Physique-Chimie 1re Spécialité

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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 4
Réactions d'oxydoréduction
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Ch. 10
Conversions d'énergie au cours d'une combustion
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Chapitre 5
Exercices

Pour aller plus loin

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30
Bac
Dosage de l'eau de Javel

APP : Extraire l'information utile sur supports variés

L'eau de Javel est une solution oxydante utilisée comme désinfectant et comme décolorant. Selon l'emploi désiré, il est important de connaître sa concentration.

Doc. 1
Synthèse de l'eau de Javel
Charles Guillaume Scheele (1742-1786), pharmacien suédois, découvrit le dichlore au XVIIIe siècle. Ce gaz intervient dans la fabrication de l'eau de Javel ; qui doit son nom à un ancien village aujourd'hui compris dans un quartier de Paris.
C'est à Javel que Claude Louis Berthollet (1748-1822), directeur à la manufacture des Gobelins, fabriqua ce produit décolorant et désinfectant et l'employa en 1785 pour le blanchiment des toiles textiles. L'eau de Javel est obtenue par action du dichlore \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{g}) sur l'hydroxyde de sodium ou soude et contient des ions \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}), \mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq}), \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ainsi que de l'eau \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}).
C'est donc une solution aqueuse constituée entre autres d'ions chlorure \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) et d'ions hypochlorite \mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq}). En milieu acide, l'eau de Javel subit une transformation complète représentée par la réaction d'équation :
\mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})+2\: \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{g}).
Cette transformation permet de définir le degré chlorométrique. Celui-ci est égal au volume, exprimé en litres, de dichlore produit par un litre d'eau de Javel. Ce volume est mesuré à une température de 0 °C sous une pression de 1,013 bar.

Pour vérifier l'indication portée sur une bouteille commerciale d'eau de Javel, 12 °chl (12 degrés chlorométriques), on procède à une expérience.

Principe de la manipulation :
  • on ajoute un excès d'ions iodure à un volume connu de solution d'eau de Javel ;
  • en milieu acide (concentré en \text{H}^{+}), les ions hypochlorite \text{ClO}^{-}(\text{aq}) oxydent les ions iodure \text{I}^{-}(\text{aq}) ;
  • l'équation de la réaction est :

    \mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq})+2\, \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq})+2\, \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})(1)

On considérera cette réaction comme totale. Le diiode formé appartenant au couple \mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq}) / \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq}) est quantifié en le faisant réagir avec les ions thiosulfate, réducteurs du couple \mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}^{2-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}^{2-}(\mathrm{aq}). On en déduit alors la quantité d'ions hypochlorite puis le degré chlorométrique.

D'après le sujet Bac S, 2003.


I. Réaction entre les ions hypochlorite et les ions iodure

1. L'eau de Javel commerciale étant trop concentrée, il faut d'abord effectuer une dilution au dixième pour obtenir 50,0 mL de solution diluée S. Décrire une méthode qui permet d'effectuer cette dilution. Préciser la verrerie nécessaire (noms et volumes).


2. Dans un erlenmeyer (noté E), on introduit dans cet ordre : V = 10,0 mL de solution S puis V' = 20,0 mL de la solution d'iodure de potassium (\mathrm{K}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq})). Indiquer la verrerie à utiliser.


II. Détermination de la concentration en eau de Javel

Détermination de la concentration en eau de Javel
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Montage pour dosage.


Procédure : À l'aide d'une burette, on verse peu à peu, dans l'erlenmeyer E, une solution de thiosulfate de sodium de formule (2\: \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})\: ;\: \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}^{2-}(\mathrm{aq})) de concentration molaire apportée
c_{1} = 0,10 mol·L–1. L'ajout se fait sous agitation à l'aide d'un agitateur magnétique. On ajoute une pointe de spatule d'empois d'amidon afin de mieux repérer le changement de couleur. Le volume de thiosulfate pour lequel le mélange dans l'erlenmeyer est décoloré totalement est :
V_{1\text{E}} = 10,0 mL.
En présence de diiode en solution, l'empois d'amidon prend une couleur bleue foncée.

1. Écrire l'équation de la réaction, qui sera notée (2), entre le diiode et les ions thiosulfate.


2. Justifier la décoloration progressive du mélange réactionnel.


3. Quel est le réactif limitant avant l'équivalence ? après l'équivalence ? à l'équivalence ?


4. Déduire des résultats de l'expérience la quantité de matière de diiode présente dans le mélange réactionnel. Cette quantité de matière correspond aussi à la quantité produite lors de la réaction (1).


