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Physique-Chimie 2de

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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Identifier une espèce chimique par ses propriétés physiques :
18
32

Identifier une espèce chimique par des tests chimiques :
20

Décrire un mélange d'espèces chimiques :
15

Décrire la composition d’un système :
14
DIFF
31

Utiliser la CCM :
21

Pour s'échauffer

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5
Corps pur ou mélange

Indiquer pour chaque proposition s’il s’agit d’un corps pur ou d’un mélange.

a. Jus d’orange.


b. Charbon.


c. Acier.


d. Pépite d’or.


e. Eau de Javel.


6
Masse volumique de l’eau

Donner la valeur de la masse volumique de l’eau liquide en précisant l'unité choisie.


7
Espèce chimique

Lister les espèces chimiques présentes dans l’eau déminéralisée sucrée.


8
État physique

Dans quel état physique se trouve l’acide citrique à 0 °C, à température ambiante (20 °C) et à 100 °C ?


Données
  • Température de fusion de l’acide citrique :
  • θt\theta_{t} = 153 °C ;
  • Température d’ébullition :
  • θeˊb\theta_{éb} = 310 °C.
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9
Masse volumique du cyclohexane

Calculer la masse volumique du cyclohexane en g·mL-1, sachant qu’un volume de 15 mL a une masse de 11,8 g.


10
Volume d’éthanol

Quel volume d’éthanol, de masse volumique ρeˊthanol\rho_{éthanol} = 0,78 g·cm-3, doit-on prélever pour en avoir 30 g ?


11
Mélanges

Chaque mélange est-il homogène ou hétérogène ?

a. Eau + huile.


b. Eau + sel.


c. Eau + sable.


12
Une canette de mercure

Calculer la masse d'une canette de soda remplie de mercure liquide. La canette a un volume de 33 cL et la masse volumique du mercure est de : ρ\rho = 13,5 kg·L-1.

Pour commencer

Corps purs et mélanges

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13
Analyser des produits ménagers

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Il existe de très nombreux produits ménagers. Le vinaigre ménager, utilisé pour détartrer les robinetteries et les carrelages, contient de l’eau (H2O\text{H}_{2}\text{O}) et 14 % d’acide acétique (C2H4O2\text{C}_{2}\text{H}_{4}\text{O}_{2}). L’alcool à brûler, utilisé pour nettoyer les vitres, est constitué d’éthanol (C2H6O\text{C}_{2}\text{H}_{6}\text{O}), de méthanol (CH4O\text{C}\text{H}_{4}\text{O}) et d’eau (H2O\text{H}_{2}\text{O}). L’ammoniaque, utilisée pour raviver les couleurs des tapis, est une solution qui contient de l’ammoniac (NH3\text{NH}_{3}) dissous dans l’eau (H2O\text{H}_{2}\text{O}). L’eau déminéralisée, utilisée pour éviter les dépôts de calcaire dans les fers à repasser, ne contient plus de minéraux (ions).

1. Lister les espèces chimiques présentes dans ces produits ménagers.

2. Ces produits ménagers sont-ils des corps purs ou des mélanges ?
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14
Connaître la composition de l’air

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

L’air est un mélange de gaz.

Roger de La Fresnaye, La Conquête de l’air (détail), 1913

Roger de La Fresnaye, La Conquête de l’air (détail), 1913.


1. Quels sont les deux gaz majoritaires présents dans l’air ?


2. Quelle est la composition, exprimée en pourcentage, de l’air ?


3. Calculer la masse, exprimée en grammes, d’un litre d’air.


Donnée
  • Masse volumique de l’air : ρair\rho_{air} = 1,225 kg·m-3 à 15 °C.
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15
Représenter le contenu d’une éprouvette

APP : Extraire l’information utile dans un texte
APP : Faire un brouillon comprenant un schéma

On introduit dans une éprouvette graduée 20 mL d’eau et 30 mL de cyclohexane. Ces deux liquides sont incolores et non miscibles entre eux.

Dessiner le contenu de l’éprouvette graduée.

Couleurs
Formes
Dessinez ici


Données


Densité :
  • de l’eau : deaud_{eau} = 1,00 ;
  • du cyclohexane : dcyclohexaned_{cyclohexane} = 0,779.

Propriétés physiques

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16
Connaître le vocabulaire

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

On considère une espèce chimique pure, dont la température d’ébullition est θeˊb\theta_{éb} et la température de fusion est notée θf\theta_{f}.
Connaître le vocabulaire

Reproduire et compléter le schéma ci-dessus en indiquant :
  • l’état physique dans lequel se trouve l’espèce chimique pour différentes températures θ\theta ;
  • la température de changement d’état θeˊb\theta_{éb} et θf\theta_{f}.
Couleurs
Formes
Dessinez ici
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17
Calculer une densité

VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques
La masse volumique du zinc solide est ρzinc\rho_{zinc} = 7,13 g·cm-3, celle du cuivre solide est ρcuivre\rho_{cuivre} = 8 960 kg·m-3 et celle du fer ρfer\rho_{fer} = 7,87 kg·dm-3.

Calculer la densité de ces métaux à 20 °C.

Donnée
  • Masse volumique de l’eau : ρeau\rho_{eau} = 1,00 g·cm-3.

