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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
Chapitre 2
Exercices
Objectif Bac
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36 Comprendre les attendusNombre d'hydratation
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
✔ COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
✔ COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
Le phosphate de cobalt (II) se trouve sous forme d'un solide hydraté, dont la formule est \mathrm{Co}_{3}\left(\mathrm{PO}_{4}\right)_{2}, x\ \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{s}). Suivant la valeur de x, le phosphate de cobalt présente une couleur variant du rose au violet foncé. On cherche à déterminer x pour le pigment violet.
Pour cela, on dissout m = 2{,}52 g de phosphate de cobalt hydraté dans 1\,000 mL de solution, puis on mesure la conductivité \sigma = 438 mS·m-1.
1. Déterminer la concentration en quantité de matière c en soluté apporté.
2. Calculer la masse m' de phosphate de cobalt \mathrm{Co}_{3}\left(\mathrm{PO}_{4}\right)_{2} présent dans la solution.
3. En déduire la valeur de x.
Pour cela, on dissout m = 2{,}52 g de phosphate de cobalt hydraté dans 1\,000 mL de solution, puis on mesure la conductivité \sigma = 438 mS·m-1.
1. Déterminer la concentration en quantité de matière c en soluté apporté.
2. Calculer la masse m' de phosphate de cobalt \mathrm{Co}_{3}\left(\mathrm{PO}_{4}\right)_{2} présent dans la solution.
3. En déduire la valeur de x.
Données
- Conductivités molaires ioniques à 25 °C, tenant compte du nombre de charges> : \lambda\left(\mathrm{PO}_{4}^{3-}\right)=27,84 mS·m2·mol-1 et \lambda\left(\mathrm{Co}^{2+}\right)=11,0 mS·m2·mol-1
- Masses molaires atomiques : M(\text{P})=31,0 g·mol-1, M(\text{O})=16,0 g·mol-1, M(\mathrm{Co})=58,9 g·mol-1 et M(\mathrm{H})=1,0 g·mol-1
Détails du barème
TOTAL /8 pts
1 pt
1. Écrire la loi de Kohlrausch.
1 pt
1. Isoler la concentration c.
1 pt
1. Calculer sa valeur.
1 pt
2. Donner l'expression de m.1 pt
2. Effectuer l'application numérique en respectant les unités.
2 pts
3. Établir un raisonnement correct.
1 pt
3. Expliciter la démarche suivie.
➜ Retrouvez plus d'exercices dans
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37Autour des ions nickel
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
✔ APP : Extraire l'information utile
On dispose d'une solution \text{S}_1 de chlorure de nickel \left(\mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})\ {;}\ 2 \ \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\right) de concentration c_1 en soluté apporté. On souhaite déterminer cette concentration de trois manières différentes :
✔ APP : Extraire l'information utile
On dispose d'une solution \text{S}_1 de chlorure de nickel \left(\mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})\ {;}\ 2 \ \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\right) de concentration c_1 en soluté apporté. On souhaite déterminer cette concentration de trois manières différentes :
- en mesurant la conductivité de la solution : on trouve \sigma = 7,556 mS·cm-1 ;
- en mesurant l'absorbance de la solution : on obtient A = 0,663 à \lambda = 720 nm ;
- en faisant réagir V = 10{,}0 mL de la solution avec V = 10{,}0 mL d'hydroxyde de sodium \mathrm{NaOH}(\mathrm{aq}) de concentration c_2 = 0,100 mol·L-1, il se forme de l'hydroxyde de nickel \mathrm{Ni(OH)_2(s)} insoluble. On mesure alors la conductivité de la solution \sigma_f = 8,784 mS·cm-1.
1. Montrer, grâce au spectre fourni, que le chlorure de nickel en solution apparaît vert.
2. Déterminer la concentration en quantité de matière c_1 obtenue par la première méthode.
3. Déterminer la concentration en quantité de matière c_1 obtenue par la seconde méthode.
4. Écrire l'équation de la réaction de précipitation entre les ions nickel \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq}) et les ions hydroxyde \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}). On fera apparaître, dans ce cas précis, les ions spectateurs, présents en solution.
5. Établir l'expression de la conductivité \sigma_f en fonction des concentrations c_1 et c_2 et des conductivités molaires ioniques des ions présents à l'état final.
2. Déterminer la concentration en quantité de matière c_1 obtenue par la première méthode.
3. Déterminer la concentration en quantité de matière c_1 obtenue par la seconde méthode.
4. Écrire l'équation de la réaction de précipitation entre les ions nickel \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq}) et les ions hydroxyde \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}). On fera apparaître, dans ce cas précis, les ions spectateurs, présents en solution.
5. Établir l'expression de la conductivité \sigma_f en fonction des concentrations c_1 et c_2 et des conductivités molaires ioniques des ions présents à l'état final.
6. En déduire la valeur de la concentration c_1.
Doc.
