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21
Concentration et titre massique

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

L'acide chlorhydrique est une solution aqueuse obtenue par dissolution du chlorure d'hydrogène gazeux

HCl(g)

dans l'eau. Le tableau ci-dessous donne les densités de quelques solutions d'acide chlorhydrique en fonction de leur titre massique exprimé en pourcentage (%).

Titre massique ( $%$ )	$10$	$20$	$30$	$32$	$34$
Densité	$1, 048$	$1, 098$	$1, 149$	$1, 159$	$1, 169$

1. Donner l'expression de la concentration en masse de la solution d'acide chlorhydrique en fonction du titre massique et de la densité de la solution.

Au laboratoire, le technicien retrouve un flacon contenant de l'acide chlorhydrique, mais l'étiquette est effacée. Il mesure la densité de la solution et trouve

d = 1, 103

.

2. Estimer le titre massique et la concentration en masse de cette solution.

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23
Dilution d'une solution commerciale

✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
✔ RAI/ANA : Choisir un protocole

L'acide sulfurique est utilisé dans l'industrie agroalimentaire pour tester la teneur en matière grasse dans les fromages. L'étiquette d'un flacon est reproduite ci-dessous.

Lelivrescolaire.fr

1. Exprimer, puis calculer la concentration en (mol·L^-1) en acide sulfurique apporté de cette solution.

2. Le technicien de laboratoire doit réaliser une solution dont la concentration est égale à

c = 1, 0 \times 1 0^{- 2}

mol·L^-1. Écrire le protocole.

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24
Interprétation d'une courbe

✔ VAL : Analyser des résultats

On étudie le titrage de l'acide chlorhydrique

(H_{3} O^{+} (aq) ; Cl^{-} (aq))

par la soude

(Na^{+} (aq) ; HO^{-} (aq))

avec un suivi conductimétrique.

Doc.

Titrage de l'acide chlorhydrique par la soude

Lelivrescolaire.fr

Justifier qualitativement l'allure de la courbe.

Données

Conductivités ioniques molaires : $λ (H_{3} O^{+}) = 35, 0$ mS·m²·mol^-1, $λ (HO^{-}) = 19, 8$ mS·m²·mol^-1, $λ (Cl^{-}) = 7, 63$ mS·m²·mol^-1 et $λ (Na^{+}) = 5, 01$ mS·m²·mol^-1

Détails du barème
TOTAL / 6,5 pts

0,5 pt

1. Écrire l'équation de la réaction support de titrage.

1 pt

2. Établir le tableau d'avancement décrivant les quantités de matière avant et à l'équivalence.

0,5 pt

3. Définir l'équivalence.

2 pts

4. Analyser les concentrations de tous les ions présents dans le mélange, avant et après l'équivalence.

2,5 pts

5. Effectuer une analyse de l'évolution de la conductivité.

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25
Comparaison des résultats

✔ VAL : Évaluer les incertitudes

On souhaite déterminer la concentration de l'ammoniaque dans une solution contenant de l'ammoniac

NH_{3} (aq)

dissous. Des élèves réalisent le dosage d'un volume

V_{1} = 5, 0

mL d'ammoniaque de concentration

c_{1}

inconnue par l'acide chlorhydrique

(H_{3} O^{+} (aq) ; Cl^{-} (aq))

de concentration

c_{2} = 1, 0 \times 1 0^{- 3}

mol⋅L^-1.

Les valeurs du volume à l'équivalence

V_{E}

qu'ils trouvent sont regroupées dans les tableaux ci-dessous :

Groupe	$1$	$2$	$3$	$4$	$5$	$6$	$7$	$8$	$9$
Volume à l'équivalence (mL)	$15, 1$	$14, 7$	$15, 0$	$14, 7$	$14, 8$	$14, 9$	$14, 5$	$15, 1$	$15, 1$

Groupe	$10$	$11$	$12$	$13$	$14$	$15$	$16$	$17$	$18$
Volume à l'équivalence (mL)	$15, 0$	$14, 9$	$15, 0$	$14, 8$	$13, 2$	$14, 9$	$15, 2$	$15, 1$	$15, 0$

1. Faire le schéma du montage.

Cliquez pour accéder à une zone de dessin

2. Écrire l'équation de la réaction support du dosage.

3. Représenter l'histogramme associé à la série des mesures à l'aide d'un tableur.

GeoGebra

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4. Évaluer l'incertitude-type sur le volume à l'équivalence par une approche statistique.
Fiche méthode 8,
p. 590

5. Exprimer la valeur de la concentration

c_{1}

en ammoniac de la solution avec son incertitude.

Données

Couples acide-base : $NH_{4}^{+} (aq) /$ $NH_{3} (aq),$ $H_{3} O^{+} (aq) /$ $H_{2} O(l)$ et $H_{2} O(l) /$ $HO^{-} (aq)$

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26
Lutte contre le varroa

✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

Doc.

