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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 6
Exercice corrigé
Évolution d'un mélange cuivre‑argent
15 professeurs ont participé à cette page
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Énoncé
Compétence(s)
RAI/MOD : Modéliser une transformation
VAL : Analyser des résultats
VAL : Analyser des résultats
D'après le sujet Bac S, Polynésie, 2003.
Un bécher contient un volume V_1 = 20 mL de solution de nitrate d'argent \left(\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})\right) de concentration c_1 = 1{,}0 \times 10^{-1} mol⋅L-1.
On ajoute V_2 = 20 mL de solution de nitrate de cuivre \left(\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) ; 2 \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})\right) de concentration c_2 = 5{,}0 \times 10^{-2} mol⋅L-1. On obtient une solution dans laquelle coexistent les ions argent \text{Ag}^+\text{(aq)}, cuivre \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} et nitrate \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}).
1. Calculer les concentrations initiales en ion cuivre \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} et en ion argent \text{Ag}^+\text{(aq)} dans le mélange.
On plonge ensuite dans le bécher un fil de cuivre \text{Cu(s)} et un fil d'argent \text{Ag(s)} bien décapés.
2. Écrire l'équation de réaction entre le métal cuivre \text{Cu(s)} et l'ion argent \text{Ag}^+\text{(aq)}.
3. Exprimer le quotient de réaction Q_\text{r} correspondant à la réaction précédente.
4. Calculer la valeur notée Q_\text{r,i} du quotient de réaction à l'état initial du système.
5. En déduire que le système évolue spontanément dans le sens direct de la réaction.
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Données
- Couples d'oxydoréduction :
\text{Cu}^{2+}\text{(aq)/Cu(s)} et \text{Ag}^+\text{(aq)/Ag(s)} - Constante d'équilibre de la réaction entre les
ions argent \bold{Ag}^\bold{+}\bold{(aq)} et le cuivre solide Cu(s) :
K = 2{,}2 \times 10^5
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Protocole de réponse
1. Rappeler la relation entre quantité de
matière, concentration et volume.
Réaliser l'application numérique.
2. Identifier les produits de la réaction.
Équilibrer l'équation.
3. Appliquer la définition du quotient de réaction en tenant compte du coefficient stœchiométrique devant l'ion argent \text{Ag}^+\text{(aq)}.
4. Effectuer l'application numérique.
5. Comparer Q_\text{r,i} à K et conclure.
Réaliser l'application numérique.
2. Identifier les produits de la réaction.
Équilibrer l'équation.
3. Appliquer la définition du quotient de réaction en tenant compte du coefficient stœchiométrique devant l'ion argent \text{Ag}^+\text{(aq)}.
4. Effectuer l'application numérique.
5. Comparer Q_\text{r,i} à K et conclure.
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Solution rédigée
1. \left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{n_{1}}{V_{1}+V_{2}}
\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{c_{1} \cdot V_{1}}{V_{1}+V_{2}}
\mathrm{AN}:\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{1{,}0 \times 10^{-1} \times 20 \times 10^{-3}}{20 \times 10^{-3}+20 \times 10^{-3}}=5{,}0 \times 10^{-2} mol⋅L-1
\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{n_{2}}{V_{1}+V_{2}}
\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{c_{2} \cdot V_{2}}{V_{1}+V_{2}}
\mathrm{AN}:\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{5{,}0 \times 10^{-2} \times 20 \times 10^{-3}}{20 \times 10^{-3}+20 \times 10^{-3}}=2{,}5 \times 10^{-2} mol⋅L-1
2. 2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \rightleftarrows 2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})
3. Q_\text{r,i}= \frac{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}} \cdot \mathrm{c}^{\circ}}{\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}^{2}}
4. \text{AN :} Q_\text{r,i}=\frac{2{,}5 \times 10^{-2}}{\left(5{,}0 \times 10^{-2}\right)^{2}}=10
5. Q_\text{r,i} \lt K, la réaction évolue spontanément dans le sens direct.
\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{c_{1} \cdot V_{1}}{V_{1}+V_{2}}
\mathrm{AN}:\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{1{,}0 \times 10^{-1} \times 20 \times 10^{-3}}{20 \times 10^{-3}+20 \times 10^{-3}}=5{,}0 \times 10^{-2} mol⋅L-1
\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{n_{2}}{V_{1}+V_{2}}
\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{c_{2} \cdot V_{2}}{V_{1}+V_{2}}
\mathrm{AN}:\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}}=\frac{5{,}0 \times 10^{-2} \times 20 \times 10^{-3}}{20 \times 10^{-3}+20 \times 10^{-3}}=2{,}5 \times 10^{-2} mol⋅L-1
2. 2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \rightleftarrows 2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})
3. Q_\text{r,i}= \frac{\left[\mathrm{Cu}^{2+}\right]_{\mathrm{i}} \cdot \mathrm{c}^{\circ}}{\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]_{\mathrm{i}}^{2}}
4. \text{AN :} Q_\text{r,i}=\frac{2{,}5 \times 10^{-2}}{\left(5{,}0 \times 10^{-2}\right)^{2}}=10
5. Q_\text{r,i} \lt K, la réaction évolue spontanément dans le sens direct.
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Doc. Prix des métaux (septembre 2019)
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Le prix des matières premières, notamment le cuivre, freinent l'utilisation de ces métaux pour des applications à l'échelle industrielle :
- acier 0{,}57 €⋅kg-1 ;
- aluminium 1{,}568 €⋅kg-1 ;
- or 43 415 €⋅kg-1 ;
- argent 492 €⋅kg-1 ;
- cuivre 5{,}296 €⋅kg-1 ;
- fer 0{,}088 €⋅kg-1 ;
- zinc 2{,}414 €⋅kg-1.
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Mise en application
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Oups, une coquille
j'ai une idée !
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YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah