Exercices




Pour s'entraîner

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20
La qualité de l’air en QCM

MATH : Effectuer des calculs numériques

Les normes concernant la qualité de l’air indiquent que le taux moyen annuel de dioxyde d’azote NO2\text{NO}_{2} ne doit pas dépasser 40,0 μg·m-3 d’air.

Donnée

  • 1m3 == 10-3 L.

1. Une mesure dans un prélèvement d’air de 300 L donne une quantité de matière de 0,760 μmol deNO2\text{NO}_{2}. La concentration γ\gamma en g·L1^{-1} correspondante est de :




2. Peut-on affirmer que la norme est dépassée ?




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23
Un dosage de protéines particulier

VAL : Exploiter un ensemble de mesures

L’expérience est réalisée à 595 nm (couleur bleue) en présence de bleu de Coomassie. Comme pour tout dosage par spectrométrie, il faut au préalable effectuer un étalonnage. On prépare 5 tubes contenant des masses croissantes de protéines et on mesure l’absorbance à 595 nm.

 Masses (μg)  0  2  4  6  8
 Absorbance 0,10 0,33  0,57  0,81  1,09

1. Tracer la courbe d’étalonnage de l’absorbance en fonction de la masse.

Lancer le module Geogebra
2. L’absorbance de la solution étudiée est de 0,63. À quelle masse de protéines cela correspond-il ?


3. Sachant que le volume prélevé de solution étudiée est de 10,0 μL, en déduire la concentration γ\gamma en masse de protéine exprimée en g·L -1.
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18
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

Diagnostic du diabète

Selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS) un patient est diabétique quand sa glycémie à jeun est supérieure au moins à deux reprises à 7 mmol·L-1.

Données

  • Masses molaires en g·mol-1 :
    M(C)=12,0 M(\text{C})=12\text{,}0 ;
    M(O)=16,0M(\text{O})=16\text{,}0 ;
    M(H)=1,0M(\mathrm{H})=1\text{,}0.
1. La concentration en masse de glucose est donnée par masseglucosevolumeglucose\xcancel{\dfrac{{masse\:glucose }}{{volume\:glucose }}}
donc :
prise 1 : γ1=9,05=1,8\gamma_{1}=\dfrac{9\text{,}0}{5}=1\text{,}8 g·L-1

prise 2 : γ2=8,65=1,7\gamma_{2}=\dfrac{8\text{,}6}{5}=1\text{,}7 g·L-1

2. Pour calculer la concentration en quantité de matière de glucose, j’ai besoin de la masse molaire :
M(C6H12O6)=6M(C)+12M(H)+6M(O)=180,0M\left(C_{6} H_{12} O_{6}\right)=6 M(C)+12 M(H)+6 M(O)=180\text{,}0 g·mol -1
La concentration en quantité de matière de glucose est obtenue en divisant par la masse molaire car n=mM:n=\dfrac{m}{M} :
c1=1,8108=0,017\xcancel{c_{1}=\dfrac{1\text{,}8}{108}=0\text{,}017} mol·L-1


c2=1,7180=0,0094c_{2}=\dfrac{1\text{,}7}{180}=0\text{,}009\,4 mol·L-1


3. Il ne faut pas que la concentration dépasse 7. Or on a 0,017 et 0,009 4, il n’y a pas de problème le patient n’est pas diabétique.

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Comprendre les attendus

19
Dopage au salbutamol

RAI/ANA : Utiliser des mesures pour répondre à une problématique

Le salbutamol est une molécule que l’on trouve en particulier dans la Ventoline pour le traitement de l’asthme. Sa formule chimique est C13H21NO3\text{C}_{13}\text{H}_{21}\text{NO}_{3}. Chez les sportifs, il améliore la ventilation et permet une meilleure résistance à l’effort. Christopher Froome, par exemple, est un cycliste asthmatique qui a été soupçonné d’utilisation excessive de son médicament. Son usage est donc réglementé et sa concentration en masse ne doit pas dépasser 1,0 mg·L-1 lors d’une analyse d’urine. Pour Christopher Froome, on a trouvé une valeur de 3,35 μmol·L-1.

