Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac

1. Constitution et transformations de la matière

Composition et évolution d'un système

Ouverture de thème p. 16-17

Ch. 1

Modélisation des transformations acide-base

Ch. 2

Analyse physique d'un système chimique

Ch. 3

Méthode de suivi d'un titrage

Ch. 4

Évolution temporelle d'une transformation chimique

Ch. 5

Évolution temporelle d'une transformation nucléaire

BAC

Thème 1

Prévision et stratégie en chimie

Ouverture de thème p. 146-147

Ch. 6

Évolution spontanée d'un système chimique

Ch. 7

Équilibres acide-base

Ch. 8

Transformations chimiques forcées

Ch. 9

Structure et optimisation en chimie organique

Ch. 10

Stratégies de synthèse

BAC

Thème 1 bis

2. Mouvement et interactions

Ouverture de thème

p. 290-291

Ch. 11

Description d'un mouvement

Ch. 12

Mouvement dans un champ uniforme

Ch. 13

Mouvement dans un champ de gravitation

Ch. 14

Modélisation de l'écoulement d'un fluide

BAC

Thème 2

3. Conversions et transferts d'énergie

Ouverture de thème

p. 402-403

Ch. 15

Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16

Bilans d'énergie thermique

BAC

Thème 3

4. Ondes et signaux

Ouverture de thème

p. 462-463

Ch. 17

Propagation des ondes

Ch. 18

Interférences et diffraction

Ch. 19

Lunette astronomique

Ch. 20

Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Ch. 21

Évolutions temporelles dans un circuit capacitif

BAC

Thème 4

Annexes

Ch. 22

Méthode

Chapitre 1

Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

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Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

	Pour commencer	Différenciation	Pour s'entraîner
Savoir utiliser la relation liant $pH$ et $[H_{3} O^{+}]$	20	25 26 27	35
Savoir utiliser le schéma de Lewis	16 22		33
Savoir identifier des couples acide-base	15		29

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Pour s'échauffer

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5
Couple acide-base (1)

Justifier que

CH_{3} COOH (aq)/CH_{3} COO^{-} (aq)

est un couple acide-base en écrivant la demi-équation associée.

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6
Couple acide-base (2)

Justifier que

NH_{4}^{+} (aq)/NH_{3} (aq)

est un couple acide‑base en écrivant la demi‑équation associée.

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7
Groupe caractéristique

1. Préciser si l'éthanal, contenu dans certaines plantes comme le tabac, le coton ou les fruits mûrs, peut être acide. Justifier.

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Crédits : lelivrescolaire.fr

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Crédits : Jerry Horbert/Shutterstock

2. Justifier que l'éthanal ne fait pas partie de la famille des acides carboxyliques.

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8
Représentation de Lewis (1)

Représenter les schémas de Lewis de l'ion ammonium

NH_{4}^{+}

et de l'ammoniac

NH_{3}

Dessinez ici

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9
Représentation de Lewis (2)

Représenter le schéma de Lewis de l'ion éthanoate

CH_{3} COO^{-}

Dessinez ici

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10
$pH$ et acidité

pH

d'une eau gazeuse est de 5,5.

1. Préciser si cette eau gazeuse est acide, neutre ou basique.

2. Calculer la concentration en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

de cette eau.

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11
Préparation des ECE

1. Préciser l'utilité d'un pH-mètre.

2. Expliciter le terme « étalonner » dans le cas du pH-mètre.

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A
Modélisation des transformations acide‑base

✔ REA : appliquer une formule

Déterminer le pH d'une solution dont la concentration en ion oxonium est égale à

[H_{3} O^{+}] = 4, 0 \times 1 0^{- 4}

mol·L^-1.

Données

Relation entre les concentrations dans l'eau à 25 °C :

\frac{[ H O ^{-} ] \cdot [ H _{3} O ^{+} ]}{c ^{2}} = K_{e}

Conductivités molaires ioniques à 25°C :

λ (H O^{-}) = 19, 8

mS·m²·mol^-1 et

λ (H_{3} O^{+}) = 35, 0

mS·m²·mol^-1
Produit ionique de l'eau :

K_{e} = 1 0^{14}

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Pour commencer

Couples acide‑base

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12
Identification de couples acide-base (1)

✔ REA : Utiliser un modèle

Identifier les couples acide-base parmi les couples suivants en écrivant les demi-équations associées :

a.

