Exercices




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32
L’acétone en QCM

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

L’acétone en QCM

Chloé introduit dans une éprouvette graduée 10 g d’acétone. Dire pour chacune des propositions suivantes si elle est vraie ou fausse, et justifier le choix.

1. Le volume d'acétone dans l’éprouvette est :
a. de 10 mL.

b. de 7,8 mL.

c. de 12,8 mL.

2. Chloé ajoute maintenant 25 g d’eau dans l’éprouvette et agite le contenu. Le mélange obtenu est :
a. de nature homogène.

b. constitué de deux phases.

3. Chloé ajoute ensuite doucement 5 mL de cyclohexane. Après agitation :
a. on obtient un mélange homogène stable.

b. l’eau et l’acétone forment un mélange homogène, distinct du cyclohexane.

c. le cyclohexane se place au-dessus du mélange eauacétone.


Données
  • Masses volumiques à 20 °C :
    ρeau\rho_{eau} = 1,0 g·cm-3 ;
    ρaceˊtone\rho_{acétone} = 0,784 g·cm-3 ;
    ρcyclohexane\rho_{cyclohexane} = 0,779 g·cm-3.
  • L’eau et l’acétone sont miscibles entre eux, mais ne sont pas miscibles avec le cyclohexane.
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Comprendre les attendus

29
Déterminer expérimentalement la température de changement d’état

APP : Faire un brouillon comprenant un schéma

Un élève souhaite déterminer expérimentalement la température de fusion du glycérol.

1. Faire le schéma légendé du montage qui permet de réaliser ces mesures.

Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Les mesures sont relevées dans ce tableau.

t (s)  0  30 60 90 120 150 180 210 240
T (°C) 5 8 11 14 17 18 18 18 21

Tracer la courbe d’évolution de la température en fonction du temps.

Couleurs
Formes
Dessinez ici


3. En déduire la température de fusion du glycérol.


Détails du barème
TOTAL /8 pts

2 pts
1. Réaliser un schéma complet (système de chauffage, récipient, thermomètre, chronomètre), soigné et précis.
1 pt
2. Indiquer l’échelle clairement.
1 pt
2. Placer le temps tt sur l’axe des abscisses et la température TT sur l’axe des ordonnées.
1 pt
2. Positionner les points correctement, avec soin.
1 pt
2. Relier les points à la main (pas à la règle).
1 pt
3. Identifier la bonne température de fusion.
1 pt
3. Justifier le choix de la température de fusion.
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30
Calculer une densité ou une masse volumique

COM : Associer les bonnes unités aux grandeurs physiques

Thermomètre Galilée

Le thermomètre de Galilée donne une indication de la température basée sur des différences de masse volumique.

1. Compléter le tableau ci-dessous avec les valeurs qui conviennent en détaillant tous les calculs.

2. Parmi les liquides, quels sont ceux qui sont plus denses que l’eau ? moins denses que l’eau ?


Espèce chimique Masse (g) Volume (cm3) Masse volumique
(g·L-1)
Densité
Eau 20 20    
Éthanol 39,5 50    
Éther 25     0,71
Eau salée   40 1 025  

Supplément numérique

Retrouvez les modes d’emploi de ces nouveaux calculs de mesure.
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31
L’eau iodée

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Le diiode est constitué de molécules de formule I2\text{I}_{2}. L’iodure de potassium KI\text{KI} est constitué d’ions iodure I\text{I}^{-} et d’ions potassium K+\text{K}^{+}. L’eau iodée, utilisée pour désinfecter les plaies, est un mélange d’eau, de diiode et d’iodure de potassium dissous.

1. Le diiode est-il un corps pur simple, un corps pur composé moléculaire, atomique, ionique ou un mélange ? Même question pour l’iodure de potassium.


