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 3
Exercices
Pour s'entraîner
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21Concentration 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 \text{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 (%).
✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
L'acide chlorhydrique est une solution aqueuse obtenue par dissolution du chlorure d'hydrogène gazeux \text{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.
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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22
Solution de potasse en QCM
✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
✔ RAI/ANA : Choisir un protocole
La potasse est une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium de formule \text{(K}^+\text{(aq) ; HO}^-\text{(aq))}. On souhaite déterminer la concentration d'une potasse par titrage avec suivi pH-métrique.
✔ RAI/ANA : Choisir un protocole
La potasse est une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium de formule \text{(K}^+\text{(aq) ; HO}^-\text{(aq))}. On souhaite déterminer la concentration d'une potasse par titrage avec suivi pH-métrique.
1. Pour réaliser ce dosage, on peut utiliser :
2. La potasse est utilisée comme solution à titrer. Préciser où doit-on placer la potasse.
2. La potasse est utilisée comme solution à titrer. Préciser où doit-on placer la potasse.
3. On doit verser un volume V = 8{,}3 mL de solution titrante de concentration c = 1{,}0 \times 10^{-2} mol⋅L-1 pour atteindre l'équivalence. En déduire la quantité de matière d'ions hydroxyde dans le bécher.
4. Le volume de la prise d'essai était de 5{,}0 mL. Calculer la concentration en ion hydroxyde de la potasse dosée.
4. Le volume de la prise d'essai était de 5{,}0 mL. Calculer la concentration en ion hydroxyde de la potasse dosée.
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23Dilution 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.
✔ 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.
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 10^{-2} mol·L-1. Écrire le protocole.
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24Interprétation d'une courbe
✔ VAL : Analyser des résultats
On étudie le titrage de l'acide chlorhydrique (\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq) ; Cl}^-\text{(aq))} par la soude \text{(Na}^+\text{(aq) ; HO}^-\text{(aq))} avec un suivi conductimétrique.
On étudie le titrage de l'acide chlorhydrique (\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq) ; Cl}^-\text{(aq))} par la soude \text{(Na}^+\text{(aq) ; HO}^-\text{(aq))} avec un suivi conductimétrique.
Doc.
Justifier qualitativement l'allure de la courbe.
Données
- Conductivités ioniques molaires : λ\text{(H}_3\text{O}^+) = 35{,}0 mS·m2·mol-1, λ\text{(HO}^-) = 19{,}8 mS·m2·mol-1, λ\text{(Cl}^-) = 7{,}63 mS·m2·mol-1 et λ\text{(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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25Comparaison des résultats
✔ VAL : Évaluer les incertitudes
On souhaite déterminer la concentration de l'ammoniaque dans une solution contenant de l'ammoniac \text{NH}_3\text{(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 \text{(H}_3\text{O}^+\text{(aq) ; Cl}^-\text{(aq))} de concentration c_2 = 1{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L-1.
Les valeurs du volume à l'équivalence V_\text{E} qu'ils trouvent sont regroupées dans les tableaux ci-dessous :
On souhaite déterminer la concentration de l'ammoniaque dans une solution contenant de l'ammoniac \text{NH}_3\text{(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 \text{(H}_3\text{O}^+\text{(aq) ; Cl}^-\text{(aq))} de concentration c_2 = 1{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L-1.
Les valeurs du volume à l'équivalence V_\text{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.
2. Écrire l'équation de la réaction support du dosage.
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.
4. Évaluer l'incertitude-type sur le volume à l'équivalence par une approche statistique.
p. 590
5. Exprimer la valeur de la concentration c_1 en
ammoniac de la solution avec son incertitude.
GeoGebra
4. Évaluer l'incertitude-type sur le volume à l'équivalence par une approche statistique.
p. 590
Données
- Couples acide-base : \mathrm{NH}_{4}^{+}(\mathrm{aq}) / \text{NH}_3 \text{(aq)}, \text{H}_3\text{O}^+ \text{(aq)} / \text{H}_2 \text{O(l)} et \text{H}_2\text{O(l)} /\text{HO}^-\text{(aq)}
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26Lutte contre le varroa
✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
Doc.
L'acide formique \text{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.
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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27Correction de l'acidité d'une piscine
✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
Pour corriger le \text{pH} d'une piscine, on peut utiliser une solution d'acide sulfurique concentré, de formule \text{H}_2\text{SO}_4\text{(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.
Pour corriger le \text{pH} d'une piscine, on peut utiliser une solution d'acide sulfurique concentré, de formule \text{H}_2\text{SO}_4\text{(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.
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_\text{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.
2. Donner la liste du matériel nécessaire pour réaliser la solution diluée.
La concentration de la solution se calcule
en utilisant la relation :
\color{red}\xcancel{\color{black}{c = t ⋅ d ⋅ ρ_\text{eau} ⋅ M}}
\text{AN} : c = \color{red}\xcancel{\color{black}{\frac{30}{100} \times 1{,}15 \times 1{,}00 \times 36{,}5}}
c = \color{red}\sout{\color{black}{12{,}6}} mol⋅L-1
\color{red}\xcancel{\color{black}{c = t ⋅ d ⋅ ρ_\text{eau} ⋅ M}}
\text{AN} : c = \color{red}\xcancel{\color{black}{\frac{30}{100} \times 1{,}15 \times 1{,}00 \times 36{,}5}}
c = \color{red}\sout{\color{black}{12{,}6}}
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\text{(H}_3\text{O}^+))_\text{i} = (n(\text{HO}^-))_\text{versés}
c ⋅ V_1 = c_2 ⋅ V_\text{E}
\color{red}\xcancel{\color{black}{V_\text{E}}=\frac{c_{2}}{c \cdot V_{1}}}
\text{AN} : \color{red}\xcancel{\color{black}{V_\text{E}=\frac{0{,}100}{12{,}6 \times 1{,}00}=7{,}94}} mL
(n\text{(H}_3\text{O}^+))_\text{i} = (n(\text{HO}^-))_\text{versés}
c ⋅ V_1 = c_2 ⋅ V_\text{E}
\color{red}\xcancel{\color{black}{V_\text{E}}=\frac{c_{2}}{c \cdot V_{1}}}
\text{AN} : \color{red}\xcancel{\color{black}{V_\text{E}=\frac{0{,}100}{12{,}6 \times 1{,}00}=7{,}94}} mL
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29Simulation du titrage de l'ammoniaque
✔ REA/MATH : Utiliser un langage de programmation
De nombreux produits ménagers contiennent de l'ammoniac \text{NH}_3\text{(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 \text{S} par de l'acide chlorhydrique.
De nombreux produits ménagers contiennent de l'ammoniac \text{NH}_3\text{(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 \text{S} par de l'acide chlorhydrique.
1. Calculer la concentration en (mol⋅L-1) de la solution d'ammoniaque \text{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.
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.
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.
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_\text{m} = 24{,}0 L⋅mol-1
- Électronégativités : \chi(\text{N}) = 3{,}04, \chi(\text{H}) = 2{,}20 et \chi(\text{O}) = 3{,}44
- Conductivités molaires ioniques : λ\text{(H}_3\text{O}^+) = 35{,}0 mS·m2·mol-1, λ\text{(HO}^-) = 19{,}8 mS·m2·mol-1, λ\text{(NH}_{4}^{+}) = 7{,}35 mS·m2·mol-1 et λ\text{(Cl}^-) = 7{,}64 mS·m2·mol-1.
- Couples acide‑base : \text{NH}_{4}^{+} \text{(aq)} / \text{NH}_3 \text{(aq)} et \text{H}_3\text{O}^+ \text{(aq)} / \text{H}_2\text{O(l)}
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30Titrage d'un détartrant pour cafetière
✔ RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
L'acide sulfamique \text{NH}_2\text{SO}_3\text{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\text{'} = 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\text{'} = 0{,}100 mol⋅L-1.
La courbe donnant l'évolution du \text{pH} en fonction du volume V de soude versé est donnée ci-dessous.
L'acide sulfamique \text{NH}_2\text{SO}_3\text{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\text{'} = 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\text{'} = 0{,}100 mol⋅L-1.
La courbe donnant l'évolution du \text{pH} en fonction du volume V de soude versé est donnée ci-dessous.
Doc.
Vérifier la pureté de la poudre contenue dans le sachet de détartrant.
Données
- Couple acide‑base : \text{NH}_2\text{SO}_3\text{H(aq)} / \text{NH}_2 \text{SO}_{3}^{-} \text{(aq)}, \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}/ \text{H}_2\text{O(l)} et \text{H}_2\text{O(l)}/ \text{HO}^-\text{(aq)}
- Masse molaire de l'acide sulfamique : M = 97{,}1 g⋅mol-1
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31Conservation 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.
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.
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 : \text{C}_2\text{H}_5\text{COOH}
- Masse molaire de l'acide propionique : M = 74{,}1 g⋅mol-1
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