Christopher Froome

1. Calculer la masse molaire du salbutamol.


2. En déduire la concentration γ\gamma en masse de salbutamol donnée par l’analyse de l’urine.


3. Christopher Froome risque-t-il une sanction ?


Détails du barème
TOTAL /4 pts

0,5 pt
1. Identifier les masses molaires atomiques dans le tableau périodique.
0,5 pt
1. Calculer la masse molaire moléculaire à partir de la formule brute.
1 pt
2. Convertir correctement la concentration trouvée en mol·L-1 (ou méthode équivalente).
0,5 pt
2. Utiliser la relation entre la masse, la masse molaire et la quantité de matière.
1 pt
3. Convertir la concentration en masse en mg·L-1.
0,5 pt
3. Conclure en comparant les valeurs.

Doc. 1
Acide chlorhydrique commercial

IMPORTANT : s’utilise en dilution 30 % d’acide pour 70 % d’eau : attention de toujours verser l’acide dans l’eau. Après traitement, rincer abondamment.
pictogramme corrosif


DÉTARTRANT : rénovation extérieure de certaines pierres de terrasses et cuivres oxydés. Débouche, détartre les canalisations PVC.
pictogramme dangereux


DÉCAPANT : carrelages (traces de ciment, égalisation de joints), verre, sanitaires, ustensiles non alimentaires en fer, acier. Polit et nettoie les métaux.

Volume : 1,0 L. Acide Chlorhydrique 23 % (23 g d’acide dans 100 g de solution). Masse volumique : ρ=\rho = 1,15 g·cm-3.
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17
Validité de la loi de Beer-Lambert

VAL : Identifier des sources d’erreurs
RAI/ANA : Élaborer un protocole

Rayan décide de vérifier la loi de Beer-Lambert pour des solutions contenant l’ion permanganate. Pour ce faire, il réalise une série d’expériences : il dispose de tout le matériel de laboratoire nécessaire et du spectre d’absorption de l’ion permanganate ci-dessous pour réaliser ses expériences.

Validité de la loi de Beer-Lambert

Expérience 1 : Droite d’étalonnage
Il réalise une série de cinq solutions étalons dont les concentrations sont comprises entre 0,01 mmol⋅L-1 et 0,05 mmol⋅L-1. Il règle le spectrophotomètre à 600 nm et effectue ses mesures. Après avoir saisi ses résultats dans un tableur, il trace la courbe d’étalonnage et remarque que les points ne sont pas alignés. Il modélise la droite mais celle-ci ne passe pas par l’origine.

1. Identifier dans le protocole de Rayan ce qui ne lui permet pas de vérifier la relation de proportionnalité entre l’absorbance et la concentration d’une solution diluée contenant l’ion permanganate.


Expérience 2 : Additivité des absorbances
Rayan dispose de deux solutions : la solution 1 de permanganate de potassium et la solution 2 incolore qui contient des ions fer (II). Il mesure l’absorbance de la solution 1 et trouve A1=A_{1} = 0,25. Il mélange deux volumes VV égaux de chaque solution pour ensuite mesurer l’absorbance du mélange et ainsi vérifier l’additivité de l’absorbance. Cependant, il découvre que le mélange est devenu incolore.

2. Formuler une hypothèse permettant d’expliquer le résultat de l’expérience.


3. Proposer un autre protocole expérimental permettant de vérifier l’additivité des absorbances pour une solution diluée colorée.


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21
Hyperuricémie

MATH : Effectuer des calculs numériques

L’hyperuricémie est une augmentation de la concentration de l’acide urique C5H4N4O3\text{C}_{5}\text{H}_{4}\text{N}_{4}\text{O}_{3} dans le sang. La concentration normale chez l’homme doit être située entre 206 μmol·L-1 et 441 μmol·L-1. Un excès de cette molécule peut entraîner la goutte (maladie inflammatoire des articulations) ou des calculs rénaux.

1. Calculer la masse molaire de l’acide urique.


2. Exprimer les concentrations précédentes en mg·L-1.


3. Un patient se plaint de douleurs au niveau des reins et une analyse de sang donne une valeur de 82,7 mg·L-1 d’acide urique dans le sang. Cela est-il de nature à confirmer un diagnostic de calcul rénal ?
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22
L’axolotl

MATH : Effectuer des calculs numériques

L’axolotl

Axolotls dans un aquarium.


