rien dissoudre ; concentrée décrit une QUANTITÉ par litre. Une solution non saturée de nitrate de potassium peut atteindre 450 g/L450\ \text{g/L}, soit trente-cinq mille fois plus que la solution saturée de craie.

4. On teste la conductibilité d'une eau sucrée.

2 points, et l'identification finale se trompe de substance.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le sucre se dissout très bien, donc la solution conduit le courant. »

Ce qu'il faut écrire

« Le sucre se dissout en molécules NEUTRES : aucun porteur de charge, donc la solution ne conduit pas. Le sel, lui, se dissocie en ions. »

Pourquoi : Se dissoudre et conduire sont deux propriétés indépendantes, et c'est justement ce qui permet de distinguer deux poudres blanches également solubles. Un électrolyte est une substance qui libère des IONS en solution, pas simplement une substance soluble.

5. Une masse volumique mesurée vaut 1,7 g/cm31{,}7\ \text{g/cm}^{3}, à 0,20{,}2 près.

2 points, parce que la conclusion est affirmée sans être établie.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« C'est du magnésium, sa masse volumique est 1,741{,}74. »

Ce qu'il faut écrire

« L'intervalle va de 1,51{,}5 à 1,91{,}9 : il contient aussi le sucre à 1,591{,}59. Il faut une deuxième propriété, par exemple la solubilité. »

Pourquoi : Une propriété caractéristique restreint les candidats, elle ne les réduit pas toujours à un seul. La règle du chapitre : on croise au moins DEUX propriétés, et l'on choisit la deuxième pour qu'elle sépare franchement les candidats restants.

6. On rend une masse volumique calculée.

0,5 à 1 point à chaque question, donc beaucoup sur une évaluation entière.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« ρ=2,70\rho=2{,}70 »

Ce qu'il faut écrire

« ρ=2,70 g/cm3\rho=2{,}70\ \text{g/cm}^{3} »

Pourquoi : Sans unité, le nombre ne veut rien dire : 2,702{,}70 pourrait être des g/cm3\text{g/cm}^{3} ou des kg/m3\text{kg/m}^{3}, qui diffèrent d'un facteur mille. L'unité fait partie de la réponse, et elle sert aussi de contrôle : si un calcul de masse volumique aboutit à des grammes, il y a une erreur en amont.

7. On compare un liquide de pH 33 à un liquide de pH 55.

1 point, et le raisonnement révèle que l'échelle n'est pas comprise.

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Il y a deux unités d'écart, donc il est deux fois plus acide. »

Ce qu'il faut écrire

« Chaque unité vaut un facteur 1010, donc il est 100100 fois plus acide. »

02468101214acideneutrebasiquechaque unite vaut un facteur 10
Deux graduations d'écart ne valent pas deux fois, mais cent fois : c'est ce que veut dire une échelle où chaque unité multiplie par 1010.

Pourquoi : L'échelle de pH n'est pas une règle graduée ordinaire : elle compresse des écarts énormes en quatorze unités. Entre un pH de 11 et un pH de 77, il y a un facteur un million. C'est aussi pourquoi diluer un acide fait remonter son pH vers 77 sans jamais le dépasser.

Quelle méthode choisir

Quel test faire, selon ce qu'on a devant soi

Un échantillon inconnu et la consigne « identifiez-le ».

  • Si C'est un solide de forme régulière → Masse volumique : peser, calculer le volume par la géométrie, diviser

    Exemple : Cube de 3,00 cm3{,}00\ \text{cm} d'arête : V=27,0 cm3V=27{,}0\ \text{cm}^{3}

  • Si C'est un solide de forme irrégulière → Masse volumique par DÉPLACEMENT D'EAU : le volume est la différence des deux niveaux

    Exemple : 50,0−40,0=10,0 mL50{,}0-40{,}0=10{,}0\ \text{mL}

  • Si C'est une poudre blanche → Solubilité d'abord, elle sépare le plus vite, puis conductibilité de la solution

    Exemple : Insoluble : craie. Soluble et conductrice : sel. Soluble et non conductrice : sucre

  • Si C'est un liquide → Masse volumique, puis point d'ébullition en le chauffant jusqu'au palier

    Exemple : 0,790 g/mL0{,}790\ \text{g/mL} puis palier à 78 ∘78\ ^\circC : éthanol

  • Si C'est un gaz → Les quatre tests, en commençant par le tison, qui isole le dioxygène

