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 4

Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

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Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

	Pour commencer	Différenciation	Pour s'entraîner
Savoir identifier des facteurs cinétiques et catalyseurs	10 15		20
Savoir déterminer un temps de demi-réaction	8	17 18 19
Savoir identifier si une réaction suit cinétiquement une loi d'ordre 1	11		24
Savoir modéliser microscopiquement une réaction	12 14		23

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Pour s'échauffer

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5
Vitesse volumique

On étudie la réaction dont l'équation est la suivante :

5 Br^{-} (aq) + BrO_{3}^{-} (aq) + 6 H^{+} (aq) \to 3 Br_{2} (aq) + 3 H_{2} O (l)

Cette réaction est réalisée à

pH

constant, avec des ions bromure

Br^{-} (aq)

en excès. Dans ces conditions, la réaction est d'ordre 1 par rapport aux ions bromate

BrO_{3}^{-} (aq)

.

Calculer la vitesse volumique initiale de disparition des ions bromate

BrO_{3}^{-} (aq)

sachant que

k = 5, 0 \times 1 0^{- 4}

s^-1 et

[BrO_{3}^{-}]_{0} = 1, 0 \times 1 0^{- 3}

mol·L^-1.

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6
Intermédiaire réactionnel

Citer l'intermédiaire réactionnel présent dans le mécanisme suivant :

$C_{4} H_{9} Br (aq) \to C_{4} H_{9}^{+} (aq) + Br^{-} (aq)$
$C_{4} H_{9}^{+} (aq) + HO^{-} (aq) \to C_{4} H_{8} (aq) + H_{2} O (l)$

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7
Facteur cinétique

En considérant le graphique ci-dessous, représenter l'allure de la courbe si l'on diminuait la température du milieu réactionnel.

Doc
Évolution temporelle d'une concentration

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GeoGebra

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8
Temps de demi-réaction

D'après le graphique de l'

exercice 7

, déterminer le temps de demi-réaction

t_{1 / 2}

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Pour commencer

Vitesse volumique

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9
Suivi de réaction

✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

On s'intéresse à la réaction entre le diiode

I_{2} (aq)

jaune et le dihydrogène

H_{2} (aq)

incolore, solubilisé par un barbotage du gaz

H_{2} (g)

H_{2} (aq) + I_{2} (aq) \to 2 H^{+} (aq) + 2 I^{-} (aq)

1. Proposer un ou plusieurs capteurs adaptés pour suivre l'évolution temporelle de cette transformation.

2. Pour chaque capteur, préciser comment évoluerait la grandeur suivie.

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10
Température comme facteur cinétique

✔ APP : Extraire l'information utile

Les ions peroxodisulfate

S_{2} O_{8}^{2 -} (aq)

oxydent les ions iodure

I^{-} (aq)

selon une transformation totale. On précise que ces deux espèces chimiques appartiennent aux couples d'oxydoréduction

S_{2} O_{8}^{2 -} (aq) / SO_{4}^{2 -} (aq)

I_{3}^{-} (aq) / I^{-} (aq)

1. Écrire l'équation de la réaction.

2. D'après le doc. ci-dessous, justifier que la température est un facteur cinétique et préciser son influence.

3. Déterminer graphiquement le temps de demiréaction

t_{1 / 2}

à 297 K.

Doc
Concentration en ion $S_{2} O_{8}^{2 -} (aq)$

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Le graphe représente l'évolution temporelle de la concentration en ion

S_{2} O_{8}^{2 -} (aq)

pour différentes températures du milieu réactionnel.

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11
Ordre et température

✔ VAL : Analyser des résultats

Un étudiant sort d'une séance de travaux pratiques, la tête un peu ailleurs, avec pour tâche de terminer le compte-rendu pour le lendemain. Ce TP est très important pour son cursus et, avec le stress, il constate qu'il a mélangé tous ses résultats et a perdu les valeurs des constantes de vitesses associées à ses courbes. Il a réalisé la même réaction, mais à trois températures différentes (

T_{1} < T_{2} < T_{3}

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Crédits : lelivrescolaire.fr

1. Justifier que la réaction suit une loi d'ordre 1.

2. Déterminer chaque constante de vitesse

k

sachant qu'il s'agit du coefficient directeur de la droite liant vitesse volumique de disparition et concentration du réactif.

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Mécanisme

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12
Estérification

✔ REA : Utiliser un modèle

L'estérification est une réaction chimique couramment employée, permettant la fabrication d'esters. On s'intéresse à la cinétique de l'estérification de l'éthanoate d'éthyle à l'odeur fruitée, dont on présente les deux premières étapes du mécanisme réactionnel.

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Crédits : lelivrescolaire.fr

1. Cliquer sur les formules et ajouter les lacunes électroniques d'après les règles de Lewis grâce à l'outil « dessin ».

2. Représenter les flèches courbes du mécanisme.

3. Identifier un intermédiaire réactionnel.

4. Au terme de trois autres actes élémentaires, l'ion

H^{+}

est reformé. Qualifier cette espèce.

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13
Formalisme de la flèche courbe

✔ APP : Formuler des hypothèses

Dessiner sur ce mécanisme réactionnel les deux flèches courbes nécessaires. Pour cela, cliquer sur l'image et utiliser l'outil « dessin ».

Dessinez ici

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14
Savons

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

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Crédits : Ana del Castillo/Shutterstock

La transformation suivante est une saponification permettant de produire un anion à la base de certains savons. Il s'agit de l'un des mécanismes réactionnels les plus étudiés en cinétique chimique.

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Crédits : lelivrescolaire.fr

1. Dénombrer les actes élémentaires.

2. Identifier deux intermédiaires réactionnels.

3. Écrire l'équation-bilan de cette réaction.

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15
Chloration du chloroforme

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

On présente le mécanisme réactionnel de chloration du chloroforme

CCl_{4} (aq)

. Il s'agit d'une réaction radicalaire, car elle fait intervenir

Cl^{∙} (aq)

, une espèce très instable, appelée radical. Cette espèce est produite par la décomposition de

Cl_{2} (aq)

sous l'effet de la lumière.

$Cl_{2} (aq) \to 2 Cl^{∙} (aq)$ (initiation)
$Cl^{∙} (aq) + CHCl_{3} (aq) \to HCl (aq) + CCl_{3}^{∙} (aq)$
$CCl_{3}^{∙} (aq) + Cl_{2} (aq) \to CCl_{4} (aq) + Cl^{∙} (aq)$
$2 Cl^{∙} (aq) \to Cl_{2} (aq)$ (terminaison)

1. Identifier le ou les intermédiaires réactionnels.

2. Identifier le facteur cinétique.

3. Écrire l'équation-bilan de cette réaction.

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16
Décomposition de l'ozone

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

L'ozone stratosphérique

O_{3} (g)

, sous l'effet de la lumière, peut se décomposer en dioxygène

O_{2} (g)

selon le mécanisme réactionnel suivant :

$O_{3} (g) \to O_{2} (g) + O^{∙} (g)$
$O_{3} (g) + O^{∙} (g) \to 2 O_{2} (g)$

Ce mécanisme est très lent et fait intervenir une espèce très instable

O^{∙} (g)

, dite radicalaire. Le dichlore

Cl_{2} (g)

catalyse cette réaction selon le mécanisme suivant :

$Cl_{2} (g) + O_{3} (g) \to ClO (g) + ClO_{2} (g)$
$ClO_{2} (g) + O_{3} (g) \to ClO_{3} (g) + O_{2} (g)$
$ClO_{3} (g) + O_{3} (g) \to ClO_{2} (g) + 2 O_{2} (g)$
$2 ClO_{3} (g) \to Cl_{2} (g) + 3 O_{2} (g)$

L'espèce chimique

ClO (g)

est détruite par d'autres réactions.

1. Écrire l'équation-bilan de la décomposition de l'ozone

O_{3} (g)

correspondant au premier mécanisme réactionnel.

2. Identifier le catalyseur dans le second mécanisme réactionnel.

3. Repérer les intermédiaires réactionnels apparaissant dans les deux mécanismes.

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Crédits : Andrey Armyagov/Shutterstock

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Une notion, trois exercices
Différenciation

Savoir déterminer un temps de demi-réaction

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La concentration d'un gaz est égale au rapport entre la quantité de matière de ce gaz et le volume de l'enceinte.

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17
Décomposition du pentoxyde d'azote (1)

✔ APP : Extraire l'information utile

À l'aide du graphique, déterminer le temps de demi‑réaction

t_{1 / 2}

de la décomposition du pentoxyde d'azote

N_{2} O_{5} (g)

en dioxygène

O_{2} (g)

à 1 200 K.

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Crédits : lelivrescolaire.fr

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18
Décomposition du pentoxyde d'azote (2)

✔ APP : Extraire l'information

Le pentoxyde d'azote

N_{2} O_{5} (g)

se décompose selon la réaction d'équation suivante :

2 N_{2} O_{5} (g) \to 4 NO_{2} (g) + O_{2} (g)

1. Dresser le tableau d'avancement de la décomposition du pentoxyde d'azote

N_{2} O_{5} (g)

en dioxygène

O_{2} (g)

et en dioxyde d'azote

NO_{2} (g)

à 500 K.

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

2. D'après la représentation graphique fournie, déterminer le temps de demi-réaction

t_{1 / 2}

de la décomposition du pentoxyde d'azote

N_{2} O_{5} (g)

à 500 K.

Donnée

Concentration initiale : $[N_{2} O_{5}]_{0} = 0, 125$ mol·L^-1
Volume total de l'enceinte : $V = 1, 00$ L

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Crédits : lelivrescolaire.fr

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19
Décomposition du pentoxyde d'azote (3)

✔ APP : Extraire l'information

Le pentoxyde d'azote

N_{2} O_{5} (g)

se décompose selon la réaction d'équation :

2 N_{2} O_{5} (g) \to 4 NO_{2} (g) + O_{2} (g)

1. Dresser le tableau d'avancement sachant que la concentration initiale en pentoxyde d'azote est égale à 1,00 mol·L^-1 et le volume de l'enceinte égal à 1,0 L.

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

2. Tracer le graphique correspondant à l'évolution de la concentration en dioxygène

O_{2} (g)

en fonction du temps d'après le tableau suivant :

$t$ (× 10^-3 s)	>0	2,0	4,0	6,0
$[O_{2}]$ mol·L^-1	0	0,15	0,26	0,33

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3. Déterminer le temps de demi-réaction

t_{1 / 2}

de la réaction à 1 000 K.

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