H_{3} O^{+} (aq)/H_{2} O(l)

Fe^{3 +} (aq)/Fe^{2 +} (aq)

HgO(s)/Hg(l)

H^{+} (aq)/H_{2} (g)

HNO_{3} (aq)/NO_{3}^{-} (aq)

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13
Identification de couples acide-base (2)

✔ REA : Utiliser un modèle

Identifier les couples acide-base parmi les couples suivants et écrire leur demi-équation :

a.

O_{2} (g)/H_{2} O_{2} (aq)

H_{2} O_{2} (aq)/H_{2} O(l)

H_{2} O (l)/HO^{-} (aq)

CH_{3} CHO(aq)/C_{2} H_{5} OH(aq)

(CO_{2}, H_{2} O) (aq) /HCO_{3}^{-} (aq)

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14
Espèce conjuguée

✔ REA : Utiliser un modèle

Compléter les couples acide-base suivants :

HF(aq)/ \dots

\dots / CH_{3} COO^{-} (aq)

(CO_{2}, H_{2} O)(aq) / \dots

\dots / SO_{3}^{2 -} (aq)

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15
Réaction acide-base

✔ REA : Utiliser un modèle

En mettant de l'aspirine dans de l'eau, la réaction suivante se produit :

C_{9} H_{8} O_{4} (aq) + H_{2} O(l) ⇆ C_{9} H_{7} O_{4}^{-} (aq) + H_{3} O^{+} (aq)

1. Identifier les deux couples acide-base impliqués.

2. Préciser si l'eau joue le rôle d'un acide ou d'une base.

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B
Acide phosphorique

✔ REA : Utiliser un modèle

L'acide phosphorique a pour formule

H_{3} PO_{4}

1. Sachant que l'atome de phosphore est lié aux quatre atomes d'oxygène

O,

donner sa représentation de Lewis.

2. Quelle est la géométrie autour de l'atome de phosphore ?

3. Justifier que l'acide phosphorique est un triacide.

4. Donner la formule brute des bases conjuguées de l'acide phosphorique. Lesquelles peuvent être qualifiées d'amphotères ?

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Structure et propriétés

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16
Pyridine

✔ REA : Utiliser un modèle
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

La pyridine, contenant un cycle à cinq atomes de carbone et un atome d'azote, a une odeur rappelant celle du poisson. Elle est utilisée comme précurseur en pharmacie ainsi que pour la fabrication d'insecticides.

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Crédits : StudioMolekuul/Shutterstock

1. Représenter le schéma de Lewis de la pyridine.

Dessinez ici

2. Préciser si la pyridine peut avoir un caractère acide. Justifier.

3. Même question pour le caractère basique.

4. Représenter le schéma de Lewis de l'acide conjugué ou de la base conjuguée de la pyridine.

Dessinez ici

5. Écrire le couple acide-base de la pyridine.

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17
Acide dans l'huile

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

L'acide palmitique (ou acide hexadécanoïque) est contenu dans l'huile de palme. Sa formule est

CH_{3} (CH_{2})_{14} COOH

.

1. Justifier sa dénomination d'« acide ».

2. Identifier l'atome d'hydrogène responsable du caractère acide.

3. Représenter le schéma de Lewis de sa base conjuguée.

Dessinez ici

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18
Alanine

✔ REA : Utiliser un modèle
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

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Crédits : petarg/Shutterstock

1. L'alanine est l'un des acides aminés les plus fréquents dans les protéines. À l'aide du modèle moléculaire ci-contre, déterminer le schéma de Lewis de l'alanine.

Dessinez ici

2. Identifier les groupes caractéristiques de l'alanine.
Ce composé existe en solution aqueuse sous la forme d'un amphion ou ion dipolaire de formule chimique :

CH_{3} CH (NH_{3}^{+}) COO^{-} (aq)

3. Justifier le caractère amphotère de l'alanine.

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$pH$ et acidité

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19
$pH$ et concentration

✔ REA : Appliquer une formule
✔ VAL : Identifier et évaluer les sources d'erreurs

Camille mesure le

pH

d'une eau minérale. Le

pH

mesuré est de (

7, 4 \pm 0, 2

). L'étiquette indique qu'elle contient notamment

468

mg·L^-1 d'ions calcium

Ca^{2 +} (aq)

.

