AIDE TS
CALCULATRICE INTERDITE
EXERCICE 1 : Un chimiste verse une masse m = 66,2 g de cristaux de nitrate de plomb dans une fiole jaugée de 250 mL. Il ajoute ensuite de l'eau distillée jusqu'au tiers de la fiole, bouche et agite la fiole. Puis il complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, et agite encore une fois. Tous les cristaux sont dissous. 1. Quelle est l'interaction fondamentale responsable de la dissociation du cristal ionique dans l'eau ? Justifier sans calcul, ni expression littérale. 2. L'équation chimique traduisant cette dissolution est Pb(NO3)2 (s) Pb2+(aq) + 2 NO3–(aq) Quelle est la signification de la notation (aq) au niveau microscopique pour les ions ? 3. Calculer la concentration molaire c en soluté Pb(NO3)2 (s) apporté dans la solution. 4. Calculer la quantité de matière initiale n0 de Pb(NO3)2 (s). 5. Compléter le tableau d'avancement ci-après. (en littéral, ainsi qu'avec les valeurs numériques) équation chimique Avancement (mol)
État du système État initial
x=0
En cours de transformation
État final
Quantités de matière (mol) n0 =
x
xmax =
6) Exprimer les concentrations molaires effectives en ions de la solution ( [Pb2+(aq)] et [NO3–(aq)] ) en fonction de xmax et V. Calculer ces concentrations. 7) Indiquer la relation littérale entre c, [Pb2+(aq)] et [NO3–(aq)]. Donnée: Masse molaire du nitrate de plomb = 331 g.mol–1 EXERCICE 2 : Ions à connaître Compléter le tableau suivant : Formule Nom chimique HO − sodium
Nom
Formule chimique
oxonium hydrogène
O 2− MnO4 −
sulfate NO3 −
EXERCICE 3 : Validation d'une équation chimique par mesure de pression Un flacon d'un volume de 1,204 L fermement bouché contient un volume V1 = 300 mL d'une solution d'hypochlorite de sodium (eau de Javel) de concentration molaire c1 = 0,30 mol.L−1. Il est placé sur un agitateur magnétique. Ce flacon est relié à un capteur qui permet de suivre l'évolution de la pression du gaz qu'il contient. Une seringue permet d'introduire V2 = 4,0 mL d'ammoniaque de concentration molaire c2 = 10 mol.L−1 dans le flacon. La seringue est bloquée par un dispositif évitant tout risque de reflux du piston. La réaction modélisant la transformation chimique entre l'ammoniaque et les ions hypochlorite s'écrit : 3 ClO−(aq) + 2 NH3 (aq) N2 (g) + 3 H2O (l) + 3 Cl−(aq) La transformation a lieu à température constante θ = 27°C. La pression du gaz dans le flacon vaut dans l'état initial Pi = 1,00×105 Pa Après quelques minutes la pression n'évolue plus et vaut Pf = 1,55×105 Pa. On considère qu'au cours de la transformation les gaz peuvent occuper un volume V = 900 mL dans le flacon. 1. Indiquer les expressions littérales et les calculs des quantités de matière n1 et n2 de chaque réactif dont les valeurs figurent dans le tableau d’avancement. 2. Compléter la ligne « En cours de transformation » du tableau. 3. Déterminer la valeur de l’avancement maximal xmax en justifiant clairement sur la copie. Compléter la ligne « État final » du tableau (expressions littérales et valeurs numériques). 4. D’après le tableau d’avancement quelle quantité de matière de diazote gazeux nN2théo doit théoriquement se former ? 5. Confrontation entre le modèle théorique et les mesures de pression. 5.1. Calculer la variation de pression ∆P au cours de la transformation chimique. 5.2. En utilisant la loi des gaz parfaits, exprimer littéralement ngazEXP la quantité de matière de gaz produite au cours de la transformation. 5.3. Calculer ngazEXP Aide aux calculs : 0,55×105 = 5,5×104 3×5,5 = 16,5 16,5/8,3 = 2,0 5.4. L'équation chimique est-elle validée? 3 −1 −1 Données: R constante des gaz parfaits R = 8,3 Pa.m .K .mol 0°C = 273 K