Photographie macro d'un acarien Varroa destructor, parasite des abeilles. Détails de sa texture et morphologie.

Pavel Klimov/idtools.org

L'acide formique

HCOOH

, ou acide méthanoïque, est sécrété par des insectes, notamment les fourmis, et certaines plantes. Un traitement à l'acide formique à

60 %

permet de protéger les abeilles contre le Varroa destructor, une espèce d'acarien qui détruit les colonies. Quatre traitements successifs de

40

mL d'acide formique dans chaque colonie peuvent détruire le varroa et protéger les abeilles de ce parasite.

Un apiculteur achète un bidon de

20

L d'acide formique à

80 %

(d = 1, 22)

. Il souhaite traiter

150

colonies.

Proposer un protocole pour préparer le traitement.

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27
Correction de l'acidité d'une piscine

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Pour corriger le

pH

d'une piscine, on peut utiliser une solution d'acide sulfurique concentré, de formule

H_{2} SO_{4} (aq)

, vendu sous le nom de pH-minus par bidon de

5

L. Sa teneur en acide sulfurique est de

50 %

et sa densité de

1, 40

. Un fabricant de pH-minus indique qu'il faut

0, 10

L de produit pour

10

m³ d'eau.

Déterminer la concentration en masse d'acide sulfurique d'une piscine de

6

m³ après un traitement au pH-minus.

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28

Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

On dispose au laboratoire d'un bidon contenant une solution d'acide chlorhydrique à

30 %

, de densité

1, 15

. On réalise le titrage par suivi pH-métrique de

1, 00

mL d'une solution diluée vingt fois d'acide chlorhydrique par de la soude de concentration

c_{2} = 0, 100

mol⋅L^-1.

Données

Masse volumique de l'eau : $ρ_{eau} = 1, 00$ g·cm^-3
Masse molaire de l'acide chlorhydrique : $M = 36, 5$ g·mol^-1

1. Calculer la concentration en quantité de matière

c

de la solution d'acide chlorhydrique.

La concentration de la solution se calcule en utilisant la relation :

c = t \cdot d \cdot ρ_{eau} \cdot M

AN : c = \frac{30}{100} \times 1, 15 \times 1, 00 \times 36, 5

c = 12, 6

~~mol⋅L^-1~~

2. Donner la liste du matériel nécessaire pour réaliser la solution diluée.

Pour diluer la solution commerciale, il faut utiliser une pipette jaugée de 10,0 mL ~~et un bécher de 200 mL~~.

3. Déterminer la valeur du volume à l'équivalence.

À l'équivalence, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques :

(n (H_{3} O^{+}))_{i} = (n (HO^{-}))_{vers e ˊ s}

c \cdot V_{1} = c_{2} \cdot V_{E}

V_{E} = \frac{c _{2}}{c \cdot V _{1}}

AN : V_{E} = \frac{0 , 100}{12 , 6 \times 1 , 00} = 7, 94

mL

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29
Simulation du titrage de l'ammoniaque

✔ REA/MATH : Utiliser un langage de programmation

De nombreux produits ménagers contiennent de l'ammoniac

NH_{3} (g)

dissous. L'ammoniac est un gaz incolore, à l'odeur âcre et piquante, qui brûle les poumons et les yeux. Il faut donc utiliser ces solutions avec précaution.
La solubilité de l'ammoniac est d'environ

540

g⋅L^-1 à

20

°C. On souhaite représenter, en utilisant un langage de programmation, l'évolution des quantités de matière des espèces au cours du dosage d'une solution d'ammoniaque

S

par de l'acide chlorhydrique.

1. Calculer la concentration en (mol⋅L^-1) de la solution d'ammoniaque

S

réalisée en dissolvant un volume

V_{0} = 1, 30

L d'ammoniac gazeux dans

500

mL d'eau.

2. Étudier la géométrie de la molécule d'ammoniac.

Cliquez pour accéder à une zone de dessin

3. Justifier la très grande solubilité de l'ammoniac.

On réalise le titrage de

V = 10, 0

mL de solution avec suivi conductimétrique par une solution d'acide chlorhydrique de concentration

c^{'} = 0, 100

mol⋅L^-1.
On ajoute

200

mL d'eau distillée avant de commencer pour éviter les phénomènes de dilution.

4. Légender le schéma du montage ci-dessous. Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

5. Écrire l'équation de la réaction support du dosage.

6. En considérant trois états (avant, pendant et après l'équivalence) étudier l'évolution des quantités de matière au cours du dosage.

