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. 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 4
Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

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Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Pour commencerDifférenciationPour s'entraîner
Savoir identifier des facteurs cinétiques et catalyseurs
Savoir déterminer un temps de demi-réaction
Savoir identifier si une réaction suit cinétiquement une loi d'ordre 1
Savoir modéliser microscopiquement une réaction
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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 \ \text{Br}^-(\text{aq}) + \text{BrO}^-_3(\text{aq}) + 6 \ \text{H}^+(\text{aq}) \rightarrow \ 3 \ \text{Br}_2(\text{aq}) + 3 \ \text{H}_2\text{O}(\text{l})

Cette réaction est réalisée à \text{pH} constant, avec des ions bromure \text{Br}^-(\text{aq}) en excès. Dans ces conditions, la réaction est d'ordre 1 par rapport aux ions bromate \text{BrO}^-_3(\text{aq}).

Calculer la vitesse volumique initiale de disparition des ions bromate \text{BrO}^-_3(\text{aq}) sachant que k = 5{,}0 \times 10^{-4} s-1 et [\text{BrO}^-_3]_0 = 1{,}0 \times 10^{-3} mol·L-1.
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6
Intermédiaire réactionnel

Citer l'intermédiaire réactionnel présent dans le mécanisme suivant :
    • \text{C}_4\text{H}_9\text{Br}(\text{aq}) \rightarrow \ \text{C}_4\text{H}^+_9(\text{aq}) + \text{Br}^-(\text{aq})
    • \text{C}_4\text{H}^+_9(\text{aq}) + \text{HO}^-(\text{aq}) \rightarrow \ \text{C}_4\text{H}_8(\text{aq}) + \text{H}_2\text{O}(\text{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
Placeholder pour Évolution temporelle d'une concentrationÉvolution temporelle d'une concentration
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8
Temps de demi-réaction

D'après le graphique de l', 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 \text{I}_2(\text{aq}) jaune et le dihydrogène \text{H}_2(\text{aq}) incolore, solubilisé par un barbotage du gaz \text{H}_2(\text{g}) :

\text{H}_2(\text{aq}) + \text{I}_2(\text{aq}) \rightarrow \ 2\ \text{H}^+(\text{aq}) + 2\ \text{I}^-(\text{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 \text{S}_2\text{O}^{2-}_8(\text{aq}) oxydent les ions iodure \text{I}^-(\text{aq}) selon une transformation totale. On précise que ces deux espèces chimiques appartiennent aux couples d'oxydoréduction \text{S}_2\text{O}^{2-}_8(\text{aq}) / \text{SO}^{2-}_4(\text{aq}) et \text{I}_3^-(\text{aq}) / \text{I}^-(\text{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 \text{S}_2\text{O}^{2-}_8(\text{aq})
Placeholder pour Concentration en ionConcentration en ion
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Le graphe représente l'évolution temporelle de la concentration en ion \text{S}_2\text{O}^{2-}_8(\text{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 \lt T_2 \lt T_3).

Placeholder pour Ordre et températureOrdre et température
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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.

Placeholder pour EstérificationEstérification
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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 \text{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 ».

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14
Savons

RAI/MOD : Modéliser une transformation

Placeholder pour SavonsSavons
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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.


