Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
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
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
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
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
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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Pour s'échauffer
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5Couple acide-base (1)
Justifier que \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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6Couple acide-base (2)
Justifier que \text{NH}^+_4\text{(aq)/NH}_3\text{(aq)} est un couple acide‑base en écrivant la demi‑équation associée.
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7Groupe caractéristique
1. Préciser si l'éthanal, contenu dans certaines plantes comme le tabac, le coton ou les fruits mûrs, peut être acide. Justifier.
2. Justifier que l'éthanal ne fait pas partie de la famille des acides carboxyliques.
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8Représentation de Lewis (1)
Représenter les schémas de Lewis de l'ion ammonium \text{NH}^+_4 et de l'ammoniac \text{NH}_3.
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9Représentation de Lewis (2)
Représenter le schéma de Lewis de l'ion éthanoate \text{CH}_3\text{COO}^-.
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10\textbf{pH} et acidité
Le \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 \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} de cette eau.
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11Préparation 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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AModélisation des transformations acide‑base
✔ REA : appliquer une formule
Déterminer le pH d'une solution dont la concentration en ion oxonium est égale à \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=4,0 \times 10^{-4} mol·L-1.
Déterminer le pH d'une solution dont la concentration en ion oxonium est égale à \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=4,0 \times 10^{-4} mol·L-1.
Données
Relation entre les concentrations dans l'eau à 25 °C : \frac{\left[\mathrm{HO}^{-}\right] \cdot\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]}{c^{2}}=K_{e}
Conductivités molaires ioniques à 25°C : \lambda\left(\mathrm{HO}^{-}\right)=19{,}8 mS·m2·mol-1 et \lambda\left(\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right)=35{,}0 mS·m2·mol-1
Produit ionique de l'eau : K_{e}=10^{14}
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Pour commencer
Couples acide‑base
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12Identification 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. \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)/H}_2\text{O(l)}.
b. \text{Fe}^{3+}\text{(aq)/Fe}^{2+}\text{(aq)}.
a. \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)/H}_2\text{O(l)}.
b. \text{Fe}^{3+}\text{(aq)/Fe}^{2+}\text{(aq)}.
c. \text{HgO(s)/Hg(l)}.
d. \text{H}^+\text{(aq)/H}_2\text{(g)}.
e. \text{HNO}_3\text{(aq)/NO}^-_3\text{(aq)}.
d. \text{H}^+\text{(aq)/H}_2\text{(g)}.
e. \text{HNO}_3\text{(aq)/NO}^-_3\text{(aq)}.
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13Identification de couples acide-base (2)
✔ REA : Utiliser un modèle
Identifier les couples acide-base parmi les couples suivants et écrire leur demi-équation :
a. \text{O}_2\text{(g)/H}_2\text{O}_2\text{(aq)}.
b. \text{H}_2\text{O}_2\text{(aq)/H}_2\text{O(l)}.
a. \text{O}_2\text{(g)/H}_2\text{O}_2\text{(aq)}.
b. \text{H}_2\text{O}_2\text{(aq)/H}_2\text{O(l)}.
c. \text{H}_2\text{O}\text{(l)/HO}^-\text{(aq)}.
d. \text{CH}_3\text{CHO(aq)/C}_2\text{H}_5\text{OH(aq)}.
e. (\text{CO}_2, \text{H}_2\text{O})(\text{aq})\text{/HCO}^-_3\text{(aq)}.
d. \text{CH}_3\text{CHO(aq)/C}_2\text{H}_5\text{OH(aq)}.
e. (\text{CO}_2, \text{H}_2\text{O})(\text{aq})\text{/HCO}^-_3\text{(aq)}.
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14Espèce conjuguée
✔ REA : Utiliser un modèle
Compléter les couples acide-base suivants :
a. \text{HF(aq)/}\dots
b. \dots/\text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)}.
b. \dots/\text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)}.
c. \text{(CO}_2, \text{H}_2\text{O)(aq)}/\dots
d. \dots/\text{SO}^{2-}_3\text{(aq)}.
d. \dots/\text{SO}^{2-}_3\text{(aq)}.
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15Réaction acide-base
✔ REA : Utiliser un modèle
En mettant de l'aspirine dans de l'eau, la réaction suivante se produit :
\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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BAcide phosphorique
✔ REA : Utiliser un modèle
L'acide phosphorique a pour formule \text{H}_3\text{PO}_4.
L'acide phosphorique a pour formule \text{H}_3\text{PO}_4.
1. Sachant que l'atome de phosphore est lié aux quatre atomes d'oxygène \text{O}, donner sa représentation de Lewis.
2. Quelle est la géométrie autour de l'atome de phosphore ?
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 ?
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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16Pyridine
✔ 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.
✔ 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.
1. Représenter le schéma de Lewis de la pyridine.
2. Préciser si la pyridine peut avoir un caractère acide. Justifier.
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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.
5. Écrire le couple acide-base de la pyridine.
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5. Écrire le couple acide-base de la pyridine.
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17Acide dans l'huile
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
L'acide palmitique (ou acide hexadécanoïque) est contenu dans l'huile de palme. Sa formule est
\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.
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.
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18Alanine
✔ REA : Utiliser un modèle✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
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.
