Chapitre 2
Exercices
Composition chimique des solutions
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| Pour commencer | Différenciation | Pour s'entraîner | |
|---|---|---|---|
| Savoir déterminer la concentration en quantité de matière d'une espèce chimique en solution : | |||
| Savoir déterminer la couleur d'une solution à partir de son spectre d'absorbance : | |||
| Savoir mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer la concentration d'une espèce colorée en solution : | |||
| Connaître et savoir utiliser la loi de Beer-Lambert : |
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Pour s'échauffer
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5Quantité de matière
Calculer la quantité de sulfate de cuivre en mol dans
une solution de 1,5 L à 0,25 mol·L-1.Ressource affichée de l'autre côté.
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7D'une concentration à l'autre
L'anémie ferriprive est due à une carence en fer. Le fer se fixe sur l'hémoglobine qui apporte le dioxygène aux cellules du corps. Pour une femme adulte, la valeur de la concentration de référence est de 138 g⋅L-1. Le résultat d'une analyse d'une femme enceinte montre un taux d'hémoglobine de 1,71 mmol⋅L-1.Souffre-t-elle d'anémie ?
Données
- Masse molaire de l'hémoglobine : M(\mathrm{Hb})= 64 458 g·mol-1.
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6Concentration
Calculer la concentration exprimée en mol⋅L-1 d'une
solution de volume V = 100 mL, obtenue par dissolution d'une masse m = 5,7 g de chlorure de fer (III) de formule \text{Fe}\text{Cl}_{3}(s).Données
- Masse molaire du chlorure de fer (III) : M(\text{FeCl}_{3})= 162,2 g·mol-1.
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8Couleur d'une solution
Le spectre d'absorption d'une solution contenant du \beta- carotène montre une forte absorption pour des radiations de longueurs d'onde comprises entre 400 nm et 500 nm.1. À quelle gamme de couleurs correspondent les radiations ?
2. De quelle couleur est la solution ?
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AAbsorption d'une solution
L'absorbance d'une solution de bleu patenté V à la longueur d'onde \lambda= 630 nm est \text{A}_{630} =1{,}1 .
La valeur du coefficient d'extinction molaire est \epsilon_\lambda = 98\,500 L·mol-1·cm-1.
1. Le bleu patenté porte-t-il bien son nom ?
2. Sachant que la largeur de la cuve du spectrophotomètre est l = 1{,}0 cm, calculer la concentration en quantité de matière exprimée en mol⋅L-1 la solution de bleu patenté V.
La valeur du coefficient d'extinction molaire est \epsilon_\lambda = 98\,500 L·mol-1·cm-1.
1. Le bleu patenté porte-t-il bien son nom ?
2. Sachant que la largeur de la cuve du spectrophotomètre est l = 1{,}0 cm, calculer la concentration en quantité de matière exprimée en mol⋅L-1 la solution de bleu patenté V.
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Pour commencer
Concentrations
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9Notion de concentration
✔ RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leurs grandeurs
L'éosine est une solution antiseptique. On la trouve sous forme d'unidoses de 2 mL à 2 %, soit une concentration de 20,0 g·L-1.
1.
La masse molaire de l'éosine est de 694 g·mol-1. En déduire la concentration en quantité de matière de la solution.
2. Calculer la quantité de matière d'éosine contenue dans une unidose.
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BUtiliser la notion de solubilité
✔ RÉA : Effectuer des calculs numériques
La solubilité d'un soluté est la masse maximale qu'il est possible de dissoudre dans un volume donné de solvant. La solubilité du carbonate de calcium \text{CaCO}_3 (à l'origine des dépôts calcaires) est de 14 mg·L-1, dans l'eau à 20 °C.
1. Calculer la masse molaire du carbonate de calcium.
2. En déduire la quantité de matière maximale qu'il est possible de dissoudre par litre d'eau à 20 °C.
3. À cette concentration, quel volume de solution peut provoquer un dépôt de 1,0 kg de calcaire ?
4. Calculer la quantité de matière de carbonate de calcium dans 25 mL de solution à cette concentration.
La solubilité d'un soluté est la masse maximale qu'il est possible de dissoudre dans un volume donné de solvant. La solubilité du carbonate de calcium \text{CaCO}_3 (à l'origine des dépôts calcaires) est de 14 mg·L-1, dans l'eau à 20 °C.
1. Calculer la masse molaire du carbonate de calcium.
2. En déduire la quantité de matière maximale qu'il est possible de dissoudre par litre d'eau à 20 °C.
3. À cette concentration, quel volume de solution peut provoquer un dépôt de 1,0 kg de calcaire ?