7. Définir l'équivalence du système.

8. Programmer dans le langage Python le calcul des quantités de matière et de la conductivité de la solution.

Données

Volume molaire à 20 °C : $V_{m} = 24, 0$ L⋅mol^-1
Électronégativités : $χ (N) = 3, 04, χ (H) = 2, 20$ et $χ (O) = 3, 44$
Conductivités molaires ioniques : $λ (H_{3} O^{+}) = 35, 0$ mS·m²·mol^-1, $λ (HO^{-}) = 19, 8$ mS·m²·mol^-1, $λ (NH_{4}^{+}) = 7, 35$ mS·m²·mol^-1 et $λ (Cl^{-}) = 7, 64$ mS·m²·mol^-1.
Couples acide‑base : $NH_{4}^{+} (aq) /$ $NH_{3} (aq)$ et $H_{3} O^{+} (aq) /$ $H_{2} O(l)$

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30
Titrage d'un détartrant pour cafetière

✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

L'acide sulfamique

NH_{2} SO_{3} H(s)

est un solide blanc à température ambiante, qui est utilisé pour détartrer les cafetières. On verse le contenu d'un sachet de masse

m = 1, 0

g d'acide sulfamique dans une fiole jaugée de volume

V ’ = 100, 0

mL et on complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. On dose

20, 0

mL de la solution avec de la soude de concentration

c ’ = 0, 100

mol⋅L^-1.

La courbe donnant l'évolution du

pH

en fonction du volume

V

de soude versé est donnée ci-dessous.

Doc.

Lelivrescolaire.fr

Vérifier la pureté de la poudre contenue dans le sachet de détartrant.

Données

Couple acide‑base : $NH_{2} SO_{3} H(aq) /$ $NH_{2} SO_{3}^{-} (aq),$ $H_{3} O^{+} (aq) /$ $H_{2} O(l)$ et $H_{2} O(l) /$ $HO^{-} (aq)$
Masse molaire de l'acide sulfamique : $M = 97, 1$ g⋅mol^-1

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31
Conservation du foin

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

Pour éviter l'apparition de moisissures sur les foins après la pluie, un traitement consiste à y pulvériser de l'acide propanoïque (ou acide propionique).
Cet agent « séchant » évite ainsi la prolifération des microorganismes en bloquant le développement des bactéries, levures et moisissures et permet ainsi de conserver les foins bien au sec. Un agriculteur achète un bidon de 20 kg pour traiter ses bottes de foin.

Lelivrescolaire.fr

Calculer la concentration en (mol⋅L^-1) d'acide propionique de la solution utilisée pour le séchage des foins.

Données

Formule de l'acide proprionique : $C_{2} H_{5} COOH$
Masse molaire de l'acide propionique : $M = 74, 1$ g⋅mol^-1

Préparation aux épreuves du Bac

Ch. 1Modélisation des transformations acide-base

Ch. 2Analyse physique d'un système chimique

Ch. 3Méthode de suivi d'un titrage

Ch. 4Évolution temporelle d'une transformation chimique

Ch. 5Évolution temporelle d'une transformation nucléaire

BACThème 1

Ch. 6Évolution spontanée d'un système chimique

Ch. 7Équilibres acide-base

Ch. 8Transformations chimiques forcées

Ch. 9Structure et optimisation en chimie organique

Ch. 10Stratégies de synthèse

BACThème 1 bis

Ch. 11Description d'un mouvement

Ch. 12Mouvement dans un champ uniforme

Ch. 13Mouvement dans un champ de gravitation

Ch. 14Modélisation de l'écoulement d'un fluide

BACThème 2

Ch. 15Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16Bilans d'énergie thermique

BACThème 3

Ch. 17Propagation des ondes

Ch. 18Interférences et diffraction

Ch. 19Lunette astronomique

Ch. 20Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Ch. 21Évolutions temporelles dans un circuit capacitif

BACThème 4

Ch. 22Méthode

Pour s'entraîner

21Concentration et titre massique

22 Solution de potasse en QCM

23Dilution d'une solution commerciale

24Interprétation d'une courbe

Détails du barème TOTAL / 6,5 pts

25Comparaison des résultats

GeoGebra

26Lutte contre le varroa

27Correction de l'acidité d'une piscine

28 Copie d'élève à commenter

29Simulation du titrage de l'ammoniaque

30Titrage d'un détartrant pour cafetière

31Conservation du foin

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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

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

Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16
Bilans d'énergie thermique

BAC
Thème 3

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

Ch. 22
Méthode

21
Concentration et titre massique

22

Solution de potasse en QCM

23
Dilution d'une solution commerciale

24
Interprétation d'une courbe

Détails du barème
TOTAL / 6,5 pts

25
Comparaison des résultats

26
Lutte contre le varroa

27
Correction de l'acidité d'une piscine

28

Copie d'élève à commenter

29
Simulation du titrage de l'ammoniaque

30
Titrage d'un détartrant pour cafetière

31
Conservation du foin