Doc. 1
Tuyaux en cuivre

 Tuyaux en cuivre

Doc. 2
Tôle en zinc

Tôle en zinc

Identification d’espèces chimiques

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18
Identifier un liquide

APP : Extraire l’information utile d’un schéma

On place un tube à essai contenant un liquide XX dans un cristallisoir contenant un mélange réfrigérant (eau, glace et sel) et on mesure la température du liquide à intervalle de temps régulier.

La courbe donnant l’évolution de la température du liquide XX en fonction du temps est donnée ci-dessous.

1. Pourquoi peut-on affirmer que ce corps est pur ?


2. Déterminer la température de fusion du corps.


3. En utilisant les données, en déduire le nom de ce corps pur.


Courbe donnant l’évolution de la température du liquide X en fonction du temps

Données
  • Température de fusion de quelques corps purs :

  • θf,eau\theta_{f,eau} = 0 °C ;
  • θf,eˊthanol\theta_{f,éthanol} = -114 °C ;
  • θf,cyclohexane\theta_{f,cyclohexane} = 6,5 °C ;
  • θf,eˊther\theta_{f,éther} = -116 °C ;
  • θf,pentan3ol\theta_{f,pentan-3-ol} = -8 °C ;
  • θf,benzeˋne\theta_{f,benzène} = 5,5 °C ;
  • θf,meˊthanamide\theta_{f,méthanamide} = 2,5 °C.
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19
La respiration des plantes

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

La respiration des plantes

Forêt primaire, Australie.

On sait que les plantes vertes consomment du dioxyde de carbone et rejettent du dioxygène pour leur croissance. Mais est-ce toujours le cas ?

Pour tester cela, on récupère le gaz produit par une plante en journée au soleil d’une part et la nuit de l'autre.

Le gaz produit en journée permet de rallumer une flamme et ne réagit pas au contact de l’eau de chaux. À l’inverse, le gaz produit la nuit ne rallume pas de flamme, mais produit un précipité blanc au contact de l’eau de chaux.

Identifier les deux gaz produits par la plante le jour et la nuit et conclure.
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20
Solution inconnue

COM : Compte rendu avec un vocabulaire scientifique rigoureux

Rami a préparé une solution aqueuse et vous met au défi de retrouver les ions présents dans cette solution. Une série de tests a été réalisée dont les résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous :

Réactif Résultat du test
Nitrate d’argent Positif
Soude Négatif
Chlorure de baryum Négatif
Oxalate d’ammonium Positif


1. Faire le schéma type de l’expérience à réaliser pour faire ces tests.


2. Déterminer la nature des ions présents dans la solution réalisée par Rami.


3. La solution est-elle un corps pur ou un mélange ?


Tests d’ions en solution aqueuse :
Ion Réactif utilisé Observations
Chlorure Cl- Nitrate d’argent Précipité blanc qui noircit à la lumière
Cuivre II Cu2+ Soude Précipité bleu
Calcium Ca2+ Oxalate d’ammonium Précipité blanc
Fer II Fe2+ Soude Précipité vert
Fer III Fe3+ Soude Précipité orange
Sulfate SO42\bf{^{2-}_{4}} Chlorure de baryum Précipité blanc
Sodium Na+ Test à la flamme Flamme jaune
Potassium K+ Test à la flamme Flamme violette
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21
Analyser une CCM

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

La chromatographie sur couche mince (CCM) est une technique utilisée pour séparer et identifi er les constituants d’un mélange, par migration le long d’une couche de papier. On réalise la CCM d’un mélange M.

1. Reproduire et légender le schéma a.


2. Quelles sont les informations apportées par cette CCM sur la composition du mélange M ?


Analyser une CCM

Exemples de tests positifs avec le réactif soude
Exemples de tests positifs avec le réactif soude
Exemples de tests positifs avec le réactif soude
Exemples de tests positifs avec le réactif soude.

Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Savoir manipuler les relations.

22
Composition de l’air

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VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques

Dans une enceinte de 80 L d'air, on estime qu’il y a environ 17 L de dioxygène et 62 L de diazote.

1. Ces gaz sont-ils les seuls présents dans l’enceinte ?


2. Calculer le pourcentage en volume de chaque composant de l’air cité ici.


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23
L’air expiré

VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques

À cause du processus de respiration, la composition de l’air inspiré n’est pas la même que celle de l’air expiré. Seule une partie du volume total des poumons correspond à l’air respiré : c’est le volume d’air courant, d’environ 500 mL.
On mesure la composition en volume de l’air dans les poumons avant expiration : 79 % de diazote, 16,5 % de dioxygène, 4,5 % de dioxyde de carbone.

1. Le volume d’air dans les poumons est de 6 L, calculer le volume de dioxyde de carbone dans les poumons avant expiration.


2. On considère que le dioxyde de carbone provient uniquement du volume courant. Calculer le pourcentage de dioxyde de carbone dans le volume courant.


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24
Le trimix

VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques

Le trimix est un mélange de gaz utilisé pour la plongée.

À partir des masses de chaque gaz contenu dans la bouteille, calculer le pourcentage en volume de chaque gaz dans le trimix.


Données


Pour une bouteille de 12 kg :
  • masse de dioxygène : 3,3 kg ;
  • masse d’hélium : 600 g ;
  • masse de diazote : 8,1 kg.
Masse volumique du gaz à pression atmosphérique :
  • ρ\rho(O2) = 1,33 g·L-1 ;
  • ρ\rho(N2) = 1,17 g·L-1 ;
  • ρ\rho(He) = 0,17 g·L-1.
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