1. Relever l'incertitude de cette mesure. Commenter.

2. Donner un encadrement de la concentration en (mol·L^-1) en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

. Commenter.

3. Déterminer la concentration en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

en (g·L^-1).

4. Comparer les concentrations en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

et calcium

Ca^{2 +} (aq)

Données

Masses molaires atomiques :

M (H) = 1, 0

g·mol^-1,

M (O) = 16, 0

g·mol^-1 et

M (Ca) = 40, 1

g·mol^-1

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20
Acide sulfurique dilué

✔ REA : Appliquer une formule
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

Une solution d'acide sulfurique de concentration

8, 0 \times 1 0^{- 2}

mol·L^-1 en acide apporté doit être diluée 5 fois afin d'effectuer une expérience. Il est nécessaire de préparer

200, 0

mL d'acide dilué. L'acide sulfurique réagit totalement avec l'eau selon l'équation :

2 H_{2} O(l) + H_{2} SO_{4} (l) ⟶ 2 H_{3} O^{+} (aq) + SO_{4}^{2 -} (aq)

1. Déterminer le

pH

de la solution mère.

2. Indiquer la verrerie nécessaire à la dilution.

3. Déterminer la concentration en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

de la solution diluée.

4. En déduire le

pH

de la solution diluée.

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21
Préparation d'acide nitrique

✔ REA : Appliquer une formule

L'acide nitrique

HNO_{3} (l)

réagit totalement avec l'eau. On prépare

50, 0

mL d'une solution aqueuse d'un volume de solution mère contenant

1, 0

g d'acide nitrique.

1. Déterminer le

pH

de la solution réalisée.

2. Prévoir la valeur du

pH

si on doublait la quantité d'acide apporté.

Données

Masses molaires atomiques :

M (H) = 1, 0

g·mol^-1,

M (N) = 14, 0

g·mol^-1 et

M (O) = 16, 0

g·mol^-1

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Vue d'ensemble

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22
Ion oxonium

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

1. Représenter le schéma de Lewis de l'ion oxonium

H_{3} O^{+}

et de l'eau

H_{2} O

Dessinez ici

2. Justifier qu'ils forment un couple acide-base.

3. Préciser la particularité que possède le schéma de Lewis de l'ion oxonium.

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Crédits : Benjah-bmm27/Wikimedia

Modélisation du nuage électronique de l'ion oxonium

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23
Acidité du lait

✔ REA : Appliquer une formule

1. Préciser quel est le groupe caractéristique de l'acide lactique.

2. Sachant qu'il possède un groupe hydroxyle (

- OH

) sur l'atome de carbone intermédiaire, représenter le schéma de Lewis de cet acide.

Dessinez ici

3. Le

pH

du lait de vache est d'environ

6, 5

. Déterminer la concentration en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

4. La fermentation du lait diminue la valeur du

pH

de la solution. Préciser comment évolue la concentration en ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

5. L'acide réagit avec l'eau et forme l'ion lactate. Représenter le schéma de Lewis de cet ion.

Dessinez ici

6. Écrire l'équation de la réaction entre cet acide et l'eau.

Doc.
Acide lactique

L'acide lactique a été isolé du lait aigre en 1780 par C. W. Scheele. En 1808, J. J. Berzelius constate que l'acide lactique est également produit dans des muscles pendant l'effort. En 1856, L. Pasteur découvre le lactobacille et son rôle dans la fabrication de l'acide lactique. L'acide lactique a commencé à être produit commercialement par l'entreprise Boehringer Ingelheim dès 1895. La structure de l'acide lactique a été établie par Wislicenus en 1873. C'est un acide carboxylique de formule brute

C_{3} H_{6} O_{3}

Extrait de l'article « Acide lactique », societechimiquedefrance.fr

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24
Molécule putride

✔ REA : Utiliser un modèle

La putrescine, de formule

NH_{2} (CH_{2})_{4} NH_{2}

, est produite lors de la décomposition des corps mais contribue aussi à la mauvaise haleine.