Spectre d'absorption de chlorure de nickel
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Données
- Conductivités molaires ioniques à 25 °C, tenant compte du nombre de charges :
\lambda\left(\mathrm{Cl}^{-}\right)=7{,}6 mS·m2·mol-1,
\lambda\left(\mathrm{Ni}^{2+}\right)=9{,}9 mS·m2·mol-1 ,
\lambda\left(\mathrm{HO}^{-}\right)=19{,}8 mS·m2·mol-1 et
\lambda\left(\mathrm{Na}^{+}\right)=5{,}0 mS·m2·mol-1 - Coefficient d'absorption molaire des ions nickel \bold{Ni}^\bold{2+}(\bold{aq}) à \bold{720} nm : \varepsilon=22{,}1 L·mol-1·cm-1
- Longueur de la cuve de spectrophotométrie : l = 1{,}0 cm
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38Suivi de l'hydrolyse d'un ester
✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle
✔ COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
✔ COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
D'après le sujet Bac zéro, 2002.
On étudie la réaction d'hydrolyse de l'éthanoate d'éthyle, dont l'équation s'écrit :
\mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}(\mathrm{aq})
\mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}(\mathrm{aq})
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1. Nommer la famille de l'éthanoate d'éthyle.
2. Sur le spectre IR, identifier deux bandes caractéristiques.
p. 590
On fait réagir une quantité n_i d'hydroxyde de sodium \left(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})\right) avec un large excès d'éthanoate d'éthyle. La conductance du mélange réactionnel est mesurée régulièrement et reportée ci-dessous :
2. Sur le spectre IR, identifier deux bandes caractéristiques.
p. 590
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On fait réagir une quantité n_i d'hydroxyde de sodium \left(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})\right) avec un large excès d'éthanoate d'éthyle. La conductance du mélange réactionnel est mesurée régulièrement et reportée ci-dessous :
| Temps \boldsymbol{t} (s) | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | t infini |
| Conductance \boldsymbol{G} (mS) | 46{,}2 | 18{,}6 | 12{,}4 | 12{,}3 | 11{,}5 | 10{,}8 | 10{,}7 |
3. On constate que la conductance diminue au cours de la réaction. Justifier cette évolution.
4. On appelle constante de cellule le coefficient \text{k} tel que G = k\ · \sigma. Donner l'expression de la conductance initiale G_0 en fonction de k, n_i, des conductivités molaires ioniques et de V_T, volume total du mélange. Trouver sa valeur dans le tableau.
5. Déterminer de même l'expression de la conductance finale G_f. Relever sa valeur.
4. On appelle constante de cellule le coefficient \text{k} tel que G = k\ · \sigma. Donner l'expression de la conductance initiale G_0 en fonction de k, n_i, des conductivités molaires ioniques et de V_T, volume total du mélange. Trouver sa valeur dans le tableau.
5. Déterminer de même l'expression de la conductance finale G_f. Relever sa valeur.
6. En utilisant les questions précédentes, montrer que l'avancement x de la réaction peut s'exprimer :
7. On considère que la réaction est terminée lorsque \frac{\text{x}}{n_{i}} dépasse 99,5 %. Vérifier que l'hydrolyse est terminée au bout de 150 s.
x=n_{\mathrm{i}} \cdot \frac{G-G_{0}}{G_{\mathrm{f}}-G_{0}}
7. On considère que la réaction est terminée lorsque \frac{\text{x}}{n_{i}} dépasse 99,5 %. Vérifier que l'hydrolyse est terminée au bout de 150 s.
Données
- Conductivités molaires ioniques à 25 °C :\lambda\left(\mathrm{HO}^{-}\right)=19,8 mS·m2·mol-1 et \lambda\left(\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}\right)=4,1 mS·m2·mol-1
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39Dosage d'une gélule de guarana
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
✔ APP : Extraire l'information utile
✔ APP : Extraire l'information utile
D'après le sujet Bac S, Amérique du Nord, 2019.
L'objectif de l'exercice est de déterminer le nombre de gélules de guarana pouvant être consommées quotidiennement sans risque. Pour déterminer la quantité de caféine présente dans une gélule, on réalise les expériences suivantes :
- préparation d'une solution aqueuse \text{S}_0 de caféine de concentration c_0 = 2,50 mmol·L-1 ;
- préparation de six solutions filles à partir de la solution \text{S}_0 et mesure de leur absorbance ;
- dissolution d'une gélule de guarana dans 500,0 mL d'eau distillée, dilution d'un facteur 10 de cette solution et mesure de l'absorbance de la solution diluée notée \text{S} : A = 0,524.
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| Solution | \text{S}_1 | \text{S}_2 | \text{S}_3 | \text{S}_4 | \text{S}_5 | \text{S}_6 |
| Concentration (\boldsymbol{\times} 10-2 mmol·L-1) | 2{,}5 | 5{,}00 | 7{,}50 | 10{,}0 | 12{,}5 | 15{,}0 |
| Absorbance | 0{,}230 | 0{,}452 | 0{,}677 | 0{,}880 | 1{,}112 | 1{,}325 |
1. Préciser la longueur d'onde de travail.
2. Déterminer le nombre de gélules qu'un adolescent peut ingérer quotidiennement sans aucun risque sur sa santé.
Doc. 1
Dose journalière
Pour les adolescents, la dose journalière de caféine ingérable sans risque pour la santé est fixée à 3 mg par kilogramme de masse corporelle.
Doc. 2
Spectre UV-visible de la caféine
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Données
- Masse molaire de la caféine : M = 194,2 g·mol-1
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