5. Calculer la quantité de matière d'ions hypochlorite initialement présents dans le prélèvement de volume V.


6. Déterminer la concentration en ions hypochlorite de la solution S, puis de la solution commerciale.


7. a. En utilisant l'équation de la réaction chimique donnée en doc. 1, calculer la quantité de matière de dichlore produite par un litre d'eau de Javel.


7. b. Le volume molaire d'un gaz parfait, dans les conditions de température et de pression citées dans le texte, vaut 22,4 L·mol–1. En déduire le degré chlorométrique de l'eau de Javel commerciale utilisée.


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31
Réflexions expérimentales

RAI/ANA : Choisir un protocole

Le Destop est utilisé pour déboucher les canalisations, c'est essentiellement une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) \:;\: \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})). On souhaite effectuer un contrôle qualité d'une solution commerciale de Destop. Pour cela, on titre cette solution par de l'acide chlorhydrique.

Doc. 1
Matériel à disposition au laboratoire
  • Béchers gradués : 50 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL ;
  • Burettes graduées sur supports : 20 mL, 25 mL ;
  • Éprouvettes graduées : 100 mL, 250 mL ;
  • Pipettes graduées : 1,0 mL, 5,0 mL, 10 mL ;
  • Fioles jaugées : 50 mL, 100 mL, 150 mL, 200 mL, 250 mL ;
  • Pipettes jaugées : 10 mL, 20 mL, 25 mL.

Matériel divers : gants, lunettes, bouchons, propipette, etc.

Doc. 2
Protocole 1
  • Prélever 20,0 mL de la solution diluée à l'aide d'une pipette jaugée.
  • Verser dans un bécher de 100 mL.
  • Remplir la burette graduée de 25 mL avec la solution d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0,10 mol·L-1.
  • Ajouter quelques gouttes d'indicateur coloré.
  • Effectuer le titrage millilitre par millilitre jusqu'au point d'équivalence.

Doc. 3
Protocole 2
  • Prélever 20,0 mL de la solution d'acide chlorhydrique à l'aide d'une éprouvette graduée.
  • Verser dans un bécher de 200 mL.
  • Ajouter quelques gouttes d'indicateur coloré.
  • Remplir la burette graduée de 25 mL avec la solution diluée de concentration égale à 0,10 mol·L-1.
  • Effectuer le titrage jusqu'au point d'équivalence.

1. La solution commerciale étant trop concentrée, on réalise une dilution au 100e. Concevoir le protocole de dilution en utilisant la verrerie du doc. 1.


2. Après obtention de la solution fille on réalise le titrage par une solution d'acide chlorhydrique. Choisir, en justifiant, le bon protocole.


3. Quelles sont les précautions à utiliser lors de cette manipulation ?


4. L'hélianthine est-il le meilleur indicateur coloré ? Justifier et proposer un autre indicateur si ce n'est pas le cas.

Doc. 4
Caractéristiques de différents indicateurs colorés
Indicateur coloré Couleur de l'acide Zone de virage Couleur de la base
Hélianthine Rouge 3,2 - 4,4 Jaune
Rouge de méthyle Rouge 4,4 - 6,2 Jaune
Bleu de bromothymol Jaune 6,0 - 7,6 Bleu
Phénolphtaléïne Incolore 8,2 - 9,8 Rouge
Données
  • Couples acido-basiques :
    \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) ;
    \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) / \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) ;
  • Volume équivalent : V_{\text{E}}= 11,2 mL ;
  • pH à l'équivalence : \mathrm{pH}_{\mathrm{E}}= 7.
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Méthode de Mohr

RAI/ANA : Construire un raisonnement


Le dosage des ions chlorure par la méthode de Mohr est une méthode de titrage des ions chlorure par suivi colorimétrique. On titre les ions chlorure \text{Cl}^{-} par les ions argent \mathrm{Ag}^{+} en présence d'ions chromate \mathrm{CrO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq}). En présence d'ions argent \mathrm{Ag}^{+} en solution aqueuse les ions chromate forment un précipité rouge. Libres en solution aqueuse, les ions chromate sont jaune clair.

Placeholder pour Les ions chromatesLes ions chromates
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L'équation support de la réaction de titrage est :
\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{AgCl}(\mathrm{s}).
On titre 20,0 mL de sérum physiologique (solution aqueuse de \mathrm{NaCl} à 3 g/L) par une solution de nitrate d'argent (\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})) à 1,0 \times 10-1 mol·L-1. On ajoute quelques millilitres de chromate de potassium \mathrm{K}_{2} \mathrm{CrO}_{4}. On note V_{\text{E}} le volume équivalent.