1. Repérer le groupe caractéristique de la putrescine.

2. Justifier son (ou ses) caractère(s) acide-base.

3. Écrire la réaction de la putrescine avec l'eau. On considérera la réaction avec une seule molécule d'eau.

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Une notion, trois exercices
Différenciation

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25
Réaction limitée ou totale ? (1)

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

Le

pH

d'une solution de

100

mL d'acide éthanoïque

C_{2} H_{4} O_{2} (aq)

, de concentration en soluté apporté

c_{A} = 1, 0 \times 1 0^{- 2}

mol·L^-1, est égal à

2, 8

.

1. Écrire l'équation de la réaction entre l'acide et l'eau.

2. Établir le tableau d'avancement de cette réaction et déterminer la quantité de matière initiale d'acide.

	Avancement	$+$	$\to$	$+$
État initial	$x = 0$ mol
État final réel	$x_{f}$
État final théorique	$x_{max}$

3. En déduire la concentration maximale

[H_{3} O^{+}]_{max}

et calculer le

pH

théorique.

4. Conclure quant au caractère total de la réaction.

Données

Couples acide-base : $HCl(aq) / Cl^{-} (aq)$ , $C_{2} H_{4} O_{2} (aq)/C_{2} H_{3} O_{2}^{-} (aq)$ , $H_{3} O^{+} (aq)/H_{2} O(l)$ et $H_{2} O(l)/HO^{-} (aq)$
Volume molaire à 20 °C : $V_{m} = 24, 0$ L·mol^-1
Masses molaires atomiques : $M (H) = 1, 0$ g·mol^-1, $M (C) = 12, 0$ g·mol^-1 et $M (O) = 16, 0$ g·mol^-1

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26
Réaction limitée ou totale ? (2)

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

On prépare

100, 0

mL de solution en dissolvant

2, 2

mL de

HCl(g)

dans l'eau. Le gaz réagit avec l'eau et le

pH

de la solution obtenue est de

3, 0

.

1. Établir le tableau d'avancement de la réaction entre le gaz et l'eau.

	Avancement	$+$	$⇄$	$+$
État initial	$x = 0$ mol
État final réel	$x_{f}$

Pour s'échauffer - Pour commencer

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Pour s'échauffer

5Couple acide-base (1)

6Couple acide-base (2)

7Groupe caractéristique

8Représentation de Lewis (1)

9Représentation de Lewis (2)

10pH et acidité

11Préparation des ECE

AModélisation des transformations acide‑base

Pour commencer

Couples acide‑base

12Identification de couples acide-base (1)

13Identification de couples acide-base (2)

14Espèce conjuguée

15Réaction acide-base

BAcide phosphorique

Structure et propriétés

16Pyridine

17Acide dans l'huile

18Alanine

pH et acidité

19pH et concentration

20Acide sulfurique dilué

21Préparation d'acide nitrique

Vue d'ensemble

22Ion oxonium

23Acidité du lait

24Molécule putride

Une notion, trois exercices Différenciation

25Réaction limitée ou totale ? (1)

26Réaction limitée ou totale ? (2)

5
Couple acide-base (1)

6
Couple acide-base (2)

7
Groupe caractéristique

8
Représentation de Lewis (1)

9
Représentation de Lewis (2)

10
$pH$ et acidité

11
Préparation des ECE

A
Modélisation des transformations acide‑base

12
Identification de couples acide-base (1)

13
Identification de couples acide-base (2)

14
Espèce conjuguée

15
Réaction acide-base

B
Acide phosphorique

16
Pyridine

17
Acide dans l'huile

18
Alanine

$pH$ et acidité

19
$pH$ et concentration

20
Acide sulfurique dilué

21
Préparation d'acide nitrique

22
Ion oxonium

23
Acidité du lait

24
Molécule putride

Une notion, trois exercices
Différenciation

25
Réaction limitée ou totale ? (1)

26
Réaction limitée ou totale ? (2)