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Exercices Pour s'échauffer/Pour commencer
P.163-165




Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

7
15

5
34

DIFF
27
30
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Pour s'échauffer

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5
Quotient de réaction

Donner l’expression du quotient de réaction pour chacune des réactions chimiques suivantes :

a.


b.


c.


d.
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6
Équation de réaction chimique

Écrire les équations de réaction à partir des quotients de réaction suivants :

a.


b.
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7
Sens spontané

On considère la réaction dont l’équation s’écrit :


Cette réaction possède une constante d’équilibre à température ambiante. À l’état initial, .

Déterminer le sens d’évolution spontanée de cette réaction.
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8
Pile cuivre‑argent

Les demi-équations d’une pile cuivre‑argent sont :
  • à la cathode :
  • à l’anode :

Écrire l’équation de fonctionnement de la pile.
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9
Schéma d'une pile

Annoter ce schéma avec les termes : anode, cathode et pont salin.

Schéma d'une pile

Cliquez sur le schéma pour l'agrandir. Puis cliquez sur modifier pour le compléter.

Pour commencer

Quotient de réaction (⇧)

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10
Consignes de sécurité en laboratoire

RAI/MOD : Modéliser une transformation

Le mélange de l’eau avec certains acides, dits forts, provoque une réaction fortement exothermique.
logo attention corrosif

1. Expliquer cette consigne de sécurité en laboratoire : « Ne jamais verser l’eau dans l’acide. Toujours verser l’acide dans l’eau. »


2. Écrire l’équation de la réaction acide-base entre l’eau et l’acide sulfurique sachant que des ions sulfate sont produits.


3. Exprimer le quotient de réaction .


réaction exothermique
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11
Calcul d’un quotient de réaction

REA : Appliquer une formule

Les ions iodure , en contact avec les ions peroxodisulfate , subissent une oxydation lente. On s’intéresse au mélange de mL d’une solution de peroxodisulfate d’ammonium de concentration mol·L-1 avec mL de solution d’iodure de potassium de concentration mol·L-1.

1. Établir l’équation de la réaction à partir des couples fournis.


2. Exprimer le quotient de réaction .


3. Calculer sa valeur à l’état initial.


La constante d’équilibre de cette réaction est égale à .

4. Conclure quant au caractère total ou non de la réaction.


Données
  • Couples d’oxydoréduction : et
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Constante d’équilibre (⇧)

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12
Calcul de la constante d’équilibre (1)

REA : Appliquer une formule

L’acide ascorbique , plus connu sous le nom de vitamine C, réagit avec l’eau selon l’équation :

À l’équilibre, les concentrations sont les suivantes :
  • mol⋅L-1  ;
  • mol⋅L-1  ;
  • mol⋅L-1.

Calculer la constante d’équilibre de cette réaction.


Scorbut

Le scorbut est une maladie due à un déficit alimentaire en acide ascorbique, plus connu sous le nom de vitamine C. Les symptômes les plus fréquents sont des malaises, une léthargie et une faiblesse généralisée. Durant la progression de la maladie, les articulations, les muscles, et les tissus sous‑cutanés peuvent subir des hémorragies.
La carence en acide ascorbique se retrouve fréquemment chez les enfants en bas âge nourris au lait de vache non supplémenté, exclusivement pendant leur première année. On le retrouve aussi souvent chez des patients atteint d’alcoolisme chronique.
D’après chu-rouen.fr.
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13
Calcul de la constante d’équilibre (2)

REA : Appliquer une formule

Le cuivre réagit avec les ions argent selon la réaction d’équation :

On plonge une lame de cuivre dans une solution de nitrate d’argent de concentration mol·L-1.

1. Calculer le quotient de réaction à l’instant initial.


2. À l’équilibre mol·L-1 et mol·L-1, calculer la constante d'équilibre de la réaction.
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Sens d'évolution (⇧)

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14
Sens d’évolution d’une réaction

VAL : Analyser des résultats

Une lame de zinc est plongée dans une solution contenant des ions . Il se produit la réaction d’oxydoréduction suivante :

La constante d’équilibre de cette réaction est égale à .

Réaction d’oxydoréduction
réaction d'oxydoréduction
En présence d’ions cuivre , le zinc s’oxyde.

Préciser le sens d’évolution de la réaction sachant que mol⋅L-1 et mol⋅L-1.
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15
Accident domestique

REA : Appliquer une formule

L’eau de Javel est une solution aqueuse contenant des ions chlorure , des ions hypochlorite et des ions sodium . Mélangé à une solution acide contenant des ions oxonium , ce produit ménager peut réagir selon l’équation suivante :


1. Exprimer le quotient de réaction .


2. Compte tenu de la constante d’équilibre fournie, et en supposant que tout le dichlore reste en solution, calculer la quantité de matière de dichlore formé pour g d'ions hypochlorite réagissant avec des ions oxonium et chlorure en excès.


3. Le dichlore en solution passe rapidement dans l’air, ce qui diminue sa concentration en solution. En déduire le sens d’évolution de la réaction.


4. Expliquer le danger à nettoyer ses toilettes en y versant de l’acide chlorhydrique puis de l’eau de Javel.


Données
  • Volume molaire à 20 °C sous 1,013 hPa : L⋅mol-1
  • Constante d’équilibre :
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Piles électriques (⇧)

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16
Tension à vide d’une pile

REA : Appliquer une formule

Une pile alcaline fonctionne à partir des couples à l’anode et à la cathode.

