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Physique-Chimie Cycle 4

Mes Pages
Thème 1 - Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
L'eau que nous buvons est-elle pure ?
Ch. 2
La matière : états, masse et volume
Ch. 3
Les changements d'état de la matière
Ch. 4
Les mélanges
Ch. 5
La matière à l'échelle microscopique
Ch. 6
Que trouve-t-on dans l'air ?
Ch. 7
Les transformations chimiques et la pollution
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Les ions dans notre quotidien
Les ions dans notre quotidien
Ouverturep. 137
Comment se forment les ions ?
Activité documentairep. 138
Comment détecter des ions ?
Activité expérimentalep. 139
Des composés ioniques qui soignent
Activité documentairep. 140
Une peau nette mais pas neutre...
Tâche complexep. 141
Bilan
Bilanp. 142-143
Exercices
Exercicesp. 144-149
La Physique-Chimie autrement
Travailler autrementp. 150
Ch. 10
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 11
Introduction à la masse volumique
Ch. 12
La masse volumique
Ch. 13
La matière, dans l'espace et dans l'Univers
Ch. 14
De l'Univers aux atomes
Thème 2 - Mouvement et interactions
Ch. 15
Introduction à la vitesse et au mouvement
Ch. 16
Repérage de mouvement et mesure de vitesse
Ch. 17
Vitesse et mouvement
Ch. 18
Les interactions
Ch. 19
Les forces
Ch. 20
Le poids
Thème 3 - L'énergie et ses conversions
Ch. 21
Introduire la notion d'énergie
Ch. 22
Conversion et transfert de l'énergie
Ch. 23
La conservation de l'énergie
Ch. 24
Les circuits électriques
Ch. 25
La tension et l'intensité
Ch. 26
Relations entre grandeurs dans les circuits électriques
Ch. 27
Résistance et loi d'Ohm
Ch. 28
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 - Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 29
Le son
Ch. 30
La lumière
Ch. 31
Vitesse de propagation des signaux
Ch. 32
Des signaux au-delà de la perception humaine
Nos dossiers d'actualité
Nos dossier d'actualité
Chapitre 2

Exercices

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Je me teste

Je sais

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1
Un cation a :




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2
Un cation est :





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Un anion a :




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4
Un anion est :




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5
Une solution est acide :




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6
Complète la grille de mots-croisés.

Vertical :
1. Ion positif.
2. Ion négatif.
3. Suspension solide issue d'un test pour identifier les ions.
4. Solution dont le pH est inférieur à 7.
Horizontal :
5. Sert à indiquer l'acidité d'une solution.
6. Lorsqu'un atome gagne un électron, il devient un ion…
7. Atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu des électrons.
8. Lorsqu'un atome perd un électron, il devient un ion…

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Je sais faire

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7
Lors du test de précipitation des ions par la soude, il y a des ions cuivre si :




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8
Lorsque le test au nitrate d'argent donne un précipité blanc, cela prouve la présence :





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9
Lors du test de précipitation des ions par la soude, il y a des ions zinc si :




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10
Il y a une proportion élevée d'ions hydrogène si :




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Exercice corrigé

Compétence : Interpréter des résultats.
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11
Composition d'un solide inconnu.

Un corps pur ionique inconnu a été dissout dans de l'eau distillée. On teste ensuite la solution obtenue. Lors de l'ajout de soude, il se forme un précipité blanc. Lors de l'ajout de nitrate d'argent, il se forme un précipité blanc.

1. Quel cation est présent dans la solution ? Combien a-t-il gagné ou perdu d'électrons ?
2. Quel anion est présent dans la solution ? Combien a-t-il gagné ou perdu d'électrons ?
3. Quelle est la formule de la solution ionique ?
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Étapes de la méthode
  • La couleur du précipité obtenu lors du test à la soude permet d'identifier l'ion métallique présent :
    • précipité bleu : ion cuivre Cu2+ ;
    • précipité vert : ion ferreux Fe2+ ;
    • précipité blanc : ion zinc Zn2+ ;
    • précipité rouille : ion ferrique Fe3+.
  • La formule de l'ion indique, selon le signe en exposant, le nombre d'électrons gagnés ou perdus pour obtenir cet ion.
  • Dans la formule d'une solution ionique, il faut autant de charges positives que de charges négatives : la somme des produits des coefficients des ions, multipliés par leurs charges, doit donner zéro.
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Corrigé
1. La solution contient des ions zinc Zn2+, ils sont responsables du précipité blanc lors de l'ajout de soude. Ils proviennent de la perte de deux électrons de l'atome de zinc.
2. La solution contient des ions chlorure Cl−, ils sont responsables du précipité blanc lors de l'ajout de nitrate d'argent. Ils proviennent du gain d'un électron de l'atome de chlore.
3. La solution ionique a pour composition : (Zn2+ + 2 Cl−).
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Exercice similaire

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12
On teste la solution d'un corps pur ionique de composition inconnue.