2. Dans quel état physique le diiode et l’iodure de potassium sont-ils à température ambiante (20 °C) ?


3. L’eau iodée est-elle un corps pur ou un mélange ?


4. Quelle masse maximale de diiode et d’iodure de potassium peut-on dissoudre dans 25 mL d’eau ?


Données


Espèce chimique θt\bf{\theta_{t}}(°C) θeˊb\bf{\theta_{éb}}(°C) Solubilité s(eau)
I2\bf{\text{I}_{2}} 113,7 184,4 330 mg·L-1
KI\bf{\text{KI}} 686 1330 1 430 g·L-1
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34
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

1. La température de fusion de cet acide étant de 8,3 °C, il est solideà 20 °C.

2. L’air est composé principalement de vapeur d’eauet de dioxyde de carbone.

3. La solubilité de l’acide citrique étant de 592 g·L-1 dans l’eau, on peut en dissoudre jusqu’à 10 gdans 10 mL d’eau.

4. La masse volumique de l’éthanol étant de 0,789 g·cm-3, le volume V = 15 mL a une masse m= 19,0 g.
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33
Solubilité d’une espèce chimique

VAL : Appliquer une relation entre des grandeurs physiques

On introduit dans un bécher 20 mL d’eau à 20 °C. On peut dissoudre au maximum 18 g de glucose dans ce volume d’eau. La température de fusion du glucose est de 146 °C.

1. Dans quel état le glucose se trouve-t-il à 20 °C ?


2. Calculer la solubilité du glucose dans l’eau à 20 °C.


3. Peut-on dissoudre 50 g de glucose dans 100 mL d’eau ?
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26
Calculer une masse volumique

COM : Associer les bonnes unités aux grandeurs physiques

On introduit 15 mL d’éthanol dans une éprouvette graduée placée sur une balance tarée. La masse de cet échantillon d’éthanol est de 12 g.

1. Exprimer littéralement puis calculer la masse volumique de l’éthanol en g·cm-3.


2. Exprimer la masse d’éthanol en kilogramme, et le volume en m3. Rappel : 1 m3 = 1 ×\times 103 L.


3. En déduire la valeur de la masse volumique de l’éthanol en kg·m-3.

HISTOIRE DES SCIENCES

Le premier étalon du kilogramme a été fabriqué en 1799. Comme la masse de l’étalon variait, la définition du kilogramme a été modifiée fin 2018. Depuis mai 2019, le kilogramme est défini par rapport à la constante de Planck hh.

Étalon du kilogramme
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27
Déterminer l’état physique d’une espèce chimique

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

En utilisant le tableau des températures de changement d’état donné ci-dessous, indiquer, pour chaque espèce chimique, l’état dans lequel elle se trouve à la température ambiante (20 °C) et à la température de 120 °C.

a. Éthanol.


b. Cyclohexane.


c. Méthane.


d. Eau.


e. Acétone.


f. Sel.


Données


Espèce chimique Température de fusion (°C) Température d’ébullition (°C)
Cyclohexane 6,5 81
Eau 0 100
Éthanol -114 79
Méthane -182,5 -161,5
Acétone -94,6 56
Sel 801 1465
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28
Cyclododécane

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Le cyclododécane est un hydrocarbure d'aspect cireux, utilisé en archéologie pour protéger des objets de la poussière et de l’eau pendant leur manipulation. Cet hydrocarbure, insoluble dans l’eau et l’alcool, soluble dans le white spirit, a la propriété de se sublimer à température ambiante.

Cyclododécane matériel archéologie

Matériel d’archéologie


1. Rappeler la définition du terme « sublimation ».


2. Expliquer en quelques lignes pourquoi le cyclododécane peut protéger un objet de l’eau.


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35
Étalon

MATH : Résoudre une équation

Le kilogramme est l’unité de base de la masse dans le système international. L’étalon, prototype du kilogramme, est conservé par le Bureau international des poids et mesures (BIPM). Surnommé le « grand K », ce prototype a été réalisé en platine iridié (90 % de platine et 10 % d’iridium en masse) et prend la forme d’un cylindre de 39,17 mm de hauteur.

Calculer le rayon du « grand K ».


Données
  • Masses volumiques :
    ρplatine \rho_{\text{platine}} = 21,5 g·cm-3 ;
    ρiridium \rho_{\text{iridium}} = 22,6 g·cm-3.
  • Volume d’un cylindre de rayon R\bf{R} et de hauteur h\bf{h} :
    V V = πR2h\pi R^{2} h
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