L’axolotl est un amphibien qui peut être atteint de mycoses. Ces mycoses peuvent être traitées par des bains intensifs de solution aqueuse de chlorure de sodium  NaCl\text{ Na}\text{Cl}. D’environ 20 minutes par jour et d’une concentration en masse de 21,6 g·L-1 en chlorure de sodium dissous, ces bains (qui doivent être vidés à chaque fois) peuvent être prolongés pendant trois jours maximum.

1. Calculer la concentration cc en quantité de matière du chlorure de sodium dans ce bain.


2. Quelle quantité de matière totale de chlorure de sodium est nécessaire pour effectuer les trois jours de traitement dans un bac de 8,5 litres ?

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24
L’acide chlorhydrique : un puissant décapant

RÉA : Mettre en oeuvre les étapes d’une démarche

Une solution d’acide chlorhydrique est obtenue par dissolution de chlorure d’hydrogène gazeux HCl\text{HCl} (g) dans l’eau.

1. Que signifient les pictogrammes sur la bouteille d’acide chlorhydrique ?


2. Quelles précautions faut-il prendre lors de l’utilisation de cette espèce chimique ?


3. Calculer la masse de chlorure d’hydrogène HCl\text{HCl} gazeux dissous dans l’eau pour obtenir cette solution du commerce.


4. Calculer la concentration cc en masse en g·L-1 d’acide chlorhydrique dans cette solution du commerce.


5. Calculer la masse molaire moléculaire du chlorure d’hydrogène.


6. Calculer la concentration c1c_{1} en mol·L-1 de l’acide chlorhydrique du commerce.


7. Calculer le volume de solution du commerce à prélever pour préparer 500,0 mL de solution fille diluée.


8. Calculer la quantité de matière d’acide chlorhydrique dans la solution fille.


9. Calculer la concentration c2c_{2} en quantité de matière d’acide chlorhydrique de la solution fille.



Méthode de Bradford

En biochimie, la méthode de Bradford est une méthode d’analyse spectroscopique utilisée pour mesurer la concentration des protéines en solution.

D’après « Méthode de Bradford », wikipedia.org.
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16
Dosage par étalonnage

VAL : Exploiter un ensemble de mesures

On réalise le dosage spectrophotométrique d’une solution aqueuse de diiode I2.\text{I}_{2}. Les mesures de l’absorbance à 520 nm pour plusieurs solutions étalons sont données dans le tableau ci-dessous.

 Solution étalon  A  B  C  D  E
 Concentration c\bf{c} (mmol⋅L-1) 0,20 0,30  0,40  0,50  0,60
 Absorbance A520\bf{A_{520}}  0,16  0,24  0,32  0,40  0,48

1. Tracer la droite d’étalonnage.

Lancer le module Geogebra
2. Déterminer la concentration en quantité de matière d’une solution de diiode de concentration inconnue dont la mesure de l’absorbance à 520 nm est A520=A_{520} = 0,31.


3. Déterminer la valeur du coefficient d’extinction molaire du diiode sachant que la cuve de mesure a une largeur de 1,0 cm.

Doc. 1
Échelle de teintes du diiode et solution inconnue

Échelle de teintes du diiode et solution inconnue

Doc. 2
Nettoyage de métal à l’acide chlorhydrique

Nettoyage de métal à l’acide chlorhydrique
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25
Échelle de teintes

VAL : Effectuer une analyse comparative

On dispose d’une solution de diiode dont on ne connaît pas la concentration et d’une autre de concentration en quantité de matière de diiode connue à 2,00 ×\times 10-2 mol·L-1. À l’aide d’une pipette jaugée, on prélève 2,0 mL de la solution de diiode dont la concentration est connue qu’on verse dans une fiole jaugée de 20,0 mL et on complète avec de l’eau distillée. On réalise cette opération avec des volumes de 4,0, 6,0 et 8,0 mL de diiode. On verse ces solutions dans quatre tubes à essai.

1. Calculer les concentrations en quantité de matière de diiode dans les quatre premiers tubes.


La solution de concentration à déterminer est trop concentrée, sa couleur ne correspond pas aux tubes test. À l’aide d’une pipette jaugée, on prélève 10,0 mL de la solution inconnue que l’on verse dans une fiole jaugée de 25,0 mL. On ajoute de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On verse la solution obtenue dans le 5e tube à essai.

2. Par comparaison de couleurs, estimer la concentration cc en mol·L-1 de diiode dans le 5e tube.


3. En déduire alors la concentration en diiode dans la solution initiale.


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