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Exercices pour s'échauffer/Pour commencer
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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

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Pour s'échauffer


5
Conductance et résistance

Déterminer la résistance d’une portion de solution dont la conductance vaut G=280G = 280 mS.
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6
Mesure de conductance

Schématiser le montage expérimental permettant la mesure de la conductance d’une solution sans utiliser un conductimètre.
Couleurs
Formes
Dessinez ici
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7
Dilution

Décrire le protocole permettant d’obtenir 50,050{,}0 mL d’une solution fille à partir d’une solution mère que l’on dilue au vingtième.
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8
Loi de Kohlrausch

Rappeler la loi de Kohlrausch en précisant les unités utilisées.
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9
Loi de Beer-Lambert

Rappeler la loi de Beer-Lambert en précisant les unités.
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10
Nombre d’onde

Sur un spectre infrarouge, rappeler à quoi correspond le nombre d’onde νˉ\bar{\nu}.
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11
Absorption de lumière

Déterminer la couleur de la solution dont le spectre est présenté ci-dessous.

→ Cercle chromatique en rabat de fin

pct02inf15-v1
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Pour commencer

Conductance et conductivité


12
Lien entre conductance et conductivité

REA : Appliquer une formule

On mesure la conductance d’une solution ionique entre deux plaques, dont la surface est S=2,0S = 2{,}0 cm2, distantes de l=5,0l = 5{,}0 mm. On obtient G=3,41G = 3{,}41 mS.

1. Exprimer la conductivité σ de la solution en fonction de GG, SS, ll.


2. Calculer cette conductivité.
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13
Mesure de la conductance d’une solution

REA : Appliquer une formule

Entre deux plaques métalliques plongées dans une solution, on mesure U=2,00U = 2{,}00 V et I=56I = 56 mA.

Déterminer la conductance GG de cette portion de solution.


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14
Cellule de conductimétrie

APP : Extraire l’information utile

On plonge une cellule de conductimétrie dans une solution pour mesurer sa conductivité σ\sigma. Les caractéristiques de la cellule de mesure du conductimètre sont présentées dans les données ci‑dessous.

Déterminer la valeur de la conductivité affichée par le conductimètre lors de la mesure.


Données
  • Surface de la cellule de mesure : S=0,16S = 0{,}16 cm2
  • Distance entre les plaques : l=0,40l = 0{,}40 cm
  • Résolution de l’appareil : arrondi au millième pour 22 mS·cm-1 et au centième pour 2020 mS·cm-1
  • Tension mesurée lors de la mesure : U=2,00U = 2{,}00 V
  • Intensité mesurée lors de la mesure : I=6,3I = 6{,}3 mA
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Loi de Kohlrausch


15
Détermination d’une conductivité

REA : Appliquer une formule

On dispose d’une solution S1 d’hydroxyde de sodium (Na+(aq)\text{(Na}^+\text{(aq)} ;  HO(aq))\text{HO}^-\text{(aq)}), de concentration c1=0,200c_1 = 0{,}200 mol·L-1 en soluté apporté.

Calculer la conductivité σ\sigma de cette solution.


Données
  • Conductivités molaires ioniques à 25 °C :
    λ(Na+)=5,01×103\lambda\left(\mathrm{Na}^{+}\right)=5{,}01 \times 10^{-3} S·m2·mol-1 et
    λ(HO)=19,8×103\lambda\left(\mathrm{HO}^{-}\right)=19{,}8 \times 10^{-3} S·m2·mol-1.
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16
Conversions d’unité

REA : Appliquer une formule

1. Exprimer en (mol·L-1) les concentrations suivantes :

a. c1=5,0c_1 = 5{,}0 mol·m-3.


b. c2=0,050c_2 = 0{,}050 mol·m-3.


2. Exprimer en (mol·m-3) les concentrations suivantes :

a. c3=5,0c_3 = 5{,}0 mol·L-1.


b. c4=5,0c_4 = 5{,}0 mmol·L-1.
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17
Dosage par étalonnage

RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

Pour déterminer la concentration d’une solution d’iodure de potassium (K+(aq) ; I(aq))(\text{K}^+ \text{(aq)} ; \text{I}^-\text{(aq)}), on procède à un dosage par étalonnage en mesurant la conductivité σ\sigma de plusieurs solutions d’iodure de potassium de concentration connue.

Concentration cc (mmol·L-1) 1,01{,}0 2,02{,}0 3,03{,}0 4,04{,}0 5,05{,}0 6,06{,}0
Conductivité σ\sigma (mS·cm-1) 3,433{,}43 6,856{,}85 10,310{,}3 13,713{,}7 17,217{,}2 20,620{,}6

1. Tracer la courbe σ=f(c)\sigma = f(c) à l’aide d’un tableur ou sur la calculatrice.
Lancer le module Geogebra
Vous devez vous connecter sur GeoGebra afin de sauvegarder votre travail
On plonge la même cellule de mesure dans la solution à analyser. La conductivité mesurée est σ=16,3\sigma = 16{,}3 mS·cm-1.

