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 2
Exercices
Pour s'entraîner
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Solubilité du chlorure de plomb
✔ REA : Appliquer une formule
On souhaite connaître la solubilité du chlorure de plomb \text{(Pb}^{2+}\text{(aq)} ; \text{2 Cl}^-\text{(aq))}, c'est-à-dire la concentration maximale que l'on peut obtenir par dissolution dans l'eau. On élabore pour cela une solution saturée en chlorure de plomb, dont on mesure la conductivité. On obtient \sigma = 1\, 040 mS·m-1.
1. Calculer la concentration en quantité de matière c de la solution analysée.
2. En déduire la solubilité s du chlorure de plomb dans l'eau, en (g·L-1).
1. Calculer la concentration en quantité de matière c de la solution analysée.
2. En déduire la solubilité s du chlorure de plomb dans l'eau, en (g·L-1).
Doc.
Chlorure de plomb
Données
- Masses molaires atomiques : M\text{(Pb)} = 207{,}2 g·mol-1 et M\text{(Cl)} = 35{,}5 g·mol-1
- Conductivités molaires ioniques à 25 °C : \lambda\left(\mathrm{Pb}^{2+}\right)=13,9 \times 10^{-3} S·m2·mol-1 et \lambda\left(\mathrm{Cl}^{-}\right)=7,63 \times 10^{-3} S·m2·mol-1
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Gymnastique mathématique
✔ REA : Appliquer une formule
On mesure la conductivité de trois solutions de concentration c identique en soluté apporté :
- \text{S}_1(\text{Na}^{+}(\mathrm{aq}) \: ; \text{Cl}^-(\text{aq})) : \sigma_1=12,64. mS·m-1 ;
- \text{S}_2 (\text{K}^+(\text{aq})\: ; \text{Cl}^-(\text{aq})) : \sigma_2 =14,98 mS·m-1 ;
- \text{S}_3(\mathrm{Na}^+ (\text{aq})\: ; \text{HO}^-(\text{aq))} : \sigma_3 =24,87. mS·m-1.
1. Exprimer \sigma_1, \sigma_2, et \sigma_3 en fonction de c.
2. En déduire une expression de \sigma_4, conductivité de la solution \mathrm{S}_{4}\left(\mathrm{K}^{+}(\mathrm{aq}) \: ; \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})\right), de même concentration c que les précedentes en fonction de \sigma_1, \sigma_2 et \sigma_3.
3. Calculer \sigma_4.
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Autre gymnastique
✔ REA : Appliquer une formule
On mesure la conductance de trois solutions de même concentration c en soluté apporté et à l'aide du même matériel de mesure :
- \mathrm{S}_{1}\left(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) \:; \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\right): {G}_{1}=1{,}16 mS ;
- \mathrm{S}_{2}\left(\mathrm{K}^{+}(\mathrm{aq}) \:; \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\right): {G}_{2}=1{,}37 mS ;
- \mathrm{S}_{3}\left(\mathrm{K}^{+}(\mathrm{aq}) \:; \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})\right): {G}_{3}=1{,}33 mS.
1. Exprimer la conductance G_4 d'une solution \text{S}_4 \left(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) \:; \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})\right) de même concentration, en fonction de G_1, G_2 et G_3.
2. Calculer la valeur de G_4.
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Dose par étalonnage
✔ APP : Extraire l'information utile
On procède au dosage par étalonnage d'une solution de sulfate d'ammonium \left(2\ \mathrm{NH}_{4}^{+}(\mathrm{aq}) \:; \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq})\right). On obtient les valeurs suivantes.
On procède au dosage par étalonnage d'une solution de sulfate d'ammonium \left(2\ \mathrm{NH}_{4}^{+}(\mathrm{aq}) \:; \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq})\right). On obtient les valeurs suivantes.
| Concentration \boldsymbol{c} (mmol·L-1) | 0{,}80 | 1{,}20 | 1{,}60 | 1{,}80 |
| Conductance \boldsymbol{G} (mS) | 0{,}60 | 0{,}89 | 1{,}18 | 1{,}32 |
1. Tracer la courbe d'étalonnage et commenter son allure.
GeoGebra
2. Établir l'équation de la droite obtenue.
3. La conductance de la solution analysée est égale à G = 1{,}24 mS. Déterminer sa concentration en soluté apporté, exprimée en (g·L-1).
3. La conductance de la solution analysée est égale à G = 1{,}24 mS. Déterminer sa concentration en soluté apporté, exprimée en (g·L-1).
Données
- Masses molaires atomiques :M(\mathrm{H})=1,0 g·mol-1, M(\text{N})=14{,}0 g·mol-1, M(0)=16{,}0 g·mol-1 et M(\text{S}) = 32{,}1 g·mol-1.
Détails du barème
TOTAL /7 pts
2 pts
1. Légender les axes, placer les graduations et donner un titre.
1 pt
1. Tracer le graphique soigneusement.
0,5 pt
1. Identifier la situation de proportionnalité.
1,5 pt
2. Donner l'équation de la droite.
1 pt
3. Calculer la concentration en quantité de matière à partir de l'équation précédente.
1 pt
3. Convertir en (g·L-1).
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Paramètres influençant la conductance
✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle
On désire connaître la conductance d'une solution, mais on ne dispose pas de conductimètre.