4. Calculer la quantité de matière de carbonate de calcium dans 25 mL de solution à cette concentration.
Données
Masses molaires :
- M_C= 12{,}0 g·mol-1
- M_O = 16{,}0 g·mol-1
- M_{Ca}= 40{,}1 g·mol-1
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Spectre d'absorption
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10Solvatochromisme
✔ APP : Formuler une hypothèseLe solvatochromisme est la propriété d'une espèce chimique de changer de couleur en fonction du solvant dans lequel elle est dissoute. Le diiode est jaune pâle lorsque le solvant est l'eau (tube a) et rose lorsque le solvant est le cyclohexane (tube b).
1.
Quelles sont les gammes de longueurs d'onde absorbées dans chaque cas ?
2. Représenter, sans souci d'échelle, l'allure possible de leur spectre d'absorption.
2. Représenter, sans souci d'échelle, l'allure possible de leur spectre d'absorption.
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Dosage spectrophotométrique par étalonnage
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11La bouteille bleue
✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une
problématique
La bouteille bleue est une expérience au cours de laquelle la solution à l'intérieur de la bouteille
change de couleur quand on l'agite. L'espèce chimique responsable de la coloration de la bouteille est le bleu de méthylène. Au repos, le bleu de méthylène réagit avec du glucose dissous et est présent sous sa forme incolore. Lors de l'agitation, le bleu de méthylène réagit avec le dioxygène de l'air pour se transformer dans sa forme colorée. Une fois l'agitation terminée, le cycle reprend, le bleu de méthylène réagit avec le glucose et la solution se décolore. Et ainsi de suite.
1. Justifier que le spectre d'absorption est celui de la forme colorée du bleu de méthylène.
2. À quelle longueur d'onde doit-on régler le spectrophotomètre pour réaliser une mesure d'absorbance d'une solution de bleu de méthylène ?
3. Représenter l'allure du spectre d'absorption du bleu de méthylène sous sa forme incolore.
1. Justifier que le spectre d'absorption est celui de la forme colorée du bleu de méthylène.
2. À quelle longueur d'onde doit-on régler le spectrophotomètre pour réaliser une mesure d'absorbance d'une solution de bleu de méthylène ?
3. Représenter l'allure du spectre d'absorption du bleu de méthylène sous sa forme incolore.
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Doc. 1
Expérience de la bouteille bleue
Doc. 2
Spectre d'absorption du bleu de méthylène
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Une notion, trois exercicesDifférenciation
Savoir-faire : Connaître et savoir utiliser la loi de Beer-Lambert.
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12La tartrazine
✔ MATH : Effectuer des calculs numériquesLa tartrazine est un colorant de synthèse utilisé principalement dans l'industrie alimentaire, son code est E102.
Calculer la concentration c en mol·L-1 d'une solution de tartrazine dont l'absorbance mesurée à la longueur d'onde \lambda = 425 nm est A_{425} = 0,05. En déduire la concentration \gamma de tartrazine en g·L-1.
Données
- Largeur de la cuve : l = 1\text{,}0 cm ;
- Coefficient d'extinction molaire à 425 nm :
\epsilon_{425}=2\text{,}3 \times 10^{4} L·mol-1·cm-1 ; - Masse molaire de la tartrazine : M_{\text{tartrazine}} = 534 g·mol-1.
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13Indicateurs colorés
✔ MATH : Effectuer des calculs numériquesLe bleu de bromothymol (BBT) est un indicateur coloré dont la couleur en solution dépend de la valeur du pH de la solution. Une solution acide de BBT est jaune alors qu'une solution basique apparaît bleue.
1. Identifier, en justifiant, les courbes d'absorbance d'une solution acide et d'une solution basique contenant du BBT.
2. La courbe 1 représente une solution de BBT de concentration c = 3,0 \times 10-6 mol·L-1. Déterminer le coefficient d'extinction molaire du BBT au maximum d'absorbance de la solution pour une cuve de 1,0 cm de largeur.
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14Mélange de colorants
✔ MATH : Effectuer des calculs numériquesLes absorbances de deux solutions S_{1} et S_{2} de riboflavine (vitamine B2), de concentrations c_{1} et c_{2}, sont mesurées dans les mêmes conditions expérimentales. Les valeurs trouvées sont A_{1} = 1,2 et A_{2} = 0,4.
1. Calculer l'absorbance A_{3} du mélange d'un même volume V de chaque solution.
2. Calculer l'absorbance A_{4} du mélange d'un volume V_{1} de la solution S_{1} et d'un volume V_{2}=\dfrac{V_{1}}{2} de la solution S_{2}.
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j'ai une idée !
Oups, une coquille
