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Exercices Pour s'échauffer/Pour commencer
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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Savoir utiliser la relation liant pH\text{pH} et [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+]
20
DIFF
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


5
Couple acide-base (1)

Justifier que CH3COOH (aq)/CH3COO(aq)\text{CH}_3\text{COOH (aq)/CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)} est un couple acide-base en écrivant la demi-équation associée.
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6
Couple acide-base (2)

Justifier que NH4+(aq)/NH3(aq)\text{NH}^+_4\text{(aq)/NH}_3\text{(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.


Ethanal
Coton


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 NH4+\text{NH}^+_4 et de l’ammoniac NH3\text{NH}_3.
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9
Représentation de Lewis (2)

Représenter le schéma de Lewis de l’ion éthanoate CH3COO\text{CH}_3\text{COO}^-.
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10
pH\textbf{pH} et acidité

Le pH\text{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 H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(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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Pour commencer

Couples acide-base


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. H3O+(aq)/H2O(l)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)/H}_2\text{O(l)}.


b. Fe3+(aq)/Fe2+(aq)\text{Fe}^{3+}\text{(aq)/Fe}^{2+}\text{(aq)}.


c. HgO(s)/Hg(l)\text{HgO(s)/Hg(l)}.


d. H+(aq)/H2(g)\text{H}^+\text{(aq)/H}_2\text{(g)}.


e. HNO3(aq)/NO3(aq)\text{HNO}_3\text{(aq)/NO}^-_3\text{(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. O2(g)/H2O2(aq)\text{O}_2\text{(g)/H}_2\text{O}_2\text{(aq)}.


b. H2O2(aq)/H2O(l)\text{H}_2\text{O}_2\text{(aq)/H}_2\text{O(l)}.


c. H2O(l)/HO(aq)\text{H}_2\text{O}\text{(l)/HO}^-\text{(aq)}.


d. CH3CHO(aq)/C2H5OH(aq)\text{CH}_3\text{CHO(aq)/C}_2\text{H}_5\text{OH(aq)}.


e. (CO2,H2O)(aq)/HCO3(aq)(\text{CO}_2, \text{H}_2\text{O})(\text{aq})\text{/HCO}^-_3\text{(aq)}.
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14
Espèce conjuguée

REA : Utiliser un modèle

Compléter les couples acide-base suivants :

a. HF(aq)/\text{HF(aq)/}\dots


b. /CH3COO(aq)\dots/\text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)}.


c. (CO2,H2O)(aq)/\text{(CO}_2, \text{H}_2\text{O)(aq)}/\dots


d. /SO32(aq)\dots/\text{SO}^{2-}_3\text{(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 :
C9H8O4(aq)+H2O(l)C9H7O4(aq)+H3O+(aq)\text{C}_9\text{H}_8\text{O}_4\text{(aq)}+ \text{H}_2\text{O(l)} \leftrightarrows \text{C}_9\text{H}_7\text{O}_4^-\text{(aq)} + \text{H}_3\text{O}^+\text{(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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Supplément numérique

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Structure et propriétés


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.

Pyridine


1. Représenter le schéma de Lewis de la pyridine.
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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.
Couleurs
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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 CH3(CH2)14COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{14}\text{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.
Couleurs
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18
Alanine

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

Alanine

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.
Couleurs
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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 :
CH3CH(NH3+)COO(aq)\text{CH}_3\text{CH}(\text{NH}^+_3)\text{COO}^-\text{(aq)}



3. Justifier le caractère amphotère de l’alanine.
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pH\textbf{pH} et acidité


19
pH\textbf{pH} et concentration

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

Camille mesure le pH\text{pH} d’une eau minérale. Le pH\text{pH} mesuré est de (7,4±0,27{,}4 \pm 0{,}2). L’étiquette indique qu’elle contient notamment 468468 mg·L-1 d’ions calcium Ca2+(aq)\text{Ca}^{2+}\text{(aq)}.

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


2. Donner un encadrement de la concentration en (mol·L-1) en ion oxonium H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}. Commenter.


3. Déterminer la concentration en ion oxonium H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} en (g·L-1).


4. Comparer les concentrations en ion oxonium H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} et calcium Ca2+(aq)\text{Ca}^{2+}\text{(aq)}.


Données
  • Masses molaires atomiques : M(H)=1,0M(\text{H)} = 1{,}0 g·mol-1, M(O)=16,0M(\text{O}) = 16{,}0 g·mol-1 et M(Ca)=40,1M(\text{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 8,0×1028{,}0 \times 10^{-2} mol·L-1 en acide apporté doit être diluée 5 fois afin d’effectuer une expérience. Il est nécessaire de préparer 200,0200{,}0 mL d’acide dilué. L’acide sulfurique réagit totalement avec l’eau selon l’équation :
2H2O(l)+H2SO4(l)2H3O+(aq)+SO42(aq)2\text{H}_2\text{O(l)} + \text{H}_2\text{SO}_4\text{(l)}\longrightarrow 2\text{H}_3\text{O}^ + \text{(aq)} +\text{SO}^{2-}_4\text{(aq)}

1. Déterminer le pH\text{pH} de la solution mère.


2. Indiquer la verrerie nécessaire à la dilution.


3. Déterminer la concentration en ion oxonium H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} de la solution diluée.