On désire connaître la conductance d'une solution, mais on ne dispose pas de conductimètre.
1. Schématiser le montage à réaliser et préciser ce que l'on nommera S et l.
Les valeurs relevées sont U = 1{,}00 V, I = 12{,}0 mA, S = 1{,}0 cm2 et l = 1{,}0 cm.
Les valeurs relevées sont U = 1{,}00 V, I = 12{,}0 mA, S = 1{,}0 cm2 et l = 1{,}0 cm.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
2. Calculer la valeur de la conductance G de cette solution.
On considère la relation liant la conductance G et la conductivité \sigma :
3. Préciser comment évoluerait G si S doublait. De la même manière, préciser l'évolution de G si l doublait et si le volume V de solution utilisée doublait.
4. Calculer la conductivité \sigma de la solution.
On considère la relation liant la conductance G et la conductivité \sigma :
\sigma=G \cdot \frac{l}{S}
3. Préciser comment évoluerait G si S doublait. De la même manière, préciser l'évolution de G si l doublait et si le volume V de solution utilisée doublait.
4. Calculer la conductivité \sigma de la solution.
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Solution antiseptique
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
La solution de Dakin est une solution antiseptique colorée en rose en raison de l'ajout de permanganate de potassium \text{KMnO}_4\text{(s)}, de masse molaire M = 158 g·mol·L-1.
1. La solution de Dakin apparaît magenta. Préciser si elle absorbe davantage la lumière à 550 nm ou à 700 nm en longueur d'onde.
La solution de Dakin est une solution antiseptique colorée en rose en raison de l'ajout de permanganate de potassium \text{KMnO}_4\text{(s)}, de masse molaire M = 158 g·mol·L-1.
1. La solution de Dakin apparaît magenta. Préciser si elle absorbe davantage la lumière à 550 nm ou à 700 nm en longueur d'onde.
2. Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier la concentration en permanganate de potassium donnée sur l'étiquette.
3. Les résultats expérimentaux permettent de conclure que la concentration en permanganate de potassium est égale à c = 6,33 × 10^{-5} mol·L-1. Comparer à l'indication fournie sur l'étiquette.
3. Les résultats expérimentaux permettent de conclure que la concentration en permanganate de potassium est égale à c = 6,33 × 10^{-5} mol·L-1. Comparer à l'indication fournie sur l'étiquette.
Doc.
Étiquette d'un antiseptique
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Éthylotest
✔ APP : Extraire l'information utile
Un éthylotest contient des ions dichromate \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}^{2-}(\mathrm{aq}) jaunes qui oxydent l'éthanol \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}(\mathrm{aq}) expiré par le conducteur pour former des ions chrome \mathrm{Cr}^{3+}(\mathrm{aq}) verts et de l'acide éthanoïque \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{4} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})
1. Écrire l'équation de la réaction d'oxydation de l'éthanol par les ions dichromate.
2. Proposer une allure pour les spectres d'absorption UV-visible des ions dichromate (une bande) et des ions chrome (deux bandes).
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
p. 590
Données
- Couples d'oxydoréduction : \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}^{2-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{Cr}^{3+}(\mathrm{aq}) et \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{4} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq}) / \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}(\mathrm{aq})
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Copie d'élève à commenter
Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.
On mesure la conductivité \sigma d'une solution de bromure de magnésium \left(\mathrm{Mg}^{2+}(\mathrm{aq})\right. ; \left.2 \ \mathrm{Br}^{-}(\mathrm{aq})\right) égale à \sigma = 1,14 mS·m-1.
1. Schématiser le montage expérimental.
Doc.
Le montage utilisé est le suivant :
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2. Déterminer la concentration c de la solution en soluté apporté, exprimée en (mol·L-1).
D'après la loi de Kohlrausch, on peut écrire :
\sigma=\lambda(\mathrm{Mg}^{2+}) · [\mathrm{Mg} ^{2+}]+\lambda(\mathrm{Br}^-) ·[\mathrm{Br}^-]
\sigma=(\lambda(\mathrm{Mg}^{2+})+\color{red}\cancel{\color{black}{\lambda(\mathrm{Br}^-)) \cdot \mathrm{c}}}
\color{red}\cancel{\color{black}{c = \dfrac{\sigma}{\lambda(\text{Mg}^{2+}) + \lambda(\text{Br}^{-})}}}
AN :
\color{red}\cancel{\color{black}{c = \dfrac{1{,}14}{10{,}6 + 7{,}81}}}
\color{red}\cancel{\color{black}{c = 0{,}061 \:9} }\color{black} \: mol⋅L -1
3. Conclure quant à la validité du calcul.
D'après la loi de Kohlrausch, on peut écrire :
\sigma=(\lambda(\mathrm{Mg}^{2+})+\color{red}\cancel{\color{black}{\lambda(\mathrm{Br}^-)) \cdot \mathrm{c}}}
\color{red}\cancel{\color{black}{c = \dfrac{\sigma}{\lambda(\text{Mg}^{2+}) + \lambda(\text{Br}^{-})}}}
AN :
\color{red}\cancel{\color{black}{c = \dfrac{1{,}14}{10{,}6 + 7{,}81}}}
\color{red}\cancel{\color{black}{c = 0{,}061 \:9} }\color{black} \: mol⋅L -1
3. Conclure quant à la validité du calcul.
La concentration n'étant pas très élevée, la loi de Kohlrausch est valide.