1. Rappeler ce qu’est la tension à vide d’une pile.


2. On place un voltmètre aux bornes de la pile, sa borne est reliée à la cathode. La tension à vide de cette pile est de 4,5 V. En déduire la valeur affichée par le voltmètre.
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17
Vélo électrique

REA : Appliquer une formule

Une batterie de vélo à assistance électrique a une capacité électrique de 4 A⋅h. Sur le plat, la batterie débite un courant de 0,5 A. En montée, le courant est de 3 A.

1. Déterminer la durée de fonctionnement de l’assistance électrique sur une route horizontale.


2. Calculer la durée de fonctionnement de l’assistance pour une route exclusivement en pente ascendante.
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18
Pile cuivre-plomb

RAI/MOD : Modéliser une transformation

La borne d’entrée d’un voltmètre est reliée à la lame de cuivre et la borne à la lame de plomb .
schéma d'une pile cuivre-plomb

1. Déterminer le sens du courant.


2. Identifier l’anode et la cathode.


3. À l’aide du schéma, écrire les demi‑équations d’oxydoréduction.


4. En déduire l’équation de fonctionnement de la pile.


Collecte et recyclage

Image de piles et accumulateurs
1,3 milliard de piles et accumulateurs sont mis sur le marché en France. Cela représente environ 30 000 tonnes de matériaux.

En 2019, seulement 73 % des matériaux constituant les piles peuvent être recyclés. Leur utilisation n’est donc pas sans danger pour l’environnement.

Cliquez ici pour retrouver plus d'informations sur le recyclage des piles.
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Supplément numérique
A
Pile bouton air-zinc

RAI/ANA : Construire un raisonnement
RAI/MOD : Modéliser une transformation

Une pile bouton possède une capacité électrique  mA·h et génère un courant supposé constant d’intensité mA. Les demi-équations sont :




1. Identifier l’anode et la cathode.


2. Écrire l’équation de réaction globale de la pile bouton.


3. Préciser la quantité d’électrons échangés lors de la réaction.


4. Calculer la durée de fonctionnement de la pile.


5. En déduire la masse de zinc disparue.


6. Calculer le volume de dioxygène consommé.


Données
  • Volume molaire à 20 °C sous 1 013 hPa : L·mol-1
  • Constante de Faraday : C·mol-1

Piles bouton
Parmi les différentes sortes de piles « boutons » existe la pile bouton au lithium. Cette pile est très utilisée dans les jouets pour enfants mais nécessite des précautions d’usage.

« Dans un milieu humide comme l’œsophage, l’action électrique des piles est dangereuse pour les tissus. Le lithium qu’elles contiennent peut également s’avérer dangereux s’il se diffuse inopinément dans l’œsophage, et entraîner la formation de lésions potentiellement mortelles. Un phénomène qui touche majoritairement les 0‑5 ans et qui conduit, chaque année en France, plus de 1 200 personnes aux urgences. À noter que deux des derniers incidents concernaient des enfants de 6 et 10 ans ayant mis dans leur bouche un hand spinner lumineux, dont la pile est sortie de son compartiment. »

D’après LCI, décembre 2017.
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Supplément numérique
B
Masses des électrodes

RAI/ANA : Construire un raisonnement

Une pile alcaline possède une capacité de 38 mA·h. Les demi-équations d’oxydoréduction aux électrodes sont :



Calculer les masses minimales des électrodes.


Données
  • Masses molaires atomiques : g·mol-1, g·mol-1 et g·mol-1
  • Constante de Faraday : C·mol-1
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Supplément numérique
C
Court‑circuit

APP : Extraire l’information utile

Une pile, ou plus généralement un générateur, se retrouve en court‑circuit lorsque ses deux bornes positive et négative sont reliées, par un fil ou du métal par exemple.

1. Faire le schéma d’un court-circuit.
Dessinez ici

Le fil électrique possède une résistance de .

2. Calculer l’intensité du courant débité par une pile de 12 V en court‑circuit.


3. En déduire la puissance dissipée par effet Joule.


4. Calculer l’énergie dissipée au bout de 1,0 min.


5. Expliquer le phénomène observé lorsqu’on place de la paille de fer entre les bornes d’une pile 4,5 V.
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Une notion, trois exercices (⇧)


DIFFÉRENCIATION
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19
Capacité électrique et durée de vie ◉◉

REA : Appliquer une formule

Un fabricant indique que sa pile peut débiter un courant d’intensité mA pendant 800 h.

1. Calculer la capacité électrique maximale de la pile (en A⋅h).


2. Convertir en coulomb (C).
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20
Pile Daniell ◉◉

REA : Appliquer une formule

La pile Daniell est constituée d’une anode en zinc et d’une cathode en cuivre .

1. Écrire les demi‑équations des couples et .


2. En déduire l’équation de fonctionnement de la pile.


3. Déterminer la quantité d’électrons mis en jeu d’après l’équation de la réaction.


4. Exprimer la capacité électrique en fonction de la quantité de matière de zinc .


Données
  • Masse molaire du zinc : g⋅mol-1
  • Constante de Faraday : C⋅mol-1
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21
Pile alcaline ◉◉◉

RAI/ANA : Construire un raisonnement

Une pile alcaline fonctionne avec une électrode en zinc de 20 g et une en dioxyde de manganèse de masse inconnue. Les deux demi‑équations sont :

Exprimer puis calculer la capacité électrique de cette pile.
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