Lors de l'ajout de soude, il se forme un précipité bleu.
Lors de l'ajout de nitrate d'argent, il se forme un précipité blanc.

1. Quel cation est présent dans la solution ? Combien a-t-il gagné ou perdu d'électrons ?
2. Quel anion est présent dans la solution ? Combien a-t-il gagné ou perdu d'électrons ?
3. Quelle est la formule de la solution ionique ?

Placeholder pour Photographie : tube à essai, liquide bleu se dissolvant. Expérience chimique, corps pur ionique.Photographie : tube à essai, liquide bleu se dissolvant. Expérience chimique, corps pur ionique.
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Je m'entraine

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13
La formule des ions.

1. Donne la formule des ions suivants :
  • ion zinc II : 
  • ion chlorure : 
  • ion fer III : 
  • ion cuivre II : 
  • ion hydrogène : 
  • ion hydroxyde : 
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14
La formation des ions.

Soient les ions suivants :
  • ion cuivre Cu2+
  • ion fer III Fe3+

  • ion fluorure F−
  • ion sulfure S2−
1. Combien d'électrons ces ions ont-ils gagné ou perdu ?
2. Écris pour chacun d'eux s'il s'agit d'un cation ou d'un anion.
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15
Les ions hydrogène et le pH.

On mesure le pH de différentes solutions à l'aide d'un pH-mètre.
Le pH du vinaigre est de 2,4, celui de l'eau minérale de 7,0 et enfin celle de l'eau savonneuse de 9,0.

1. Quelle est la solution la plus acide ?
2. Quelle solution possède le plus d'ions hydrogène ?
3. Quelle est la solution la plus basique ?
4. Quelle est la solution qui possède le plus d'ions hydroxyde ?
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16
Tests de précipitation.

Compétence
Interpréter des résultats.

On a versé quelques gouttes de soude dans trois tubes à essai contenant trois solutions inconnues.

1. Donne la définition d'un précipité.
2. Pour chaque tube, quel est l'ion mis en évidence ?

Placeholder pour Photographie de trois tubes à essai contenant des liquides bleus, verts et oranges.Photographie de trois tubes à essai contenant des liquides bleus, verts et oranges.
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17
Différentes solutions à classer.

Compétence
Interpréter des résultats.

Voici des produits de la vie courante. On a testé leur pH à l'aide d'un papier pH. Les couleurs obtenues ont été reportées dans le document ci-dessous :
Placeholder pour Papier pH circulaire : échelle de couleurs pour mesurer le pH de 1 à 11.Papier pH circulaire : échelle de couleurs pour mesurer le pH de 1 à 11.

1. Indique pour chacune des solutions si elle est acide, basique ou neutre.
2. En t'aidant des couleurs du papier pH, classe ces substances de la plus acide à la plus basique.

Placeholder pour Photo produits ménagers : détartrant violet, lessive bleue, liquide vaisselle jaune, nettoyant vitres bleu.Photo produits ménagers : détartrant violet, lessive bleue, liquide vaisselle jaune, nettoyant vitres bleu.
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18
Le chlore dans la piscine.

Compétence
Concevoir une expérience pour tester une hypothèse.

Le procédé MagnaPoolTM utilise des sels de chlore pour le traitement de l'eau des piscines. Sous quelle forme se trouve ce chlore ?

1. Comment testerais-tu la présence de chlore dans l'eau de la piscine ?
2. Lors de ce test, il se forme un précipité blanc. Que peux-tu déduire de cette observation ?
3. Sous quelle forme se trouve le chlore dans la piscine ?
4. Cette forme est-elle la conséquence d'une perte ou d'un gain d'électrons ?
5. Obtient-on alors des cations ou des anions ?
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19
Acide ou basique ?

1. Trouve les mots correspondant aux lettres.

Placeholder pour Schéma: solutions A, C, E au pH 7. Échelle de pH de 0 à 14.Schéma: solutions A, C, E au pH 7. Échelle de pH de 0 à 14.
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20
La solution ionique.

Le sulfate de potassium est utilisé en jardinage sous forme de granulés mais aussi en solution. La solution contient des ions potassium K+ et des ions sulfates SO42−. Le potassium permet de faciliter la photosynthèse des plantes.