4. En déduire le pH\text{pH} de la solution diluée.
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21
Préparation d’acide nitrique

REA : Appliquer une formule

L’acide nitrique HNO3(l)\text{HNO}_3\text{(l)} réagit totalement avec l’eau. On prépare 50,050{,}0 mL d’une solution aqueuse d’un volume de solution mère contenant 1,01{,}0 g d’acide nitrique.

1. Déterminer le pH\text{pH} de la solution réalisée.


2. Prévoir la valeur du pH\text{pH} si on doublait la quantité d’acide apporté.


Données
  • Masses molaires atomiques : M(H)=1,0M(\text{H}) = 1{,}0 g·mol-1, M(N)=14,0M(\text{N}) = 14{,}0 g·mol-1 et M(O)=16,0M(\text{O}) = 16{,}0 g·mol-1
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Vue d’ensemble


22
Ion oxonium

RAI/ANA : Construire un raisonnement

1. Représenter le schéma de Lewis de l’ion oxonium H3O+\text{H}_3\text{O}^+ et de l’eau H2O\text{H}_2\text{O}.
Couleurs
Formes
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2. Justifier qu’ils forment un couple acide-base.


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


Oxonium

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- \: \text{OH}) sur l’atome de carbone intermédiaire, représenter le schéma de Lewis de cet acide.
Couleurs
Formes
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3. Le pH\text{pH} du lait de vache est d’environ 6,56{,}5. Déterminer la concentration en ion oxonium H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}.


4. La fermentation du lait diminue la valeur du pH\text{pH} de la solution. Préciser comment évolue la concentration en ion oxonium H3O+(aq)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}.


5. L’acide réagit avec l’eau et forme l’ion lactate. Représenter le schéma de Lewis de cet ion.
Couleurs
Formes
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6. Écrire l’équation de la réaction entre cet acide et l’eau.


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 C3H6O3\text{C}_3\text{H}_6\text{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 NH2(CH2)4NH2\text{NH}_2(\text{CH}_2)_4\text{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

25
Réaction limitée ou totale ? (1)◉◉

RAI/MOD : Modéliser une transformation

Le pH\text{pH} d’une solution de 100100 mL d’acide éthanoïque C2H4O2(aq)\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2\text{(aq)}, de concentration en soluté apporté cA=1,0×102c_\text{A} = 1{,}0 \times 10^{-2} mol·L-1, est égal à 2,82{,}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
++
\rightarrow
++
État initial x=0x=0 mol
État final réel xfx_\text{f}
État final théorique xmaxx_\text{max}



3. En déduire la concentration maximale [H3O+]max[\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{max}} et calculer le pH\text{pH} théorique.


4. Conclure quant au caractère total de la réaction.


Données
  • Couples acide-base : HCl(aq)/Cl(aq)\text{HCl(aq)}/\text{Cl}^-\text{(aq)},C2H4O2(aq)/C2H3O2(aq)\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2\text{(aq)/C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-\text{(aq)}, H3O+(aq)/H2O(l)\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)/H}_2\text{O(l)} et H2O(l)/HO(aq)\text{H}_2\text{O(l)/HO}^-\text{(aq)}
  • Volume molaire à 20 °C : Vm=24,0V_\text{m} = 24{,}0 L·mol-1
  • Masses molaires atomiques : M(H)=1,0M(\text{H}) = 1{,}0 g·mol-1, M(C)=12,0M(\text{C}) = 12{,}0 g·mol-1 et M(O)=16,0M(\text{O}) = 16{,}0 g·mol-1
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26
Réaction limitée ou totale ? (2) ◉◉

RAI/MOD : Modéliser une transformation

On prépare 100,0100{,}0 mL de solution en dissolvant 2,22{,}2 mL de HCl(g)\text{HCl(g)} dans l’eau. Le gaz réagit avec l’eau et le pH\text{pH} de la solution obtenue est de 3,03{,}0.

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

Avancement
++
\rightleftarrows
++
État initial x=0x=0 mol
État final réel xfx_\text{f}
État final théorique xmaxx_\text{max}

2. En déduire la concentration maximale [H3O+]max[\text{H}_3\text{O}^+]_\text{max}.


3. Vérifier que la réaction est totale.
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27
Réaction limitée ou totale ? (3) ◉◉◉

RAI/MOD : Modéliser une transformation

On prépare 250250 mL de solution aqueuse en dissolvant dans l’eau pure 500500 mg d’acide ascorbique (vitamine C) C6H8O6(s)\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6\text{(s)} en poudre. Le pH\text{pH} de cette solution vaut 3,63{,}6.

En le justifiant, conclure quant au caractère total de la réaction entre l’acide ascorbique et l’eau.
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