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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Thème 1
Sujet Bac 4
Régulation du \text{pH} et du TAC d'une piscine
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Énoncé
Dans une piscine, il est important de vérifier que certains paramètres physicochimiques ne dépassent pas les normes autorisées. On s'intéresse plus spécifiquement au \text{pH} ainsi qu'au titre alcalimétrique complet (TAC).
Si ces paramètres s'éloignent trop des valeurs conseillées, cela peut engendrer un développement microbiologique néfaste, un mauvais traitement de l'eau ou une irritation des yeux et de la peau. Pour une utilisation de la piscine en toute sécurité, il est nécessaire de mesurer le \text{pH} et le TAC et de les corriger si nécessaire.
Si ces paramètres s'éloignent trop des valeurs conseillées, cela peut engendrer un développement microbiologique néfaste, un mauvais traitement de l'eau ou une irritation des yeux et de la peau. Pour une utilisation de la piscine en toute sécurité, il est nécessaire de mesurer le \text{pH} et le TAC et de les corriger si nécessaire.
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Doc. 1Présentation des composés chimiques permettant de réguler le \textbf{pH}
Le tableau suivant présente deux produits utilisés pour réguler le \text{pH} dans une piscine.
| Produit « \textbf{pH} Plus » | Produit « \textbf{pH} Moins » |
|---|---|
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Composition :
• carbonate de sodium Propriétés caractéristiques : • soluble dans l'eau • granulés fins, blancs, inodores Conditionnement : • seau en plastique Consignes de sécurité : • ne pas respirer les poussières • conserver hors de la portée des enfants • en cas de contact avec les yeux, laver immédiatement avec de l'eau et consulter un spécialiste • conserver le récipient à l'abri de l'humidité |
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Composition :
• hydrogénosulfate de sodium Propriétés caractéristiques : • soluble dans l'eau • granulés sphériques, blancs, inodores Conditionnement : • seau en plastique Consignes de sécurité : • risque de brûlures par contact, irritant pour les voies respiratoires • conserver hors de la portée des enfants • en cas de contact avec les yeux, laver immédiatement avec de l'eau et consulter un spécialiste • conserver le récipient à l'abri de l'humidité |
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Questions
1
Étude des produits d'entretien
1.1 Repérer les deux solides ioniques responsables des variations de \text{pH} dans les produits « \text{pH} Plus » et « \text{pH} Moins ».
1.2 Identifier l'ion ayant des propriétés acidebase permettant d'augmenter le \text{pH}, puis celui permettant de diminuer le \text{pH}.
1.3 Parmi les deux ions cités précédemment, justifier celui qui se comporte comme un acide et celui qui se comporte comme une base.
1.4 À l'aide des données, déterminer les couples acide-base mis en jeu dans la régulation du \text{pH}.
1.2 Identifier l'ion ayant des propriétés acidebase permettant d'augmenter le \text{pH}, puis celui permettant de diminuer le \text{pH}.
1.3 Parmi les deux ions cités précédemment, justifier celui qui se comporte comme un acide et celui qui se comporte comme une base.
1.4 À l'aide des données, déterminer les couples acide-base mis en jeu dans la régulation du \text{pH}.
1.5 Écrire l'équation de la réaction acide‑base entraînant une augmentation du \text{pH}. De même, écrire celle entraînant une diminution du \text{pH}.
1.6 Parmi les ions présentés, certains interviennent dans deux couples, soit en tant qu'acide, soit en tant que base. Préciser le terme permettant de qualifier ces espèces chimiques.
1.7 Justifier la consigne de sécurité présente pour les deux produits : « Conserver le r écipient à l'abri de l'humidité ».
1.6 Parmi les ions présentés, certains interviennent dans deux couples, soit en tant qu'acide, soit en tant que base. Préciser le terme permettant de qualifier ces espèces chimiques.
1.7 Justifier la consigne de sécurité présente pour les deux produits : « Conserver le r écipient à l'abri de l'humidité ».