1. Quel est l'ion monoatomique ?
2. Est-ce un cation ou un anion ?
3. Donne la composition atomique de l'autre ion.
4. Est-ce un cation ou un anion ?
5. Donne la formule de la solution de sulfate de potassium.
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21
Variations de pH.

On s'intéresse au pH d'une vinaigrette à laquelle on ajoute une cuillère de vinaigre de citron, qui contient dix fois plus d'ions hydrogène que du vinaigre ordinaire.

1. Lorsqu'on ajoute le vinaigre de citron, la proportion d'ions hydrogène dans la vinaigrette augmente-t-elle ou diminue-t-elle 
2. Le pH augmente-t-il ou diminue-t-il ?
3. On rajoute un verre d'eau. La proportion d'ions hydrogène présents va-t-elle augmenter ou diminuer ?
4. Le pH augmente-t-il ou diminue-t-il ?
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Une notion, trois exercices
Différenciation

Compétence : Interpréter des résultats.
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22-A
Identification des ions. Un cristal bleu inconnu.

Pour cet exercice, tu peux te servir du tableau des résultats des tests d'ions de l'activité 2
page 63
.

On dispose d'un cristal de composition inconnue. Pour l'identifier, on le dissout dans l'eau afin de déterminer sa composition en effectuant des tests. Un précipité blanc qui noircit à la lumière apparait à l'ajout de nitrate d'argent. Un précipité bleu apparait à l'ajout de soude.

1. Quel ion est mis en évidence par le test au nitrate d'argent ?
2. Quel ion est mis en évidence par le test à la soude ?
3. Indique d'où proviennent les ions détectés dans la solution.
4. Donne la composition du cristal d'après tes réponses précédentes.

Placeholder pour Photographie macro : cristaux bleu turquoise aciculaires, texture dense et rayonnante sur fond noir.Photographie macro : cristaux bleu turquoise aciculaires, texture dense et rayonnante sur fond noir.
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22-B
Identification des ions. Des tests de présence d'ion.

Pour cet exercice, tu peux te servir du tableau des résultats des tests d'ions de l'activité 2
page 63
.

On dispose d'une solution contenant des ions Fe2+ et des ions Cl−. On réalise un test au nitrate d'argent et un test à la soude sur cette solution.

1. Prévois le résultat du test au nitrate d'argent.
2. Prévois le résultat du test à la soude.
3. Sachant qu'un test au papier pH donne une valeur d'environ 3, indique si cette solution est basique ou acide, et déduis-en l'ion mis en évidence.
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22-C
Identification des ions. L'acide chlorhydrique.

Pour cet exercice, tu peux te servir du tableau des résultats des tests d'ions de l'activité 2
page 63
.

L'acide chlorhydrique est le principal constituant des acides présents dans l'estomac. Il participe à la digestion. On se propose de déterminer sa composition en effectuant des tests. Un premier test permet d'obtenir un précipité blanc qui noircit à la lumière. De plus, le papier pH indique une valeur de 1,5.

1. Donne la formule de l'acide chlorhydrique en expliquant les résultats obtenus d'après les tests.
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J'approfondis

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23
Le sulfate de cuivre anhydre.

Le sulfate de cuivre anhydre est utilisé pour détecter l'eau. En solution, il forme des ions sulfate SO42− et des ions cuivre Cu2+.

1. De quelle couleur est le sulfate de cuivre anhydre ?
2. Quelle couleur prend-il dans l'eau ?
3. Quel est l'ion responsable de cette couleur ?
4. Quel test permet de mieux mettre en évidence cet ion ?
5. De quoi est constitué l'ion sulfate ?
6. Donne la formule de la solution de sulfate de cuivre.
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24
Chez le dentiste.

Compétence
Interpréter des résultats.

Le chlorure de zinc est utilisé pour les soudures des prothèses dentaires. Après dissolution dans l'eau, il a été testé à la soude (expérience a) et au nitrate d'argent (expérience b).

1. Sur la photo de l'expérience a, qu'observes-tu ? Quel ion a été détecté ?
2. S'agit-il d'un cation ou d'un anion ?
3. Sur la photo de l'expérience b, qu'observes-tu ? Quel ion a été détecté ?
4. S'agit-il d'un cation ou d'un anion ?
5. Donne la formule d'une solution de chlorure de zinc.
Placeholder pour Photographie de deux tubes à essai montrant un précipité blanc de chlorure de zinc : (a) précipité compact, (b) précipité avec bulles.Photographie de deux tubes à essai montrant un précipité blanc de chlorure de zinc : (a) précipité compact, (b) précipité avec bulles.
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25
Les solutions inconnues.

Deux flacons ont perdu leur étiquette. L'un contient de l'acide sulfurique dilué et l'autre de la soude diluée.

