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Exercices Pour s'entraîner
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Exercices




Pour s'entraîner


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)\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 (%\%) 1010 2020 3030 3232 3434
Densité 1,0481{,}048 1,0981{,}098 1,1491{,}149 1,1591{,}159 1,1691{,}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=1,103d = 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 (K+(aq) ; HO(aq))\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.




3. On doit verser un volume V=8,3V = 8{,}3 mL de solution titrante de concentration c=1,0×102c = 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 5,05{,}0 mL. Calculer la concentration en ion hydroxyde de la potasse dosée.


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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.
dilution d'une solution commerciale

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=1,0×102c = 1{,}0 \times 10^{-2} mol·L-1. Écrire le protocole.
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Comprendre les attendus

24
Interprétation d’une courbe

VAL : Analyser des résultats

On étudie le titrage de l’acide chlorhydrique (H3O+(aq) ; Cl(aq))(\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq) ; Cl}^-\text{(aq))} par la soude (Na+(aq) ; HO(aq))\text{(Na}^+\text{(aq) ; HO}^-\text{(aq))} avec un suivi conductimétrique.
Titrage de l'acide chlorhydrique par la soude

Justifier qualitativement l’allure de la courbe.


Données
  • Conductivités ioniques molaires : λ(H3O+)=35,0λ\text{(H}_3\text{O}^+) = 35{,}0 mS·m2·mol-1, λ(HO)=19,8λ\text{(HO}^-) = 19{,}8 mS·m2·mol-1, λ(Cl)=7,63λ\text{(Cl}^-) = 7{,}63 mS·m2·mol-1 et λ(Na+)=5,01λ\text{(Na}^+) = 5{,}01 mS·m2·mol-1

Détails du barème

TOTAL / 6,5 pts
Écrire l'équation de la réaction support de titrage.
0,5 pt
Établir le tableau d’avancement décrivant les quantités de matière avant et à l’équivalence.
1 pt
Définir l’équivalence.
0,5 pt
Analyser les concentrations de tous les ions présents dans le mélange, avant et après l’équivalence.
2 pts
Effectuer une analyse de l’évolution de la conductivité.
2,5 pts
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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 NH3(aq)\text{NH}_3\text{(aq)} dissous. Des élèves réalisent le dosage d’un volume V1=5,0V_1 = 5{,}0 mL d’ammoniaque de concentration c1c_1 inconnue par l’acide chlorhydrique (H3O+(aq) ; Cl(aq))\text{(H}_3\text{O}^+\text{(aq) ; Cl}^-\text{(aq))} de concentration c2=1,0×103c_2 = 1{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L-1.

Les valeurs du volume à l'équivalence VEV_\text{E} qu’ils trouvent sont regroupées dans les tableaux ci‑dessous :

Groupe 11 22 33 44 55 66 77 88 99
Volume à l'équivalence (mL) 15,115{,}1 14,714{,}7 15,015{,}0 14,714{,}7 14,814{,}8 14,914{,}9 14,514{,}5 15,115{,}1 15,115{,}1

Groupe 1010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717 1818
Volume à l'équivalence (mL) 15,015{,}0 14,914{,}9 15,015{,}0 14,814{,}8 13,213{,}2 14,914{,}9 15,215{,}2 15,115{,}1 15,015{,}0

1. Faire le schéma du montage.
Couleurs
Formes
Dessinez ici

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.
Lancer le module Geogebra
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4. Évaluer l’incertitude-type sur le volume à l'équivalence par une approche statistique.
Voir fiche méthode 8, p. 590


5. Exprimer la valeur de la concentration c1c_1 en ammoniac de la solution avec son incertitude.


Données
  • Couples acide‑base : NH4+(aq)/\mathrm{NH}_{4}^{+}(\mathrm{aq}) / NH3(aq),\text{NH}_3 \text{(aq)}, H3O+(aq)/ \text{H}_3\text{O}^+ \text{(aq)} / H2O(l)\text{H}_2 \text{O(l)} et H2O(l)/\text{H}_2\text{O(l)} /HO(aq)\text{HO}^-\text{(aq)}
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26
Lutte contre le varroa

RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
Varroa
L’acide formique HCOOH\text{HCOOH}, ou acide méthanoïque, est sécrété par des insectes, notamment les fourmis, et certaines plantes. Un traitement à l’acide formique à 60 %60 \% permet de protéger les abeilles contre le Varroa destructor, une espèce d’acarien qui détruit les colonies. Quatre traitements successifs de 4040 mL d’acide formique dans chaque colonie peuvent détruire le varroa et protéger les abeilles de ce parasite.

Un apiculteur achète un bidon de 2020 L d’acide formique à 80 %80 \% (d=1,22)(d = 1,22). Il souhaite traiter 150150 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\text{pH} d’une piscine, on peut utiliser une solution d’acide sulfurique concentré, de formule H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_4\text{(aq)}, vendu sous le nom de pH‑minus par bidon de 55 L. Sa teneur en acide sulfurique est de 50 %50 \% et sa densité de 1,401{,}40. Un fabricant de pH‑minus indique qu’il faut 0,100{,}10 L de produit pour 1010 m3 d’eau.

