Données : Volume molaire : 24 L

2°6
Nom :
DS9 de Sciences Physiques
Données : Volume molaire : 24 L.mol-1 Masses molaires atomiques : M( C ) = 12 g.mol-1 , M( H ) = 1 g.mol-1 , M( O )
= 16 g.mol-1 M( N) = 14g..mol-1 , M( Cl ) = 35,5 g.mol-1
Exercice 1 (2 points):
Equilibrer les équations chimiques suivantes :
... CuO... C ... CO2 ... Cu
...Cu 2   ... Al  ...Cu  ... Al 3
...O2  ...Al  ...Al2O3
...C8 H18  ...O2  ...CO2  ...H2O
Exercice 2 (4 points):
Les ions chlorures réagissent avec les ions plomb selon l'équation suivante: Pb2+ + 2 ClOn fait réagir 30,0*10-3 mol d'ions Pb2+ avec 40,0*10-3 mol d'ions Cl-.
1. Dresser le tableau d'avancement de la réaction.
2. Rappeler ce qu'on appelle réactif limitant.
3. Quel est l’avancement maximal et le réactif limitant ?
4. En déduire la quantité de matière de chacun des réactifs et des produits dans l'état final.
PbCl2
Exercice 3 (7 points)
On considère la réaction : Cl2 + NH3
NH4Cl + N2
Attention : équation pas équilibrée
On utilise 100 g de dichlore (gazeux) et 100 L d’ammoniac (NH3) gazeux.
1- Calculer les quantités de matière de réactifs utilisés
2- Faire le tableau d’avancement correspondant
3- Quel est le réactif limitant (en défaut) ?
4- Quelle est la masse de chlorure d’ammonium formé ?
5- Quel est le volume de diazote formé ?
6- Quelle masse de dichlore serait nécessaire pour faire réagir tout l’ammoniac ? Quelle serait alors la masse de NH4Cl
formé ?
Exercice 4 : (3 points)
On veut interpréter l'expérience suivante : On remplit complètement un verre avec de l'eau. On pose sur le verre, au
contact de l'eau, une feuille de papier. On retourne rapidement l'ensemble. On constate que l'eau ne s'écoule pas.
La masse d'eau contenue dans le verre est m=400g. L'ouverture du verre a un diamètre D=60mm. La pression
atmosphérique au moment de l'expérience est p(atm)=1013hPa et on donne g=10N/kg.
1) Déterminer le poids de l'eau contenue dans le verre.
2) Déterminer la valeur, la direction et le sens de la force pressante exercée par l'atmosphère sur la feuille de papier.
3) Expliquer pourquoi l'eau ne peut pas s'écouler?
Exercice 5 (4 points) Plongée sous-marine
Données Masse molaire de l'air: 29,0 g.mol -1. On prendra 1 bar = 105 Pa Les poumons d'un plongeur ont une capacité
de 6 L.
1) Un plongeur emplit d'air ses poumons sous pression atmosphérique (1 bar) et descend à 20 m en bloquant sa
respiration. La pression dans ses poumons est alors égale à 3 bars. Quel volume occupe cet air à cette profondeur (on
supposera que la température ne varie pas) ?
2) Ce plongeur, muni de bouteilles de plongée, évolue à 20 m de profondeur. Il respire de l'air à la pression de 3 bars. Il
panique, bloque sa respiration et remonte rapidement. Quel est le volume de l'air emprisonné par ses poumons lorsqu'il
arrive en surface? Conclure.
3) Ce plongeur consomme 20 L d'air par minute. Calculer la masse d'air consommée sous la pression de 3 bar et à la
température de 10 °C lors d'une plongée de 30 minutes.
