Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac

1. Constitution et transformations de la matière

Composition et évolution d'un système

Ouverture de thème p. 16-17

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

Prévision et stratégie en chimie

Ouverture de thème p. 146-147

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

Ouverture de thème

p. 290-291

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

Ouverture de thème

p. 402-403

Ch. 15

Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16

Bilans d'énergie thermique

BAC

Thème 3

4. Ondes et signaux

Ouverture de thème

p. 462-463

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 7

Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

	Pour commencer	Différenciation	Pour s'entraîner
Savoir associer $K_{A}$ et $K_{e}$ aux équations de réactions correspondantes	15		32
Savoir identifier la différence entre un acide faible et un acide fort, ou entre une base faible et une base forte	14	20 21 22
Savoir prévoir la composition finale d'une solution	12 13
Savoir représenter et exprimer les diagrammes de distribution et de prédominance	16		28

Pour s'échauffer

5
Acide fort

L'acide nitrique

HNO_{3}

est un acide fort.

Écrire l'équation de sa réaction avec l'eau.

6
Base faible

L'ion hydrogénophosphate

HPO_{4}^{2 -}

est une base faible.

Écrire l'équation de sa réaction avec l'eau.

7
Espèce amphotère

La glycine de formule semi-développée est un acide aminé amphotère.

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : lelivrescolaire.fr

Écrire les deux couples acide-base de la glycine.

8
Constante d'acidité

L'acide fluorhydrique

HF

, pourtant extrêmement corrosif, est un acide faible de

p K_{A} = 3, 2

.

Exprimer, puis calculer sa constante d'acidité

K_{A}

9
Diagramme de prédominance

Tracer le diagramme de prédominance de l'acide méthanoïque

HCOOH/HCOO^{-}

dont le

p K_{A}

vaut

3, 75

Dessinez ici

10
Alanine

D'après le diagramme de prédominance ci-dessous, préciser sous quelle forme se trouve l'alanine dans une solution dont le

pH

est égal à

11

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : lelivrescolaire.fr

11
Indicateur coloré

Le carmin d'indigo est un indicateur coloré dont la forme acide est bleue et la forme basique est jaune. Sa zone de virage est comprise entre

11, 4

13, 0

.

En déduire la couleur de sa teinte sensible.

Pour commencer

Acide fort et base forte

12
$pH$ d'une solution d'acide fort

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire

L'acide chlorhydrique est un acide fort dans l'eau. Une solution S de concentration en soluté apporté

c = 4, 0 \times 1 0^{- 2}

mol⋅L^-1 est préparée.

1. Rappeler la définition d'un acide fort.

2. Calculer le

pH

de la solution

S

3. Calculer le

pH

de la solution

S^{'}

, obtenue en diluant par deux la solution

S

Donnée

Produit ionique de l'eau à $25$ °C : $K_{e} = 1, 0 \times 1 0^{- 14}$

13
$pH$ d'une solution de base forte

✔ REA : Utiliser un modèle

La potasse caustique

(K^{+} (aq); HO^{-} (aq))

est une base forte dans l'eau. Une solution

S

est préparée en dissolvant une masse

m = 3, 9

g de

KOH(s)

dans un volume

V = 100

mL.

1. Calculer la masse molaire

M (KOH)

à l'aide du tableau périodique.

Rabat de fin

2. Calculer la concentration

c

en soluté apporté.

3. Écrire l'équation de la réaction de dissolution de l'hydroxyde de potassium

KOH(s)

dans l'eau.

4. Déterminer la concentration

[HO^{-}]

5. Calculer la concentration en ion oxonium dans la solution. En déduire le

pH

de la solution

S

6. La solution

S

est diluée dix fois. Déterminer le

pH

de la solution

S^{'}

ainsi obtenue.

Constante d'acidité et $p K_{A}$

14
Acide benzoïque

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

L'acide benzoïque, noté

AH(aq)

, est un acide faible utilisé dans l'agroalimentaire en tant que conservateur. On le trouve notamment dans certaines boissons énergétiques.

1. Écrire l'équation de la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau.