Données
- Conductivités molaires ioniques à 25 °C :
\lambda\left(\mathrm{Mg}^{2+}\right)=10{,}6 mS·m2·mol-1 et
\lambda\left(\mathrm{Br}^{-}\right)=7{,}81 mS·m2·mol-1
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33
Histoire d'unités en QCM
✔ REA : Appliquer une formule
Une cellule de conductimétrie a les dimensions suivantes : S = 1{,}0 cm2, l = 42 mm. On mesure la conductance G = 328 μS dans une solution de chlorure de magnésium \left(\mathrm{Mg}^{2+}(\mathrm{aq}) \:; 2\ \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\right).
1. En déduire la conductivité de la solution.
2. Déterminer la concentration en quantité de matière c de la solution.
Données
- Conductivités molaires ioniques à 25 °C : \lambda\left(\mathrm{Cl}^{-}\right)=7,6 mS·m2·mol-1 et \lambda\left(\mathrm{Mg}^{2+}\right)=10,6 mS·m2·mol-1
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34
Famille des amides
✔ APP : Extraire l'information utile
Le spectre infrarouge d'un composé organique X, de formule \mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{7} \mathrm{NO} est donné ci-dessous. On rappelle que la liaison \mathrm{N}-\mathrm{H} donne une seule bande pour \text{NH} et deux bandes pour \mathrm{NH}_{2}.
1. Repérer sur le spectre les bandes caractéristiques des liaisons \mathrm{C}=\mathrm{O} \text { et } \mathrm{N}-\mathrm{H}.
p. 590
2. Le composé X est un amide, c'est-à-dire qu'il contient un enchaînement \mathrm{O}=\mathrm{C}-\mathrm{N}, possédant au moins une liaison \mathrm{N}-\mathrm{H}. Établir les formules semi-développées des trois molécules possibles de X.
p. 590
2. Le composé X est un amide, c'est-à-dire qu'il contient un enchaînement \mathrm{O}=\mathrm{C}-\mathrm{N}, possédant au moins une liaison \mathrm{N}-\mathrm{H}. Établir les formules semi-développées des trois molécules possibles de X.
3. Parmi ces molécules, identifier X grâce à son spectre.
Justifier le choix effectué.
Justifier le choix effectué.
Doc.
Spectre infrarouge du composé X
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35
Techniques d'obtention de spectres IR
✔ RAI / ANA : Justifier un protocole
Le doc. 1 ci-dessous présente les techniques courantes pour obtenir le spectre IR d'un composé.
Le doc. 1 ci-dessous présente les techniques courantes pour obtenir le spectre IR d'un composé.
1. Reformuler la deuxième phrase du doc. 1 en utilisant le verbe approprié « absorber » ou « transmettre ».
2. Préciser ce qui se produirait si on lavait à l'eau les pastilles de \mathrm{NaCl}(\mathrm{s}).
2. Préciser ce qui se produirait si on lavait à l'eau les pastilles de \mathrm{NaCl}(\mathrm{s}).
3. Chercher la différence entre un solide « en suspension » et un solide « dissous ».
4. Préciser la raison pour laquelle il est important que l'échantillon soit sec avant de réaliser son spectre infrarouge.
4. Préciser la raison pour laquelle il est important que l'échantillon soit sec avant de réaliser son spectre infrarouge.
Doc. 1
Obtention d'un spectre infrarouge
On peut enregistrer le spectre d'un corps à l'état gazeux, liquide, solide ou en solution.
- Si le corps est gazeux, on utilise des cellules spéciales, jamais en verre, car il est opaque aux radiations infrarouges.
- Si le corps est liquide, on dispose un film de ce corps entre deux pastilles de \mathrm{KBr}(\mathrm{s}) ou de \mathrm{NaCl}(\mathrm{s}) (attention à ne pas les laver à l'eau).
- Si le corps est solide, il est broyé avec du \mathrm{KBr}(\mathrm{s}) ou du \mathrm{NaCl}(\mathrm{s}) et comprimé en pastille par une presse. Il peut aussi être étudié en suspension dans le Nujol (mélange d'hydrocarbures).
- On peut aussi le dissoudre dans une solution. Les solvants utilisés doivent absorber très peu dans l'infrarouge. On utilise en général : \mathrm{CCl}_{4}, \mathrm{CH}_{2} \mathrm{Cl}_{2}, \mathrm{CHCl}_{3} Attention ! Il est impératif que l'échantillon étudié soit bien sec, car l'eau absorbe beaucoup.
Doc. 2
Préparation d'une pastille pour réaliser un spectre IR
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Nos manuels sont collaboratifs, n'hésitez pas à nous en faire part.
j'ai une idée !
Oups, une coquille