Données
- Couples acide‑base : \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}) / \mathrm{HSO}_{4}^{-}(\mathrm{aq}), \mathrm{HSO}_{4}^{-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq}), \left(\mathrm{CO}_{2}, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right)(\mathrm{aq}) / \mathrm{HCO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}), \mathrm{HCO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{CO}_{3}^{2-}(\mathrm{aq})
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Doc. 2Titrage des ions oxonium \textbf{H}_\bm{3}\textbf{O}^\bm{+}
Le principe de fonctionnement d'un régulateur de \text{pH} pour piscine est le suivant. L'appareil réalise une mesure de \text{pH} sur l'eau de la piscine. En fonction du résultat et s'il y a besoin de réajuster le \text{pH}, le régulateur injecte du produit « \text{pH} Plus » ou « \text{pH} Moins ».
On se propose ici de déterminer la concentration des ions oxonium \text{H}_3 \text{O}^+ par titrage conductimétrique. Il est en effet important de faire une mesure de \text{pH} au moment de l'installation de l'appareil pour effectuer une calibration de ce dernier.
On dose une prise d'essai de V_1 = 100,0 \pm 0,5 mL par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium \text{(Na}^+\text{(aq) ; HO}^- \text{(aq))} de concentration
c_\text{2} = (1,00 \pm 0,05) \times 10^{-6} mol⋅L-1.
La courbe du suivi conductimétrique obtenue est représentée ci‑contre.
On se propose ici de déterminer la concentration des ions oxonium \text{H}_3 \text{O}^+ par titrage conductimétrique. Il est en effet important de faire une mesure de \text{pH} au moment de l'installation de l'appareil pour effectuer une calibration de ce dernier.
On dose une prise d'essai de V_1 = 100,0 \pm 0,5 mL par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium \text{(Na}^+\text{(aq) ; HO}^- \text{(aq))} de concentration
c_\text{2} = (1,00 \pm 0,05) \times 10^{-6} mol⋅L-1.
La courbe du suivi conductimétrique obtenue est représentée ci‑contre.
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Données
- Conductivités molaires ioniques : \lambda \text{(Na}^+) = 5{,}01 mS⋅m2⋅mol-1, \lambda \text{(H}_3 \text{O}^+) = 34{,}98 mS⋅m2⋅mol-1 et \lambda \text{(HO}^-) = 19{,}92 mS⋅m2⋅mol-1
- Gamme de \textbf{pH} correcte pour une piscine : 7{,}2 \leqslant \text{pH} \leqslant 7{,}6
- Dimensions d'une piscine olympique : L = 50 m, l = 25 m et h = 3 m
- Masses molaires atomiques : M \text{(H)} = 1{,}0 g⋅mol-1 et M \text{(O)} = 16{,}0 g⋅mol-1
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Questions
2
Concentration en ion oxonium
2.1 Donner la relation existant entre le \text{pH} et la
concentration en ion \text{H}_3 \text{O}^+ \text{(aq)}.
2.2 Écrire l'équation de la réaction support du titrage.
2.3 Réaliser un schéma légendé du dispositif expérimental utilisé pour le titrage.
2.2 Écrire l'équation de la réaction support du titrage.
2.3 Réaliser un schéma légendé du dispositif expérimental utilisé pour le titrage.
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2.4 À l'aide de l'équation support du titrage et des valeurs de conductivités molaires ioniques des ions présents, justifier l'allure de la courbe de titrage \sigma = f (V_2) présentée dans le doc. 2 .
2.5 Déterminer le volume à l'équivalence V_\text{E}.
2.6 Calculer le \text{pH} de la piscine et en déduire s'il est nécessaire d'injecter des produits « \text{pH} Plus » ou « \text{pH} Moins ». On admet que l'incertitude sur la concentration en ion \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} se calcule selon la relation :
\left(\frac{u\left(\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\right)}{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]}\right)^{2}=\left(\frac{u\left(c_{2}\right)}{c_{2}}\right)^{2}+\left(\frac{u\left(V_{E}\right)}{V_{E}}\right)^{2}+\left(\frac{u\left(V_{1}\right)}{V_{1}}\right)^{2}
2.7 Déterminer un encadrement de la concentration en ion \text{H}_3 \text{O}^+ \text{(aq)} en considérant que le volume équivalent est connu à 0,05 mL près.
