TP virtuel sur la purification de l'eau : distillation
Mis à jour le 2026-10-07
Ce TP virtuel sur la purification de l'eau correspond au TP obligatoire d'AQA GCSE Chemistry sur l'analyse et la purification d'échantillons d'eau de différentes origines. Les élèves mesurent le pH de l'eau du robinet, de mer, de pluie et de rivière, et filtrent la boue éventuelle. Ils évaporent ensuite un volume connu dans une capsule pesée pour trouver la masse de solides dissous en g/dm³. Enfin, ils distillent un échantillon et testent le distillat : son pH, sa température d'ébullition et la présence ou non d'un résidu. Chaque pesée s'affiche sur une balance : les élèves font donc le calcul eux-mêmes. Ils peuvent aussi mal monter le réfrigérant ou le thermomètre et voir ce qui ne va pas.
Liens avec les programmes
- AQA GCSE Chemistry 4.10.1.2 (potable water) et son TP obligatoire : analyse et purification d'échantillons d'eau, avec le pH, la masse de solides dissous et la distillation. Le même TP figure en AQA GCSE Combined Science: Trilogy.
Simulic n'est pas affilié à AQA et n'est pas approuvé par cet organisme.
Avant le TP (5 min)
Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction :
« Vous distillez de l'eau de mer, qui contient environ 35 g de solides dissous par dm³. Quelle quantité de solides dissous le distillat contiendra-t-il ? »
Certains élèves s'attendent à ce que le sel parte avec la vapeur. Laissez la question ouverte.
Protocole dans la simulation
- Réglez Échantillon sur Eau de mer, Volume évaporé sur 50 cm³, cochez Filtrer avant d'évaporer, Balance 0,01 g et Montage correct.
- Suivez les boutons numérotés : mesurez le pH, filtrez, pesez la capsule vide (m₁), ajoutez l'échantillon, évaporez, puis repesez (m₂). Calculez les solides dissous = (m₂ − m₁) ÷ volume en dm³.
- Distillez 100 cm³ d'échantillon. Surveillez la température du ballon et le thermomètre du tube latéral, recueillez au moins 20 cm³, puis arrêtez le chauffage.
- Testez le distillat : pH, température d'ébullition et résidu après évaporation.
- Recommencez avec l'eau du robinet, de pluie et de rivière. Pour l'eau de rivière, utilisez 100 cm³ et la balance à 0,001 g, puis faites un essai filtré et un essai non filtré.
- Essayez le Montage : thermomètre dans le liquide, puis eau de refroidissement entrant en haut.
| Échantillon | pH | Filtré ? | V (cm³) | m₁ (g) | m₂ (g) | Résidu (g) | Solides dissous (g/dm³) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mer | oui | 50 | |||||
| Robinet | oui | 100 | |||||
| Pluie | oui | 100 | |||||
| Rivière | oui | 100 | |||||
| Rivière | non | 100 |
Résultats attendus
Lectures dans la simulation (pH au pH-mètre ; l'indicateur arrondit à l'unité) :
| Échantillon | pH | Solides dissous (g/dm³) |
|---|---|---|
| Mer | 8,1 | 35,0 (résidu de 1,75 g pour 50 cm³) |
| Robinet | 7,4 | 0,300 |
| Rivière, filtrée | 7,0 | 0,200 |
| Rivière, non filtrée | 7,0 | 0,350 |
| Pluie | 5,6 | 0,010 (résidu de seulement 0,001 g) |
- L'eau de mer contient de loin le plus de solides dissous. Une fois filtrée, l'eau de rivière boueuse contient moins de solides dissous que l'eau du robinet. La boue est en suspension, pas dissoute.
- La filtration retire les 0,15 g/dm³ de limon de l'eau de rivière mais rien de l'eau de mer : le sel traverse le papier filtre.