Correction
Exercice 1
2CuO  1C  1CO2  2Cu
3Cu 2  2 Al  3Cu  2 Al 3
1C8 H18  12,5O2  8CO2  9H 2O
3O2  4 Al  2 Al2O3
Exercice 2
1. Le tableau d'avancement de la réaction est le suivant:
Pb2+ + 2 Cl-
PbCl2
Etat du système
n(Pb2+) (mol)
n(Cl-) (mol)
n(PbCl2) (mol)
Etat initial
30.10-3
40.10-3
0,0
Au cours de la transformation
30.10-3 - x
40.10-3 - 2x
x
Etat final
30.10-3 - xmax 40.10-3 - 2xmax
xmax
2. Le réactif limitant (ou réactif en défaut) est le réactif totalement consommé par la réaction. Il n'en reste plus à la fin de la réaction.
3. Si l'on considère que l'ion Cl- est le réactif limitant, la réaction est terminée lorsque n(Cl-)f=0, d'où:
40.10-3
40.10-3
- 2x =0
=> xmax =
2
=> xmax = 20.10-3mol
On en déduit la quantité finale d'ions Pb2+
n(Pb2+)f = 30.10-3 - 20.10-3 => n(Pb2+)f = 10.10-3mol
On en déduit le tableau d'avancement de la réaction:
Pb2+ + 2 ClEtat du système
n(Pb2+)
(mol)
n(Cl-)
PbCl2
(mol) n(PbCl2) (mol)
Etat initial
30.10-3
40.10-3
0,0
Au cours de la transformation
30.10-3 - x
40.10-3 - 2x
x
Etat final
10.10-3
0
20.10-3
4 . Composition du mélange final : n(Pb2+)=10.10-3 mol et n(Cl-) =0; n(PbCl2)= 20.10-3 mol
Exercice 3
1- Calcul des quantités de matière de réactifs utilisés :
n(Cl2) = mCl2/M Cl2= 100/70=1,41 mol
n(NH3) = V/VM= 100/24=4,17 mol
2- Tableau d’avancement :
3 Cl2 +
8 NH3--->
6 NH4Cl +
N2
Quantité de matière (en mol)
Etat initial
x=0
1,41
4,17
0
0
Etat
x
1,41 – 3x
4,17 – 8x
6x
x
intermédiaire
Etat final
xmax
0
0,410
2,82
0,470
3- Le réactif limitant est le dichlore.
4. n NH4Cl = 2,82 mol d’où m NH4Cl = n NH4Cl * M NH4Cl = 2,82* (14+4+35,5)= 2,82*53,5= 153 g
5. V N2= nN2*VM= 0,477*24=11,4 L
6. Si tout l’ammoniac réagit xmax= 4,17/8=0,521 mol
Tableau d’avancement :
3 Cl2
+
8 NH3
---> 6 NH4Cl
+
N2
Quantité de matière (en mol)
Etat initial
x=0
ni
4,17
0
0
Etat intermédiaire x
ni – 3x
4,17 – 8x
6x
x
Etat final
xmax
0
0
3,12
0,521
Donc ni = 3 xmax = 1,56 mol donc m Cl2= 1,56*71=111g
mNH4Cl = 3,12* 63,5=171,2 g
Exercice 4
1. Poids = m*g = 0,4* 10 = 4 N
3
2. F=p*S = 1013*  10 * *( 30*  10 )²= 286 N
Cette force pressante est dirigée vers la haut et verticale
3. L’eau ne peut pas s’écouler car la force pressante est plus grande que le poids
2
Exercice 5 Plongée sous-marine
1) On applique la loi de Mariotte : P1V1 = P2V2 d’ou V2 = 2 L
2) La même loi de Mariotte donne : P’1V’1 = P’2V’2 d’ou V’2 = 18 L
Le volume étant bien supérieur à celui des poumons il y aura rupture des tissus des poumons (accident très grave)
3) En 30 min il consomme un volume V’’ = 30 x 20 = 600 L
La loi des gaz parfaits donne PV’’ = nRT d’ou n = 7,65.10 1 mol
La masse est alors m = n.M = 2,22.103 g ou 2,22 kg