2.8 Calculer la quantité de matière, puis la masse d'ions \text{H}_3 \text{O}^+ \text{(aq)} dans une piscine olympique.
2.5 Déterminer le volume à l'équivalence V_\text{E}.
2.6 Calculer le \text{pH} de la piscine et en déduire s'il est nécessaire d'injecter des produits « \text{pH} Plus » ou « \text{pH} Moins ». On admet que l'incertitude sur la concentration en ion \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} se calcule selon la relation :
\left(\frac{u\left(\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\right)}{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]}\right)^{2}=\left(\frac{u\left(c_{2}\right)}{c_{2}}\right)^{2}+\left(\frac{u\left(V_{E}\right)}{V_{E}}\right)^{2}+\left(\frac{u\left(V_{1}\right)}{V_{1}}\right)^{2}
2.7 Déterminer un encadrement de la concentration en ion \text{H}_3 \text{O}^+ \text{(aq)} en considérant que le volume équivalent est connu à 0,05 mL près.
2.8 Calculer la quantité de matière, puis la masse d'ions \text{H}_3 \text{O}^+ \text{(aq)} dans une piscine olympique.
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Doc. 3Détermination du TAC d'une eau de piscine
Le titre alcalimétrique complet TAC traduit la teneur en ion carbonate \mathrm{CO}_{3}^{2-} \text{(aq)} et hydrogénocarbonate \mathrm{HCO}_{3}^{-} \text{(aq)}.
Ces derniers sont responsables du pouvoir tampon de l'eau, c'est‑à‑dire sa capacité à garder un \text{pH} constant. Il est donc important que le TAC d'une eau de piscine soit dans la gamme prescrite, sans quoi le \text{pH} se déréglerait facilement.
Le TAC d'une piscine doit être compris entre 8 et 14 mL. Le TAC est égal au volume exprimé en (mL) d'acide chlorhydrique à 0{,}020 mol⋅L-1 nécessaire pour doser 100 mL d'eau en présence d'un indicateur coloré, le bromocrésolrhodamine noté BCR, jaune pour des \text{pH} inférieurs à 3{,}8 et bleu pour des \text{pH} supérieurs à 5{,}4.
On cherche, dans cette partie, à déterminer le TAC d'une eau de piscine ayant un \text{pH} de 7{,}5. La prise d'essai est de 50 mL.
Ces derniers sont responsables du pouvoir tampon de l'eau, c'est‑à‑dire sa capacité à garder un \text{pH} constant. Il est donc important que le TAC d'une eau de piscine soit dans la gamme prescrite, sans quoi le \text{pH} se déréglerait facilement.
Le TAC d'une piscine doit être compris entre 8 et 14 mL. Le TAC est égal au volume exprimé en (mL) d'acide chlorhydrique à 0{,}020 mol⋅L-1 nécessaire pour doser 100 mL d'eau en présence d'un indicateur coloré, le bromocrésolrhodamine noté BCR, jaune pour des \text{pH} inférieurs à 3{,}8 et bleu pour des \text{pH} supérieurs à 5{,}4.
On cherche, dans cette partie, à déterminer le TAC d'une eau de piscine ayant un \text{pH} de 7{,}5. La prise d'essai est de 50 mL.
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Questions
3
Détermination du TAC d'une eau de piscine
3.1 Préciser la couleur de la solution titrée au début de dosage après ajout de BCR.
3.2 Le volume obtenu à l'équivalence est égal à V_\text{E} = 4{,}1 mL. En déduire le TAC de cette eau.
Conclure.
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