1. Construire le tableau d'avancement avant l'équivalence et faire le bilan des espèces chimiques présentes dans la solution.
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2. Construire le tableau d'avancement après l'équivalence et faire le bilan des espèces chimiques présentes dans la solution.
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3. Expliquer la manière dont on repère l'équivalence dans la méthode de Mohr.


4. La concentration des ions \text{Cl}^{-} correspond-elle bien à celle attendue ?

Données
  • M(\mathrm{NaCl})= 58,4 g·mol-1 ;
  • V_{\text{E}}= 10,2 mL.
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A
Titrage indirect

RAI/ANA : Justifier un protocole
RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

Il peut arriver que le titrage direct d'une espèce soit difficile ou pas suffisamment précis. Une méthode alternative possible est le titrage « en retour ». Il consiste à faire réagir la totalité de l'espèce à titrer avec une quantité connue et en excès d'une autre espèce, puis de réaliser un titrage direct de la quantité restante du réactif en excès. Afin de réaliser un titrage « en retour » de l'aspirine contenue dans un cachet, on réalise le protocole suivant :
1. Broyer un comprimé d'aspirine puis récupérer l'intégralité du comprimé ainsi que les eaux de rinçage dans un erlenmeyer de 250 mL.
2. Ajouter de l'eau distillée pour atteindre 50 mL de solution environ.
3. Ajouter un volume V = 10,0 mL de solution de soude (\text{Na}^{+}, \text{HO}^{-}) de concentration C_{\text{B}} = 1,00 mol·L-1
4. Porter le mélange réactionnel à ébullition pendant 15 minutes tout en agitant.
5. Laisser refroidir le mélange puis verser le contenu de l'erlenmeyer dans un bécher de 250 mL.
6. Effectuer plusieurs rinçages de l'erlenmeyer et verser les eaux de rinçage dans le bécher.
7. Effectuer le titrage de la solution obtenue par une solution d'acide chlorhydrique (\text{H}^+, \text{Cl}^-) de concentration C_{\text{A}} = 0,50 mol·L-1.

1. Pourquoi peut-on se contenter d'un volume approximatif à l'étape 2. ?

2. Avec quel élément de verrerie faut-il réaliser l'étape 3 ?

3. Pourquoi l'étape 6. est-elle nécessaire ?

4. Le volume équivalent est V_{\text{E}} = 8,9 mL
a. Déterminer la quantité de matière n_{\text{B}} d'ion \text{HO}^- restants dans la solution après l'étape 4.

b. En déduire la quantité de matière n_{\text{B}} d'ions \text{HO}^- ayant réagi avec l'aspirine.

c. En déduire la quantité de matière n_{\text{asp}}, puis la masse masp d'aspirine dans le comprimé.

Données
  • Réaction entre l'aspirine et l'ion hydroxyde : \mathrm{C}_{9} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{4(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{HO}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{-} \rightarrow \mathrm{C}_{7} \mathrm{H}_{5} \mathrm{O}_{3}^{-} \mathrm{(aq)}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})}+\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}_{2}^{-} \mathrm{(aq})
  • Réaction entre l'ion hydroxyde et l'ion hydronium : \mathrm{H}_{(\mathrm{aq})}^{+}+\mathrm{HO}_{(\mathrm{aq})}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(1)}
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B
Titrage de la vitamine C

RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

Afin de déterminer la quantité d'acide ascorbique (\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6) contenue dans un comprimé de vitamine C, on le dissout dans un volume V_1 = 250 mL d'eau distillée. Puis on prélève un volume V_2 = 40 mL de cette solution, et on titre ce prélèvement par une solution de soude (\text{Na}^+,\text{HO}^-) de concentration C_{\text{B}} = 2,0 \times 10^{-2} mol·L-1. La réaction support du titrage est : \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{6(\mathrm{aq})}+\mathrm{HO}^{-}_{(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{7} \mathrm{O}_{6(\mathrm{aq})}^{-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(1)}.
Afin de déterminer l'équivalence, on mesure la conductivité (la capacité à conduire le courant, notée \sigma) de la solution en fonction du volume de solution de soude versé. Le résultat est montré sur le graphique.

Titrage de la vitamine C
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1. La conductivité est due à la présence d'ions dans la solution, plus la concentration en ions augmente, et plus elle est importante.
a.

b. Même question après l'équivalence.

c. Sachant que l'ion \text{HO}^- conduit mieux le courant électrique que l'ion \text{C}_6\text{H}_7\text{O}_6^-, justifier qu'après l'équivalence la conductivité augmente plus vite avec le volume versé qu'avant l'équivalence.

2. À l'aide du graphique, déterminer le volume équivalent.

3. Calculer la masse d'acide ascorbique dans le comprimé
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