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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 :
3. Justifier le caractère amphotère de l'alanine.
Ce composé existe en solution aqueuse sous la forme d'un amphion ou ion dipolaire de formule chimique :
\text{CH}_3\text{CH}(\text{NH}^+_3)\text{COO}^-\text{(aq)}
3. Justifier le caractère amphotère de l'alanine.
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\textbf{pH} et acidité
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19\textbf{pH} et concentration
✔ REA : Appliquer une formule
✔ VAL : Identifier et évaluer les sources d'erreurs
Camille mesure le \text{pH} d'une eau minérale. Le \text{pH} mesuré est de (7{,}4 \pm 0{,}2). L'étiquette indique qu'elle contient notamment 468 mg·L-1 d'ions calcium \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 \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}. Commenter.
✔ VAL : Identifier et évaluer les sources d'erreurs
Camille mesure le \text{pH} d'une eau minérale. Le \text{pH} mesuré est de (7{,}4 \pm 0{,}2). L'étiquette indique qu'elle contient notamment 468 mg·L-1 d'ions calcium \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 \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}. Commenter.
3. Déterminer la concentration en ion oxonium \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} en (g·L-1).
4. Comparer les concentrations en ion oxonium \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} et calcium \text{Ca}^{2+}\text{(aq)}.
Masses molaires atomiques : M(\text{H)} = 1{,}0 g·mol-1, M(\text{O}) = 16{,}0 g·mol-1 et M(\text{Ca}) = 40{,}1 g·mol-1
4. Comparer les concentrations en ion oxonium \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} et calcium \text{Ca}^{2+}\text{(aq)}.
Données
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20Acide sulfurique dilué
✔ REA : Appliquer une formule✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
Une solution d'acide sulfurique de concentration 8{,}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{,}0 mL d'acide dilué. L'acide sulfurique réagit totalement avec l'eau selon l'équation :
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 \text{pH} de la solution mère.
2. Indiquer la verrerie nécessaire à la dilution.
2. Indiquer la verrerie nécessaire à la dilution.
3. Déterminer la concentration en ion oxonium \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} de la solution diluée.
4. En déduire le \text{pH} de la solution diluée.
4. En déduire le \text{pH} de la solution diluée.
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21Préparation d'acide nitrique
✔ REA : Appliquer une formule
L'acide nitrique \text{HNO}_3\text{(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 \text{pH} de la solution réalisée.
2. Prévoir la valeur du \text{pH} si on doublait la quantité d'acide apporté.
L'acide nitrique \text{HNO}_3\text{(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 \text{pH} de la solution réalisée.
2. Prévoir la valeur du \text{pH} si on doublait la quantité d'acide apporté.
Données
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Vue d'ensemble
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22Ion oxonium
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
1. Représenter le schéma de Lewis de l'ion oxonium \text{H}_3\text{O}^+ et de l'eau \text{H}_2\text{O}.
2. Justifier qu'ils forment un couple acide-base.
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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.
Modélisation du nuage électronique de l'ion oxonium
Modélisation du nuage électronique de l'ion oxonium
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23Acidité 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 (- \: \text{OH}) sur l'atome de carbone intermédiaire, représenter le schéma de Lewis de cet acide.
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3. Le \text{pH} du lait de vache est d'environ 6{,}5. Déterminer la concentration en ion oxonium \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}.
4. La fermentation du lait diminue la valeur du \text{pH} de la solution. Préciser comment évolue la concentration en ion oxonium \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.
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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 \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3.
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24Molécule putride
✔ REA : Utiliser un modèle
La putrescine, de formule \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.
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.
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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25Réaction limitée ou totale ? (1)
✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation
Le \text{pH} d'une solution de 100 mL d'acide éthanoïque \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2\text{(aq)}, de concentration en soluté apporté c_\text{A} = 1{,}0 \times 10^{-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 | + | \rightarrow | + | |||||
| État initial | x=0 mol | |||||||
| État final réel | x_\text{f} | |||||||
| État final théorique | x_\text{max} | |||||||
3. En déduire la concentration maximale [\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{max}} et calculer le \text{pH} théorique.
4. Conclure quant au caractère total de la réaction.
Données
- Couples acide-base : \text{HCl(aq)}/\text{Cl}^-\text{(aq)},\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2\text{(aq)/C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-\text{(aq)}, \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)/H}_2\text{O(l)} et \text{H}_2\text{O(l)/HO}^-\text{(aq)}
- Volume molaire à 20 °C : V_\text{m} = 24{,}0 L·mol-1
- Masses molaires atomiques : M(\text{H}) = 1{,}0 g·mol-1, M(\text{C}) = 12{,}0 g·mol-1 et M(\text{O}) = 16{,}0 g·mol-1
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26Réaction limitée ou totale ? (2)
✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation
On prépare 100{,}0 mL de solution en dissolvant 2{,}2 mL de \text{HCl(g)} dans l'eau. Le gaz réagit avec l'eau et le \text{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 | + | \rightleftarrows | + | |||||
| État initial | x=0 mol | |||||||
| État final réel | x_\text{f} | |||||||
| État final théorique | x_\text{max} | |||||||
2. En déduire la concentration maximale [\text{H}_3\text{O}^+]_\text{max}.
3. Vérifier que la réaction est totale.
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27Réaction limitée ou totale ? (3)
✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation
On prépare 250 mL de solution aqueuse en dissolvant dans l'eau pure 500 mg d'acide ascorbique (vitamine C) \text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6\text{(s)} en poudre. Le \text{pH} de cette solution vaut 3{,}6.
En le justifiant, conclure quant au caractère total de la réaction entre l'acide ascorbique et l'eau.
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j'ai une idée !
Oups, une coquille