1. Que peux-tu faire pour distinguer les deux solutions ?
2. Propose un protocole et schématise l'expérience.
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26
Quelques ions monoatomiques.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques.

1. Complète le tableau suivant.
IonIon cuivreIon ferriqueIon chlorureIon bromure
Symbole
Fe3+
Br-
Nombre de protons29
17
Nombre d'électrons
36
Charge électrique globale
Positif
Cation ou anion ?
Anion

2. Indique pour chacun des ions du tableau s'il a été obtenu après un gain ou une perte d'électrons en précisant le nombre d'électrons concernés.
3. Indique parmi les ions du tableau ceux pour lesquels tu connais le test d'identification en décrivant ce dernier ainsi que son résultat positif.
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27
Le jus de citron.

Un élève presse un citron afin d'en recueillir le jus. Il prépare ainsi trois solutions dans trois béchers :
  • le bécher n° 1 contient 5 mL de jus de citron ;
  • le bécher n° 2 contient 5 mL de jus de citron + 10 mL d'eau ;
  • le bécher n° 3 contient 5 mL de jus de citron + 100 mL d'eau.
Il mesure ensuite le pH et obtient les résultats suivants :
  • 2 pour le bécher n° 1 ;
  • 2,5 pour le bécher n° 2 ;
  • 3 pour le bécher n° 3.

1. Classe les solutions des béchers de la plus acide à la moins acide.
2. Comment évolue le pH quand on rajoute de l'eau ?
3. Le pH pourra-t-il atteindre la valeur de 14 si on ajoute encore plus d'eau ? Explique ta réponse.
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28
Batterie de voiture.

Compétence
Agir de façon responsable, respecter les règles de sécurité.

Les batteries au plomb utilisent une réaction chimique avec l'acide sulfurique pour accumuler et restituer l'énergie. Les batteries doivent donc être remplies d'acide pour fonctionner. Le pictogramme suivant se trouve sur une bouteille d'acide sulfurique.
Placeholder pour Pictogramme danger: liquide corrosif brûlant une surface et une main.Pictogramme danger: liquide corrosif brûlant une surface et une main.

1. Que signifie le pictogramme ci-dessus ?
2. Le pH de l'acide sulfurique est-il supérieur, égal ou inférieur à 7 ?
3. Outre les ions sulfate, quel est l'ion majoritairement présent dans l'acide sulfurique ?
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29
L'ion sulfure.

L'atome de soufre est présent en quantité importante à proximité des volcans. Il possède 16 électrons. L'atome de soufre donne l'ion sulfure S2− qu'on étudiera ici.

Placeholder pour Schéma d'un atome de soufre : 16 protons et 16 électrons orbitent autour d'un noyau.Schéma d'un atome de soufre : 16 protons et 16 électrons orbitent autour d'un noyau.

1. L'ion sulfure est-il issu de la perte ou du gain d'électrons par l'atome de soufre ?
2. Combien d'électrons ont été perdus ou gagnés ?
3. Dessine l'ion sulfure selon le modèle de l'atome de soufre en précisant le nombre de protons et d'électrons.
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30
L'ion fluorure.

L'atome de fluor a 9 charges positives dans son noyau.

1. Schématise l'atome de fluor en mettant le bon nombre d'électrons.
2. L'atome de fluor est-il négatif, neutre ou positif ?
3. L'atome de fluor gagne un électron pour devenir l'ion fluorure. Cet ion est-il négatif, neutre ou positif ?
4. Est-ce un cation ou un anion ?
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31
Les pluies acides.

L'expression « pluies acides » désigne des précipitations atmosphériques anormalement acides. Elles proviennent de la réaction de gaz qui se dissolvent dans l'eau et forment des composés acides. Par exemple, les oxydes d'azote peuvent former de l'acide nitrique HNO3.

1. Que peux-tu dire du pH de ces pluies ?
2. Quel est l'ion responsable de cette acidité dans l'acide nitrique ?
3. Déduis-en la formule de l'autre ion.
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32
L'antimousse.

Le sulfate de fer II est utilisé dans le jardinage comme antimousse. On se propose de le diluer dans l'eau et d'ajouter quelques gouttes de soude. Il apparait alors un précipité.

1. Donne la composition du sulfate de fer II.
2. Quelle est la couleur du précipité ?
3. Lorsqu'on laisse la solution de sulfate de fer II à l'air libre pendant plusieurs jours et qu'on refait le test de la soude, il apparait un précipité rouille. Quel ion est ainsi caractérisé ?
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33
L'alcootest.