Déterminer la concentration en masse d'acide sulfurique d'une piscine de 66 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 %30 \%, de densité 1,151{,}15. On réalise le titrage par suivi pH‑métrique de 1,001{,}00 mL d’une solution diluée vingt fois d’acide chlorhydrique par de la soude de concentration c2=0,100c_2 = 0{,}100 mol⋅L-1.

Données
  • Masse volumique de l’eau : ρeau=1,00ρ_\text{eau} = 1{,}00 g·cm-3
  • Masse molaire de l’acide chlorhydrique : M=36,5M = 36{,}5 g·mol-1

1. Calculer la concentration en quantité de matière cc de la solution d'acide chlorhydrique.

La concentration de la solution se calcule en utilisant la relation :
c=tdρeauM\xcancel{c = t ⋅ d ⋅ ρ_\text{eau} ⋅ M}
AN:c=30100×1,15×1,00×36,5\text{AN} : c = \xcancel{\dfrac{30}{100} \times 1{,}15 \times 1{,}00 \times 36{,}5}
c=12,6c = \sout{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(H3O+))i=(n(HO))verseˊs(n\text{(H}_3\text{O}^+))_\text{i} = (n(\text{HO}^-))_\text{versés}
cV1=c2VEc ⋅ V_1 = c_2 ⋅ V_\text{E}
VE=c2cV1\xcancel{V_\text{E}=\dfrac{c_{2}}{c \cdot V_{1}}}
AN:VE=0,10012,6×1,00=7,94\text{AN} : \xcancel{V_\text{E}=\dfrac{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 NH3(g)\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 540540 g⋅L-1 à 2020 °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\text{S} par de l’acide chlorhydrique.

1. Calculer la concentration en (mol⋅L-1) de la solution d’ammoniaque S\text{S} réalisée en dissolvant un volume V0=1,30V_0 = 1{,}30 L d’ammoniac gazeux dans 500500 mL d’eau.


2. Étudier la géométrie de la molécule d’ammoniac.
Couleurs
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Dessinez ici


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


On réalise le titrage de V=10,0V = 10{,}0 mL de solution avec suivi conductimétrique par une solution d’acide chlorhydrique de concentration c=0,100c'= 0{,}100 mol⋅L-1.
On ajoute 200200 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.
schéma du montage titrage de l'ammoniaque

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 : Vm=24,0V_\text{m} = 24{,}0 L⋅mol-1
  • Électronégativités : χ(N)=3,04,χ(H)=2,20\chi(\text{N}) = 3{,}04, \chi(\text{H}) = 2{,}20 et χ(O)=3,44\chi(\text{O}) = 3{,}44
  • Conductivités molaires ioniques : λ(H3O+)=35,0 λ\text{(H}_3\text{O}^+) = 35{,}0 mS·m2·mol-1, λ(HO)=19,8λ\text{(HO}^-) = 19{,}8 mS·m2·mol-1, λ(NH4+)=7,35λ\text{(NH}_{4}^{+}) = 7{,}35 mS·m2·mol-1 et λ(Cl)=7,64λ\text{(Cl}^-) = 7{,}64 mS·m2·mol-1.
  • Couples acide‑base : NH4+(aq)/\text{NH}_{4}^{+} \text{(aq)} / NH3(aq)\text{NH}_3 \text{(aq)} et H3O+(aq)/\text{H}_3\text{O}^+ \text{(aq)} / H2O(l)\text{H}_2\text{O(l)}
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30
Titrage d’un détartrant pour cafetière

RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

L’acide sulfamique NH2SO3H(s)\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=1,0m = 1{,}0 g d’acide sulfamique dans une fiole jaugée de volume V=100,0V\text{'} = 100{,}0 mL et on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On dose 20,020{,}0 mL de la solution avec de la soude de concentration c=0,100c\text{'} = 0{,}100 mol⋅L-1.

La courbe donnant l’évolution du pH\text{pH} en fonction du volume VV de soude versé est donnée ci‑dessous.
titrage d'un détartrant pour cafétière

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


Données
  • Couple acide‑base : NH2SO3H(aq)/\text{NH}_2\text{SO}_3\text{H(aq)} / NH2SO3(aq),\text{NH}_2 \text{SO}_{3}^{-} \text{(aq)}, H3O+(aq)/\text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)}/ H2O(l)\text{H}_2\text{O(l)} et H2O(l)/\text{H}_2\text{O(l)}/ HO(aq)\text{HO}^-\text{(aq)}
  • Masse molaire de l'acide sulfamique : M=97,1M = 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.

acide propanoique (ou acide propionique)

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 : C2H5COOH\text{C}_2\text{H}_5\text{COOH}
  • Masse molaire de l’acide propionique : M=74,1M = 74{,}1 g⋅mol-1
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