- L'eau de pluie est acide (pH 5,6) à cause du CO₂ dissous, et pourtant elle ne contient presque pas de solides. Son résidu est proche de la résolution de la balance : le résultat est donc très incertain.
- Pendant la distillation, l'eau de mer du ballon bout à 100,5 °C. Elle atteint 101,5 °C en se concentrant, tandis que le thermomètre du tube latéral indique 100,0 °C.
- Le distillat a un pH de 7,0 (pH-mètre : 6,9–7,1), bout à exactement 100,0 °C et laisse 0,00 g de résidu.
- Avec le réservoir du thermomètre dans le liquide, il indique 101,4 °C au lieu de la température de la vapeur. Avec l'eau de refroidissement entrant en haut, de la vapeur s'échappe et le mode automatique recueille 29 cm³ au lieu de 53 cm³.
Questions pour les élèves
- (Prédiction, reposée après le TP) Quelle quantité de solides dissous le distillat de l'eau de mer contiendra-t-il ?
- Quelle variable faut-il contrôler pour comparer les solides dissous de différents échantillons ?
- Quelle est la masse de solides dissous de l'eau de mer, en g/dm³ ?
- À partir de deux essais sur l'eau de rivière, quelle est la masse de solides en suspension par dm³ ?
- Quels résultats montrent que le distillat est de l'eau pure, et pourquoi la distillation fonctionne-t-elle ?
Réponses pour l'enseignant : (1) Presque rien : 0,00 g de résidu. (2) Le fait de filtrer ou non l'échantillon avant l'évaporation. (3) 35,0 g/dm³ (accepter 34,6–35,4). (4) 0,35 − 0,20 = 0,15 g/dm³ (accepter 0,13–0,17). (5) Un pH de 7, une température d'ébullition constante de 100,0 °C et aucun résidu. L'eau s'évapore puis se condense, et les solides dissous restent dans le ballon.
Idées fausses fréquentes
- « L'eau trouble contient le plus de solides dissous. » Le trouble vient du limon en suspension. L'eau de rivière filtrée contient moins de solides dissous que l'eau du robinet.
- « Filtrer rend l'eau pure. » Le papier filtre ne retire que les particules insolubles. Les sels dissous le traversent directement.
- « Une eau propre doit être neutre. » L'eau de pluie ne contient presque pas de solides mais a un pH de 5,6.
- « L'eau potable est de l'eau pure. » L'eau du robinet peut être bue sans danger, mais elle laisse tout de même 0,300 g/dm³ de sels dissous.
Prolongement
- Échantillon inconnu : choisissez Échantillon inconnu et identifiez-le à partir de son pH et de ses solides dissous. Il peut s'agir d'eau saumâtre d'estuaire, d'eau minérale, d'un ruisseau acide de tourbière ou d'eau d'étang.
- Précision : évaporez 10 cm³ d'eau du robinet avec la balance à 0,01 g, puis 100 cm³ avec la balance à 0,001 g. Demandez pourquoi le premier résultat est presque inutilisable.
Questions fréquentes
Les résultats sont-ils les mêmes pour tous les élèves ?
Pour les quatre échantillons connus, oui, à l'arrondi de la balance près, d'environ ±0,01 g. C'est pourquoi les questions 3 et 4 acceptent une petite plage. Seul l'Échantillon inconnu est aléatoire.
Pourquoi évaporer au bain-marie ?
Un bain-marie chauffe doucement : le résidu ne projette pas hors de la capsule. La simulation fait de même.
Pourquoi la température du ballon dépasse-t-elle 100 °C ?
Les solides dissous élèvent la température d'ébullition de la solution. À mesure que l'eau part, la solution se concentre et sa température d'ébullition monte lentement. La vapeur qui atteint le tube latéral est de l'eau pure à 100 °C.
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Pour l'acidité et les indicateurs, voir le plan de leçon sur l'échelle de pH. Pour l'ébullition et la condensation à l'échelle des particules, voir le plan de séance sur les états de la matière.