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).

Doc.
Chlorure de plomb

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Crédits : Universal Images Group North America LLC/DeAgostini/Alamy

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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26
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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27
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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28
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.

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.

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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).

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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29
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.

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.

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2. Calculer la valeur de la conductance G de cette 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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30
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.

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.

Doc.

Étiquette d'un antiseptique

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31
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).

Cercle chromatique en rabat de fin

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3. Préciser quelles sont les principales bandes caractéristiques présentes sur le spectre IR de l'éthanol ainsi que sur celui de l'acide éthanoïque

Fiche méthode 16,
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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32

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} 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.

a. \sigma=1{,}4 mS·cm^-1.

b. \sigma = 1{,}4 \times 10^3 S·cm^-1.

c. \sigma = 14 S·m^-1.

2. Déterminer la concentration en quantité de matière c de la solution.

a. c = 5{,}4 mol·L^-1.

b. c = 5{,}4 mol·m^-3.

c. c = 7{,}3 mol·L^-1.

d. c = 7{,}3 mol·m^-3.

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}.

Fiche méthode 16,
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.

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.

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}).

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.

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}

Doc. 2
Préparation d'une pastille pour réaliser un spectre IR

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