    Exemple : Tison éteint et eau de chaux troublée : dioxyde de carbone

  • Si On veut savoir si c'est acide ou basique → Papier de tournesol pour trancher, puis un second indicateur pour encadrer

    Exemple : Tournesol bleu et phénolphtaléine incolore : pH entre 77 et 8,28{,}2

Dans tous les cas, un test qui donne un résultat NÉGATIF exclut mais n'identifie pas : il faut un second test pour conclure, sauf pour le tison, qui est le seul à isoler à lui seul.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Rédiger l'identification d'une substance

Quand l'utiliser : Sur toute question « identifiez cette substance » ou « de quoi s'agit-il ».

  1. 1 Écrire la ou les mesures relevées, avec leurs unités.
  2. 2 Calculer la propriété caractéristique, formule d'abord, remplacement ensuite, unité au résultat.
  3. 3 Comparer explicitement à la valeur de référence du tableau, en citant les deux nombres.
  4. 4 Confirmer avec une SECONDE propriété, ou expliquer pourquoi la première suffit.
  5. 5 Conclure par une phrase nommant la substance.

Phrase de conclusion

« La masse volumique mesurée vaut 8,96 g/cm38{,}96\ \text{g/cm}^{3}, identique à celle du cuivre du tableau, alors que l'or vaut 19,3 g/cm319{,}3\ \text{g/cm}^{3}. Le bijou n'est donc pas en or massif : il est vraisemblablement en cuivre. »

Le piège : Conclure sans citer la valeur de référence. Écrire « ce n'est pas de l'or » ne montre pas la comparaison, et c'est la comparaison qui vaut le point.

Barème : En général 1 point pour la mesure, 2 pour le calcul avec unité, 1 pour la comparaison chiffrée, 1 pour la conclusion rédigée.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

L'exercice type décortiqué

Identifier un liquide incolore

Un flacon contient un liquide incolore, sans étiquette. On en mesure 80,0 mL80{,}0\ \text{mL} dans une éprouvette, et la balance affiche 63,2 g63{,}2\ \text{g}.

On chauffe ensuite ce liquide régulièrement et l'on relève sa température : la courbe obtenue est tracée ci-dessous. Les candidats sont l'eau (1,00 g/mL1{,}00\ \text{g/mL}, ébullition à 100 ∘100\ ^\circC) et l'éthanol (0,79 g/mL0{,}79\ \text{g/mL}, ébullition à 78 ∘78\ ^\circC).

24681012141620406080100120palier a 78 degrestemps (min)temperature (degres C)
Le palier se lit à 78 ∘78\ ^\circC et non à 100 ∘100\ ^\circC : à lui seul il écarte l'eau, et il confirme ce que la masse volumique avait déjà indiqué.

Étape 1

ρ=mV=63,280,0=0,790 g/mL\rho=\frac{m}{V}=\frac{63{,}2}{80{,}0}=0{,}790\ \text{g/mL}.

Pourquoi

On écrit la formule, puis on remplace, puis on donne l'unité. Les trois gestes sont notés séparément dans un barème de science et technologie, et sauter la formule coûte un point même quand le résultat est juste.

Étape 2

Comparaison : 0,7900{,}790 contre 1,001{,}00 pour l'eau et 0,790{,}79 pour l'éthanol. La valeur correspond à l'ÉTHANOL.

Pourquoi

On cite les DEUX valeurs de référence, pas seulement celle qu'on retient : c'est la comparaison qui prouve, et elle montre au correcteur qu'on a écarté l'autre candidat sciemment.

Étape 3

La courbe présente un palier à 78 ∘78\ ^\circC, de la cinquième à la treizième minute.

Pourquoi

Un palier signale un changement d'état. Comme le liquide chauffe et que le palier est atteint en montant, il s'agit de l'ÉBULLITION, pas de la fusion : le sens du chauffage décide duquel des deux il s'agit.

Étape 4

Le point d'ébullition vaut donc 78 ∘78\ ^\circC, celui de l'éthanol. L'eau bout à 100 ∘100\ ^\circC : elle est écartée.

Pourquoi

Deuxième propriété caractéristique, indépendante de la première, et elle donne la même réponse. C'est exactement le croisement que le chapitre demande : deux propriétés concordantes valent une conclusion, une seule ne vaut qu'une hypothèse.

Étape 5

Contrôle : si c'était de l'eau, 80,0 mL80{,}0\ \text{mL} pèseraient 80,0 g80{,}0\ \text{g}, et non 63,263{,}2.

Pourquoi

Ce contrôle inverse coûte une ligne et il est très parlant : l'écart de presque 17 g17\ \text{g} est bien trop grand pour une erreur de balance, donc la conclusion est robuste.

Étape 6

Conclusion : le liquide est de l'éthanol.

Pourquoi

Une phrase, en français, qui nomme la substance. Un tableau de calculs sans phrase finale se voit régulièrement retirer le point de conclusion, même quand tout le reste est juste.

Conclusion rédigée

Le liquide est de l'éthanol : masse volumique 0,790 g/mL0{,}790\ \text{g/mL} et point d'ébullition 78 ∘78\ ^\circC, deux propriétés caractéristiques concordantes.

L'erreur classique sur cet exercice : Conclure sur la seule masse volumique sans regarder la courbe : 0,7900{,}790 suffisait ici, mais si les deux candidats avaient été proches, par exemple 0,790{,}79 et 0,810{,}81, la mesure n'aurait pas tranché et la conclusion aurait été affirmée sans preuve.

À savoir par cœur

  • • Le test : si je coupe en deux, la valeur change-t-elle ? Si oui, non caractéristique.
  • • ρ=mV\rho=\frac{m}{V}, et 1 mL=1 cm31\ \text{mL}=1\ \text{cm}^{3}. Eau : 1,001{,}00.
  • • Un palier de courbe de chauffage est un changement d'état, jamais une panne de chauffage.
  • • Saturée n'est pas concentrée.
  • • Soluble n'est pas conducteur : le sucre se dissout et ne conduit pas.
  • • Une unité de pH vaut un facteur 1010.
  • • Tison, éclisse, eau de chaux, sulfate de cuivre anhydre : dioxygène, dihydrogène, dioxyde de carbone, eau.
  • • Deux propriétés valent une conclusion, une seule ne vaut qu'une hypothèse.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre une propriété caractéristique et non caractéristique ?

Une propriété non caractéristique décrit un échantillon et change avec la quantité de matière : masse, volume, longueur, température. Une propriété caractéristique reste la même quelle que soit la quantité, et elle permet donc d'identifier la substance : masse volumique, point de fusion, solubilité, conductibilité. Le test tient en une question, si je coupe l'échantillon en deux, la valeur change-t-elle ?

Comment calculer la masse volumique en secondaire 4 ?

On divise la masse par le volume. La masse se lit sur une balance, le volume se calcule par géométrie pour un objet régulier, ou se mesure par déplacement d'eau pour un objet irrégulier, en faisant la différence des deux niveaux dans l'éprouvette. Le résultat s'écrit en grammes par centimètre cube, ou en grammes par millilitre, qui est la même unité.

Pourquoi la température ne monte pas pendant la fusion ?

Parce que toute l'énergie apportée sert à défaire les liaisons entre les particules du solide, et non à les agiter davantage. Or c'est l'agitation qui se traduit par la température. Tant qu'il reste du solide, la température reste bloquée : c'est le palier de la courbe de chauffage. Elle repart vers le haut dès que le dernier morceau a fondu.

Une solution saturée est-elle forcément concentrée ?

Non, et c'est le piège du chapitre. Saturée veut dire qu'on ne peut plus rien y dissoudre ; concentrée veut dire qu'il y a beaucoup de soluté par litre. Une solution saturée de craie contient à peine treize milligrammes par litre, elle est donc saturée et pourtant extrêmement diluée. À l'inverse, une solution de sucre très concentrée peut ne pas être saturée du tout.

Comment distinguer le sel du sucre s'ils sont tous les deux blancs et solubles ?

Par la conductibilité de la solution. Le sel se dissocie en ions, qui transportent le courant : l'ampoule du montage s'allume. Le sucre se dissout en molécules neutres, sans aucun porteur de charge : la solution ne conduit pas. C'est l'exemple type du chapitre, deux propriétés partagées, la couleur et la solubilité, et une troisième qui tranche.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Les propriétés de la matière

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 10 exercices corrigés
  • 100 points
  • 120 minutes
Faire les exercices

Ce chapitre resservira dans

Les chapitres qui le réclament en amont, plus tard dans l'année ou dans les années suivantes.

Structure atomique et configuration électroniqueChimie générale 202-SF1-RE (ancien 202-NYA), Chimie

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