2. Donner l'expression de la constante d'acidité du couple

AH(aq)/A^{-} (aq)

3. Calculer le rapport des concentrations à l'équilibre

\frac{[ A H ] _{e q}}{[ A ^{-} ] _{e q}}

dans une boisson dont le

pH

est égal à

3, 48

Donnée

$p K_{A}$ du couple acide-base : $p K_{A} = 4, 2$

15
Constante d'acidité

✔ REA : Utiliser un modèle

On prépare une solution d'hydrogénosulfate de sodium,

(Na^{+} (aq); HSO_{4}^{-} (aq))

de concentration

c = 1, 0 \times 1 0^{- 2}

mol⋅L^-1.

1. Écrire l'équation de dissolution de l'hydrogénosulfate de sodium dans l'eau.

2. Écrire l'équation de la réaction acide-base de l'ion hydrogénosulfate avec l'eau.

3. Exprimer la constante d'acidité du couple acide-base.

4. Le

pH

de cette solution est égal à

2, 2

. En déduire les valeurs des concentrations de toutes les espèces chimiques présentes en solution et calculer la constante d'acidité.

5. En déduire son

p K_{A}

Doc. 2
Hydrogénosulfate de sodium

Ce sel à caractère acide est parfois utilisé pour l'entretien des piscines. À des concentrations plus élevées, il peut être utilisé comme pesticide écologique notamment pour lutter contre une variété d'étoile de mer invasive : l'Acanthaster planci.

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : WaterFrame/Alamy

Donnée

Couple acide-base : $H S O_{4}^{-} (a q) / S O_{4}^{2 -} (a q)$

Diagrammes de distribution et de prédominance

16
Couple acide lactique/ion lactate

✔ REA : Utiliser un modèle

L'acide lactique est un acide qui peut se trouver dans le lait, le vin ou même certains fruits et légumes. Le diagramme de distribution du couple acide lactique / ion lactate (notés

AH(aq)

A^{-} (aq)

) est représenté ci-dessous.

Diagramme de distribution du couple acide lactique / ion lactate

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : lelivrescolaire.fr

1. Déterminer graphiquement le

pH

pour lequel

[A^{-}] = [AH]

2. Déterminer le

p K_{A}

du couple.

3. Déterminer les proportions des deux formes acide et basique pour

pH = 3, 0

4. Utiliser les résultats de la question précédente pour déterminer à nouveau le

p K_{A}

. Comparer les valeurs trouvées.

17
Acide butyrique

✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

L'acide butyrique est aussi appelé acide butanoïque. C'est une molécule que l'on peut trouver dans le beurre rance ou le parmesan. Son odeur est forte et désagréable.

1. Écrire la formule semi-développée de l'acide butanoïque.

Fiche méthode 14

2. Écrire l'équation de la réaction de l'acide butanoïque avec l'eau.

3. Tracer le diagramme de prédominance du couple acide butanoïque/ion butanoate.

Dessinez ici

4. Le

pH

de l'estomac n'est pas constant. Lors d'une digestion idéale, il varie de

1, 5

5

. Préciser la ou les formes adoptées par l'espèce chimique lors de ces phases de digestion.

Donnée

$p K_{A}$ du couple acide-base : $p K_{A} = 4, 81$

Solution tampon

18
Effet tampon

✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

Une solution est préparée en dissolvant

1, 0 \times 1 0^{- 3}

mol de chlorure d'hydrogène

HCl(g)

dans un volume

V = 1, 0

L.

1. Calculer le

pH

de la solution sachant qu'il s'agit d'un acide fort.

Une solution tampon de volume

V = 1, 0

L est ensuite préparée en dissolvant

1, 0 \times 1 0^{- 2}

mol d'acide éthanoïque

CH_{3} COOH(s)

1, 0 \times 1 0^{- 2}

mol d'éthanoate de sodium

CH_{3} COONa(s)

.

2. Déterminer le

pH

de la solution.

On ajoute dans la solution tampon précédente

1, 0 \times 1 0^{- 3}

mol d'ion oxonium

H_{3} O^{+} (aq)

.

3. Écrire l'équation de la réaction acide-base entre l'ion oxonium et l'ion éthanoate.

4. Cette réaction étant totale, calculer le

pH

final.

5. Comparer la variation de

pH

avec celle obtenue à la question 1. Conclure.

Donnée

$p K_{A}$ du couple acide éthanoïque/ion éthanoate : $p K_{A} = 4, 76$

19
Étude d'une solution

✔ REA : Utiliser un modèle

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : Arpon Pongkasetkam/Shutterstock

Une solution est composée d'un mélange de volume

V_{1} = 400

mL d'une solution d'ammoniac

NH_{3} (aq)

de concentration

c_{1} = 0, 10

mol⋅L^-1 et d'un volume

V_{2} = 100

mL d'une solution de chlorure d'ammonium (

NH_{4}^{+} (aq); Cl^{-} (aq)

) de concentration

c_{2} = 0, 10

mol⋅L^-1. On suppose que l'ammoniac et le chlorure d'ammonium ne réagissent pas.