équation chimique État du système État initial
Avancement (mol) x=0
En cours de transformation
État final
3 ClO−(aq) + 2 NH3 (aq)
x
xmax =
N2 (g)
+
3 H2O (l) +
3 Cl−(aq)
Quantités de matière (mol) n1 =9,0×10–2
n2 =4,0×10–2
0
0
AIDE TS CORRECTION
CALCULATRICE INTERDITE
Exercice 1: Dissolution d'un solide ionique 1. L'interaction électrique est responsable de la dissociation du cristal ionique. Les molécules d'eau sont polarisées : l'atome d'oxygène porte une charge partielle –2δ et chaque atome d'hydrogène porte une charge partielle +δ. Ceci car l'électronégativité de l'oxygène est supérieure à celle de l'hydrogène. Il y alors interaction électrique entre les charges portées par l'eau et les charges portées par les ions du cristal. 2. La notation (aq) signifie qu’au niveau microscopique les ions s'hydratent, ils s'entourent de molécules d'eau. Cu2+(aq) = [Cu(H2O)6]2+ m n m 3. n = et c = donc c = M V M.V 66, 2 c= =0,800 mol.L–1 331× 0, 250 m 66, 2 4. n0 = = = 0,200 mol de Pb(NO3)2 (s) apporté en solution. M 331 Pb(NO3)2 (s)
5. équation chimique Avancement (mol)
État du système État initial
6. [Pb2+(aq)] =
m M = 0,200 n0 – x = 0,200 – x n0 =
x
État final
xmax = 0,200
nPb2+
Pb2+(aq)
2 NO3–(aq)
+
Quantités de matière (mol)
x=0
En cours de transformation
n0 – xmax = 0
0
0
x
2x
xmax = 0,200
2xmax =0,400
xmax V
=
V 0,200 [Pb2+(aq)] = = 0,800 mol.L–1 0,250 nNO2xmax 3 [NO3–(aq)] = = V V 2 × 0,200 [NO3–(aq)] = = 1,60 mol.L–1 0,250 2+
7. c = [Pb
(aq)]
=
− [NO3(aq) ]
2
EXERCICE 2 : Nom
Formule chimique
Nom
Formule chimique
hydroxyde
HO−
oxonium
H3O+
sodium
Na+
hydrogène
H+
oxyde
O2−
sulfate
SO42–
permanganate
MnO4−
nitrate
NO3−
EXERCICE 3 : (………/ 8 pts) Validation d'une équation chimique par mesure de pression 0,25 0,25 0,25 0,25
1. Quantité de matière n1 d’ions hypochlorite ClO– : n1 = c1.V1 n1 = 0,30 × 0,300 = 9,0×10–2 mol Quantité de matière n2 d’ammoniaque NH3 : n2 = c2.V2 n2 = 10×4,0×10–3 = 40×10–3 = 4,0×10–2 mol 3 ClO−(aq) + 2 NH3 (aq)
équation chimique État du système
Avancement (mol)
État initial
x
n2 =4,0×10–2
n1 – 3x = n2 – 2x = –2 9,0× ×10 – 3x 4,0× ×10–2 – 2x n1 – 3xmax = n2 – 2xmax = xmax = 9,0×10–2 – 4,0×10–2 – –2 –2 1,5 pt 3×2,0×10 = 2×2,0×10–2 = 2,0× ×10 0 3,0× ×10–2 3. Détermination de l’avancement maximal xmax : 2. En cours de transformation État final
0,25
0,25 0,25
0,25 0,5 0,5
1 pt
+
3 H2O (l) +
3 Cl−(aq)
Quantités de matière (mol) n1 =9,0×10–2
x=0
N2 (g)
0
0
x
3x
xmax = 2,0× ×10–2
3xmax = 6,0× ×10–2
Si ClO– est le réactif limitant, il est totalement consommé soit n1 – 3xmax = 0. Donc xmax = n1 . 3 −2 9, 0 × 10 xmax = = 3,0× ×10–2 mol 3 n Si NH3 est le réactif limitant alors n2 – 2xmax = 0, soit xmax = 2 . 2 −2 4, 0 × 10 xmax = = 2,0× ×10–2 mol 2 Le réactif limitant est celui qui conduit à l’avancement maximal le plus faible, il s’agit de l’ammoniaque et xmax = 2,0× ×10–2 mol. 4. D’après le tableau d’avancement, nN2théo = xmax donc nN2théo = 2,0× ×10–2 mol.
0,25 0,25
5. Confrontation entre le modèle théorique et les mesures de pression. 5.1. ∆P = Pf – Pi ∆P = 1,55×105 – 1,00×105 = 0,55× ×105 Pa
0,5
5.2. D’après la loi des gaz parfaits ∆P.V = ngazEXP .R.T, donc ngazEXP =
0,25 0,25 0,5
5.3. Attention aux unités : V en m3, T en K 5,5 × 104 × 900 ×10−6 5,5 × 900 × 10−2 5,5 × 3, 00 × 10−2 16,5 ×10−2 ngazEXP = = = = = 2,0×10–2 mol 8,3 × 300 8,3 × 300 8,3 8,3 –2 5.4. D’après le tableau d’avancement nN2théo = 2,0×10 mol et d’après l’expérience
0,5
∆P.V R.T
ngazEXP = 2,0×10–2 mol. Le diazote étant la seule espèce gazeuse, les résultats expérimentaux sont en accord avec l’équation chimique, celle-ci est validée.