Les cristaux contenus dans les alcootests contiennent des ions dichromate Cr2O72− de couleur jaune.
En présence d'alcool, ils se transforment en ions chromate Cr3+ de couleur verte.

1. Quelle est la composition de l'ion dichromate ? A-t-il perdu ou gagné des électrons ? Combien d'électrons a-t-il gagnés ou perdus ?
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Je résous un problème

Compétence : Interpréter des résultats.
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Quels sont les ions contenus dans l'acide sulfurique ?
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Doc. 1
Quelques tests de présence d'ions.

TestIon ou molécule testée(e)Observation
Test au sulfate de cuivre anhydreEauLe sulfate de cuivre anhydre blanc devient bleu
Test à l'eau de chauxDioxyde de carboneTrouble de l'eau de chaux
Test à la flammeDihydrogèneDétonation
Test à la buchette incandescenteDioxygèneLa buchette incandescente se ré-enflamme
Test à la soudeIon cuivre II (Cu2+)Précipité bleu
Ion zinc II (Zn2+)Précipité blanc 
Ion fer II (Fe2+)Précipité verdâtre
Ion fer III (Fe3+)Précipité rouille
Ion aluminium III (Al3+)Précipité blanc
Test au nitrate d'argentIon chlorure Cl-Précipité blanc qui noircit à la lumière
Test au chlorure de baryumIon sulfate SO42-Précipité blanc
Mesure du pHIon H+pH < 7
Mesure du pHIon HO-pH > 7
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Doc. 2
Le lac acide de Kamtchatka, en Russie.

Placeholder pour Photo aérienne d'un lac turquoise acide dans un cratère volcanique au Kamtchatka, Russie.Photo aérienne d'un lac turquoise acide dans un cratère volcanique au Kamtchatka, Russie.

Un lac acide est un lac de cratère dans lequel le volcan rejette des gaz volcaniques. Ces gaz se dissolvent et forment de l'acide sulfurique en solution. Le pH de ces lacs est inférieur à 1. Le test au chlorure de baryum sur un prélèvement fait apparaitre un précipité blanc.
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Exercices supplémentaires

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34
L'ion hydrogène.

L'ion hydrogène H+ a pour numéro atomique 1 et nombre de masse 1. Il est responsable de l'acidité d'une solution.

1. Combien a-t-il de protons ?
2. Combien a-t-il de neutrons ?
3. L'ion hydrogène a-t-il gagné ou perdu des électrons ?
4. Lorsque le pH augmente, la concentration d'ions augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?
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35
Rédiger un compte rendu.

On réalise un test sur une solution ionique de composition inconnue.
Au test à la soude, il apparait un précipité vert et au test au nitrate d'argent, il apparait un précipité blanc.

1. Sous la forme suivante, tu donneras la composition de cette solution : J'observe que… Sachant que… J'en déduis que... .
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36
Le pH-mètre.

Voici le pH de différentes solutions :
  • Vinaigre : 4,8 ;
  • Eau distillée (pure) : 7 ;
  • Eau de mer : 8 ;
  • Eau de Javel : 12,5 ;
  • Soude : 13,5.
1. Indique pour chaque solution si elle est acide, neutre ou basique.
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Parcours de compétences

Compétence : Identifier le problème à résoudre.
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Éric remarque une tache humide sur le carrelage où se trouvent le déboucheur d'évier (une solution basique concentrée) et un autre détergent contenant un acide. Il veut la nettoyer avec l'acide chlorhydrique concentré qu'il utilise habituellement pour détacher les carreaux, en respectant les consignes de sécurité.

Informations : Plus une solution est concentrée en ions hydrogène H+, plus elle est acide. Plus une solution est concentrée en ions hydroxyde HO-, plus elle est basique. Il est dangereux de mélanger une solution d'acide concentrée avec une solution basique concentrée. Il y a alors des risques de projection.

Quel problème va devoir résoudre Eric s'il veut nettoyer la tache ?
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Niveau 1
Je comprends le contexte scientifique dans la situation proposée.
Coup de pouce
Retrouve dans le texte ce que voudrait faire Éric.
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Niveau 2
Dans la situation proposée, je repère des éléments qui posent problème.
Coup de pouce
Quelle partie de l'énoncé évoque un problème ?
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Niveau 3
J'identifie et je formule un problème scientifique pertinent.
Coup de pouce
L'acide chlorhydrique peut-il être mélangé avec d'autres liquides en toute sécurité ?
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Niveau 4
Je formule clairement le problème que j'ai identifié pour me permettre de le résoudre.
Coup de pouce
Formule ce problème en insistant sur l'information clé dont Éric doit avoir connaissance.

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