2. Déterminer la concentration de la solution analysée.

Boîte de comprimés d’iodure de potassium

Dosage par étalonnage - Iodure de potassium

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Analyse spectrale


18
Colorant alimentaire

VAL : Analyser des résultats
On présente ci-dessous le spectre UV-visible d’une espèce moléculaire utilisée comme colorant alimentaire.
pct02comcolorant-alim-retoucheok
Colorant alimentaire - Spectre visible

1. À partir du spectre fourni, déterminer de quelle couleur l’œil humain perçoit cette solution colorée.
→ Cercle chromatique en rabat de fin


2. Proposer une longueur d’onde pertinente pour réaliser un dosage par étalonnage de ce colorant en précisant pourquoi.
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19
Spectre infrarouge

APP : Extraire l’information utile

1. Nommer les molécules dont on a représenté les modèles moléculaires.
→ Fiche méthode 14, p. 590

136



2. Le spectre infrarouge représenté ci-dessous est celui d’une de ces molécules. Préciser laquelle en analysant la présence ou non de bandes caractéristiques.
→ Fiche méthode 16, p. 590

Spectre infrarouge

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Loi de Beer-Lambert


20
Permanganate de potassium

RAI/ANA : Justifier un protocole

On dispose d’une solution de permanganate de potassium, de concentration approximativement égale à 2 mmol·L-1. On souhaite connaître plus précisément cette concentration. On procède pour cela à un dosage par étalonnage à la longueur d’onde σ=540\sigma = 540 nm.

1.
Déterminer l’absorbance théorique de cette solution.


2. Expliquer pourquoi on ne pourra pas déterminer avec fiabilité la concentration de la solution.


3. Proposer une solution pour pallier ce problème.


Données
  • Longueur de la cuve utilisée : l=1l = 1 cm
  • Gamme de mesure du spectrophotomètre : 0,97<A<2,5-0,97\lt A \lt 2,5
  • Coefficient d’absorption molaire du permanganate de potassium à la longueur d’onde utilisée : ε540nm=2,2×103\varepsilon_{540 \mathrm{nm}}=2,2 \times 10^{3} L·mol-1·cm-1
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21
Diiode

RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

Le diiode I2(aq)\text{I}_2\text{(aq)} est une espèce chimique peu soluble dans l’eau. On procède au dosage par étalonnage d’une solution de diiode par spectrophotométrie.

Concentration c\boldsymbol{c} (μmol·L-1) 5050 250250 750750 1 0001 000
Absorbance AA 0,0410{,}041 0,2200{,}220 0,7030{,}703 0,8720{,}872

1. Les mesures ont été obtenues à λ=470\lambda = 470 nm, longueur d’onde pour laquelle la molécule de diiode présente une absorbance maximale. En déduire la couleur de la solution de diiode.
Cercle chromatique en rabat de fin


2. À l’aide d’un tableur ou de la calculatrice, déterminer l’équation de la droite représentative de A=f(c)A = f(c), modélisant la série de données.

Lancer le module Geogebra
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3. La solution de diiode analysée présente une absorbance A=0,514A = 0,514. Déterminer sa concentration en quantité de matière.
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Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION

22
Incertitude d’un appareil de mesure ◉◉

VAL : Évaluer les incertitudes

Voici ce qu’annonce le constructeur d’un conductimètre sur la notice de son appareil :
  • gamme : 00-2020 mS·cm-1 ;
  • résolution : d=0,01d = 0,01 mS·cm-1.
L’incertitude liée à la résolution de l’appareil se calcule selon la relation :
u(σ)=d23u(\sigma)=\dfrac{d}{2 \sqrt{3}}

1. Préciser la signification des deux indications fournies.


2. Calculer l’incertitude u(σ)u(\sigma) sur la mesure.


3. L’appareil affiche σ=2,73\sigma = 2{,}73 mS·cm-1. Donner un encadrement de la conductivité mesurée.
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23
Incertitudes de mesure et calcul ◉◉

VAL : Évaluer les incertitudes

Pour déterminer la conductance GG d’une portion de solution, on dispose de sa tension UU et de l’intensité II du courant qui la traverse, précisées dans les données.

1. Déterminer les incertitudes u(U)u(U) et u(I)u(I) sur les valeurs de la tension et de l’intensité.


2. Calculer l’incertitude type composée qui en résulte pour la valeur de la conductance sachant que :

u(G)G=(u(U)U)2+(u(I)I)2\dfrac{u(G)}{G}=\sqrt{\left(\dfrac{u(U)}{U}\right)^{2}+\left(\dfrac{u(I)}{I}\right)^{2}}


3. En déduire une valeur encadrée de la conductance GG de la solution.


Données
  • Tension mesurée : U =2,00 VU = 2{,}00 \text{V}
  • Intensité mesurée : I =0,045 AI = 0{,}045 \text{A}
  • Incertitude des multimètres utilisés : ± 0,09± \ 0,09 %
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24
Incertitude sur une série de mesures ◉◉◉

VAL : Évaluer les incertitudes

Pour déterminer la conductivité d’une solution de manière précise, on décide de réaliser trente fois la mesure avec le même matériel, utilisé par une même personne.

Conductivité σ\boldsymbol{\sigma} (mS·cm-1) 65,4265{,}42 65,4365{,}43 65,4465{,}44 65,4565{,}45
Nombre de mesures n\boldsymbol{n} 44 99 1212 55

1. Déterminer la valeur moyenne de la conductivité.


2. À l’aide de la calculatrice ou d’un tableur, déterminer l’incertitude correspondant au rapport entre l’écarttype de la série de mesures et la racine carrée du nombre total de mesures.


3. Expliquer quel est l’intérêt de ne changer ni de matériel ni d’expérimentateur au cours de la série de mesures.
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