1. Calculer le

pH

de la solution.

2. Préciser s'il s'agit d'une solution tampon.

Donnée

$p K_{A}$ du couple $NH_{4}^{+} (aq)/NH_{3} (aq)$ : $p K_{A} = 9, 2$

A
Acide phosphorique

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

L'acide phosphorique est un triacide de formule

H_{3} P O_{4} .

Les valeurs des trois

p K_{A}

sont 2,15 ; 7,20 et 12,3.

1. Écrire les trois couples acide‑base correspondant.

2. Représenter le diagramme de prédominance.

Dessinez ici

3. L'acide phosphorique est‑il un acide fort ?

4. Comment peut‑on qualifier l'ion

H_{2} P O_{4}^{-} (a q)

B
Constante de réaction

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

On considère la réaction entre l'acide acétique

C H_{3} C O O H (a q)

et l'ammoniac

N H_{3} (a q)

.

1. Donner le nom en nomenclature officielle de l'acide acétique. On pourra s'aider de la

fiche méthode Nomenclature p. 604

2. Écrire l'équation de la réaction.

3. Déterminer la constante d'équilibre

K

de cette réaction.

Données

Couple acide‑base : $C H_{3} C O O H (a q) / C H_{3} C O O^{-} (a q)$ et $N H_{4}^{+} (a q) / N H_{3} (a q)$
Constantes d'acidité logarithmiques : $p K_{A, 1} = 4, 76$ et $p K_{A, 2} = 9, 23$

Une notion, trois exercices
Différenciation

20

Acide propanoïque

✔ REA : Utiliser un modèle

L'acide propanoïque est un acide carboxylique. C'est un liquide incolore, corrosif, avec une odeur désagréable.

1. Écrire l'équation de la réaction de l'acide propanoïque avec l'eau.

Fiche méthode 14

2. Exprimer la constante d'acidité du couple.

100

mL d'une solution d'acide propanoïque a une concentration en soluté apporté

c = 0, 030

mol⋅L^-1. Le

pH

de la solution est

1, 7

3. Calculer la concentration en ion oxonium.

4. Calculer l'avancement maximal de la réaction.

5. Préciser s'il s'agit d'un acide fort ou faible.

21

Éthanamine

✔ REA : Utiliser un modèle

L'éthanamine

C_{2} H_{5} NH_{2} (g)

est un gaz incolore avec une forte odeur ammoniacale. On dispose de

200

mL d'une solution d'éthanamine à une concentration en soluté apporté

c = 0, 010

mol⋅L^-1. Le

pH

de la solution vaut

11, 3

.

1. Calculer la concentration en ion oxonium.

2. Calculer l'avancement maximal de la réaction entre l'éthanamine et l'eau.

3. Préciser s'il s'agit d'une base forte ou faible.

22

Cyanure

✔ REA : Utiliser un modèle

L'ion cyanure est une base de formule

CN^{-} (aq)

. Les sels de cyanure ainsi que son acide conjugué sont très toxiques.

1. Exprimer la constante d'acidité du couple.

On dispose de

50

mL de solution à une concentration en soluté apporté

c = 0, 020

mol⋅L^-1. Le

pH

de la solution est égal à

10, 7

2. Conclure quant à la force de la base.

Donnée

Produit ionique de l'eau à $25$ °C : $K_{e} = 1, 0 \times 1 0^{- 14}$

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Constante d'acidité

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Acide benzoïque

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Couple acide lactique/ion lactate

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Solution tampon

18
Effet tampon

19
Étude d'une solution

A
Acide phosphorique

B
Constante de réaction

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Acide propanoïque

21

Éthanamine

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Acide fort et base forte

12pH d'une solution d'acide fort

13pH d'une solution de base forte

Constante d'acidité et pKA​

14Acide benzoïque

15Constante d'acidité

Diagrammes de distribution et de prédominance

16Couple acide lactique/ion lactate

17Acide butyrique

Solution tampon

18Effet tampon

19Étude d'une solution

AAcide phosphorique

BConstante de réaction

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20 Acide propanoïque

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