Placeholder pour SaponificationSaponification
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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 \text{CCl}_4(\text{aq}). Il s'agit d'une réaction radicalaire, car elle fait intervenir \text{Cl}^{\bullet}(\text{aq}), une espèce très instable, appelée radical. Cette espèce est produite par la décomposition de \text{Cl}_2(\text{aq}) sous l'effet de la lumière.
  • \text{Cl}_2(\text{aq}) \rightarrow \ 2\ \text{Cl}^{\bullet}(\text{aq}) (initiation)
  • \text{Cl}^{\bullet}(\text{aq}) + \text{CHCl}_3(\text{aq}) \rightarrow \ \text{HCl}(\text{aq}) + \text{CCl}^{\bullet}_3(\text{aq})
  • \text{CCl}^{\bullet}_3(\text{aq}) + \text{Cl}_2(\text{aq}) \rightarrow \ \text{CCl}_4(\text{aq}) + \text{Cl}^{\bullet}(\text{aq})
  • 2\ \text{Cl}^{\bullet}(\text{aq}) \rightarrow \ \text{Cl}_2(\text{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 \text{O}_3(\text{g}), sous l'effet de la lumière, peut se décomposer en dioxygène \text{O}_2(\text{g}) selon le mécanisme réactionnel suivant :
  • \text{O}_3(\text{g}) \rightarrow \ \text{O}_2(\text{g}) + \text{O}^{\bullet}(\text{g})
  • \text{O}_3(\text{g}) + \text{O}^{\bullet}(\text{g}) \rightarrow \ 2\ \text{O}_2(\text{g})

Ce mécanisme est très lent et fait intervenir une espèce très instable \text{O}^{\bullet}(\text{g}), dite radicalaire. Le dichlore \text{Cl}_2(\text{g}) catalyse cette réaction selon le mécanisme suivant :
  • \text{Cl}_2(\text{g}) + \text{O}_3(\text{g}) \rightarrow \ \text{ClO}(\text{g}) + \text{ClO}_2(\text{g})
  • \text{ClO}_2(\text{g}) + \text{O}_3(\text{g}) \rightarrow \ \text{ClO}_3(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g})
  • \text{ClO}_3(\text{g}) + \text{O}_3(\text{g}) \rightarrow \ \text{ClO}_2(\text{g}) + 2\ \text{O}_2(\text{g})
  • 2\ \text{ClO}_3(\text{g}) \rightarrow \ \text{Cl}_2(\text{g}) + 3\ \text{O}_2(\text{g})

L'espèce chimique \text{ClO}(\text{g}) est détruite par d'autres réactions.

1. Écrire l'équation-bilan de la décomposition de l'ozone \text{O}_3(\text{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.


Placeholder pour Atmosphère terrestreAtmosphère terrestre
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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 \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) en dioxygène \text{O}_2(\text{g}) à 1 200 K.

Placeholder pour Décomposition du pentoxyde d'azoteDécomposition du pentoxyde d'azote
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18
Décomposition du pentoxyde d'azote (2)

APP : Extraire l'information

Le pentoxyde d'azote \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) se décompose selon la réaction d'équation suivante :

2\ \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) \rightarrow \ 4\ \text{NO}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g})

1. Dresser le tableau d'avancement de la décomposition du pentoxyde d'azote \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) en dioxygène \text{O}_2(\text{g}) et en dioxyde d'azote \text{NO}_2(\text{g}) à 500 K.

Avancement
\rightarrow
+
État initialx=0 mol
État intermédiairex
État finalx_\text{max}

2. D'après la représentation graphique fournie, déterminer le temps de demi-réaction t_{1/2} de la décomposition du pentoxyde d'azote \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) à 500 K.

Donnée
  • Concentration initiale : [\text{N}_2\text{O}_5]_0 = 0{,}125 mol·L-1
  • Volume total de l'enceinte : V = 1{,}00 L

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19
Décomposition du pentoxyde d'azote (3)

APP : Extraire l'information

Le pentoxyde d'azote \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) se décompose selon la réaction d'équation :

2\ \text{N}_2\text{O}_5(\text{g}) \rightarrow \ 4\ \text{NO}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{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
\rightarrow
+
État initialx=0 mol
État intermédiairex
État finalx_\text{max}

2. Tracer le graphique correspondant à l'évolution de la concentration en dioxygène \text{O}_2(\text{g}) en fonction du temps d'après le tableau suivant :

t (× 10-3 s)>02,04,06,0
[\text{O}_2] mol·L-100,150,260,33


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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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