Sujets complets ECE

Sujets complets ECE
Chapitre 2
Une ampoule de sérum physiologique contient une solution
aqueuse de chlorure de sodium Na+ (aq) + C,– (aq) de concentration en masse en chlorure de sodium égale à 9,0 g·L–1.
• Mesurer la conductivité σED de l’eau distillée utilisée pour préparer
les solutions filles.
• Mesurer la conductivité σ’i des solutions filles en commençant
par la solution la plus diluée et compléter le tableau suivant :
S0
Solution
S1
S2
S3
S4
σ’i (mS·cm )
–1
Matériel mis à disposition :
• Solution mère S0 de concentration en chlorure de sodium
C0 = 10 mmol·L–1.
• Solution de sérum physiologique (flacon du professeur).
• Eau distillée.
• Cinq tubes à essais sur support et bouchons.
• Deux burettes graduées 25,0 mL.
• Une fiole jaugée 100,0 mL.
• Une pipette jaugée de 5,0 mL + poire à pipeter.
• Un bécher de 150 mL.
• Un conductimètre avec cellule conductimétrique ;
• Une solution étalon de KC, à 0,010 mol·L–1 pour l’étalonnage
du conductimètre.
• Un godet pour les mesures de la conductivité.
• Une notice d’utilisation du conductimètre.
Complément scientifique
Un contrôle qualité est considéré comme satisfaisant si l’écart
relatif entre la grandeur de référence indiquée par le fabricant et la
même grandeur mesurée expérimentalement est inférieur à 5 %.
σi = σi’ – σED
(mS·cm–1)
Ci (mmol·L–1)
• Dans les mêmes conditions, mesurer la conductivité d’une
solution de sérum physiologique diluée 20 fois.
Exploitation des résultats et détermination de la concentration
en chlorure de sodium du sérum physiologique
1. ANA - RAIS Expliquer la valeur non nulle de σED. Indiquer alors
ce que représente σi .
2. RÉA Tracer la courbe d’étalonnage σi en fonction des concentrations Ci .
3. VAL Préciser l’allure du graphe obtenu. Conclure.
4. RÉA a. Déterminer la concentration Csérum dilué à l’aide de la
courbe d’étalonnage.
b. En déduire la concentration Csérum en chlorure de sodium du
sérum physiologique.
c. Calculer la concentration en masse tsérum correspondante.
5. VAL Le résultat obtenu satisfait-il au contrôle qualité ?
Données
• M(NaC,) = 58,5 g·mol–1.
• Masse volumique du sérum physiologique : ρ ≈ 1,00 kg·L–1.
© Hachette Livre, 2020 – Physique Chimie Tle Spécialité
A Dilution – Facteur de dilution F
Une solution fille est obtenue par dilution d’une solution mère
d’un facteur F appelé facteur de dilution.
Solution mère S0
Solution fille Si
Concentration : Ci
Concentration : C0 > Ci
Volume : Vi
Volume : V0 < Vi
C
V
Facteur de dilution : F = i = 0 . 1
V0 Ci
B Préparation des solutions étalon en chlorure de sodium
À partir de la solution mère S0 de concentration molaire
C0 = 10 mmol·L–1 en chlorure de sodium, on souhaite préparer,
par dilution, quatre solutions filles notées S1, S2, S3 et S4, de même
volume Vi = 20,0 mL et de concentration Ci différentes.
1. RÉA Compléter le tableau suivant :
Solution
S0
S1
S2
S3
S4
V0 (mL)
20,0
16,0
12,0
8,0
4,0
Veau (mL)
0,0
Vi (mL)
20,0
F
Ci (mmol·L–1)
10
Protocole expérimental
• Préparer les solutions filles en utilisant le doc. B et le matériel
disponible.
• Étalonner le conductimètre avec la solution de KC, à
0,010 mol·L–1.
Chapitre 3
Une pastille du bassin de Vichy est un bonbon plat de couleur
blanche et de masse m0 voisine de 2,9 g. Elle est fabriquée à partir
de sels minéraux provenant du bassin de Vichy. Elle est supposée
avoir des propriétés digestives grâce à l’apport l’hydrogénocarbonate de sodium, NaHCO3 (s).
Le but de cette épreuve est de déterminer si la consommation
quotidienne de pastilles Vichy est adaptée à un régime hyposodé.
A Régime hyposodé
En raison de problèmes cardiaques ou d’hypertension, un régime
hyposodé (pauvre en élément sodium Na) peut être prescrit. La
masse mmax quotidienne maximale d’élément sodium ingérée
dépend du régime :
– régime hypodosé strict : mmax < 500 mg ;
– régime hyposodé standard : mmax < 1 000 mg ;
– régime hyposodé large : mmax < 2 000 mg.
B Méthode de titrage
• Une pastille du bassin de Vichy, réduite en poudre, est introduite
dans un bécher de 100 mL. Un volume de 50 mL d’eau distillée
est ajouté.
• Le titrage suivi par pH-métrie de cette solution est réalisé avec
une solution de concentration CA = 5,00 × 10–3 mol·L–1 en acide
chlorhydrique.
L’équation de la réaction support du titrage est :
HCO3– (aq) + H3O+ (aq) → CO2 (aq) + 2 H2O (¯)
1
• Une pastille Vichy dont la masse est indiquée.
• Une pissette d’eau distillée.
• Un flacon étiqueté « solution aqueuse d’acide chlorhydrique »
contenant 100 mL d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique
de concentration CA = 5,00 × 10–3 mol·L–1.
• Une paire de gants.
• Une paire de lunettes.
• Un bécher de 100 mL.
• Deux béchers de 50 mL.
• Un mortier et un pillon.
• Une éprouvette graduée de 50 mL.
• Un agitateur magnétique.
• Un barreau aimanté.
• Une coupelle de pesée.
• Une burette graduée de 25,0 mL.
• Un pH-mètre étalonné.
• Un support pour électrode.
• Un ordinateur relié à une imprimante avec un tableur-grapheur
installé.
Données
M(NaHCO3) = 84,0 g·mol–1 ; M(Na) = 23,0 g·mol–1.
1. ANA - RAIS Schéma du dispositif expérimental (10 min)
Proposer le schéma d’un dispositif expérimental, détaillé et légendé,
permettant d’effectuer le titrage pH-métrique des ions hydrogénocarbonate HCO3– contenus dans une pastille Vichy en utilisant la
solution aqueuse d’acide chlorhydrique mise à disposition (doc. B).
APPEL n° 1
Appeler le professeur pour lui présenter le schéma expérimental
ou en cas de difficulté.
2. RÉA Mise en œuvre du protocole expérimental (25 min)
• Broyer la pastille Vichy et introduire le broyat dans un bécher
de 100 mL.
• À l’aide d’environ 50 mL d’eau distillée, rincer le mortier et
introduire les eaux de rinçage dans le bécher de 100 mL.
• Mettre en œuvre le dispositif schématisé précédemment pour
titrer la solution aqueuse préparée.
• Tracer, à l’aide de l’outil informatique, le graphique représentant
le pH de la solution en fonction du volume de solution titrante versé.
APPEL n° 2
Appeler le professeur pour lui présenter la courbe représentant le
pH en fonction du volume de base ajouté ou en cas de difficulté.
3. Réponses à la problématique (25 min)
a. RÉA Exploiter les mesures du titrage pour déterminer la quantité d’ions hydrogénocarbonate HCO3– dans une pastille Vichy.
APPEL FACULTATIF
Appeler le professeur.
b. VAL Identifier deux sources d’erreurs pouvant être commises
dans la détermination de la quantité d’ions hydrogénocarbonate
contenu dans une pastille.
c. VAL La consommation d’une pastille après chaque repas d’une
journée est-elle compatible avec un régime hyposodé ? Justifier.
Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle.
2
Chapitre 4
L’éthanoate d’éthyle C4H8O2 (,) est un solvant mais il est rarement utilisé en raison de sa réactivité avec les bases. Il peut réagir
avec les ions hydroxyde HO– (aq) selon la réaction, quasi-totale
et lente, d’équation :
C4H8O2 (aq) + HO– (aq)→C2H3O–2 (aq) + C2H6O (aq)
Un étudiant en chimie souhaite tester la réactivité de l’éthanoate
d’éthyle avec les ions hydroxyde afin de savoir si cette réaction
est suffisamment lente pour pouvoir utiliser l’éthanoate d’éthyle
en milieu basique.
Produits et matériel mis à disposition :
• Solution d’hydroxyde de sodium Na+ (aq) + HO–(aq) de concentration C0 = 2,5 × 10–2 mol·L–1 ; éthanoate d’éthyle pur.
• Bécher de 200 mL, conductimètre, agitateur magnétique, pipettes
jaugées de 2,0 mL et 20,0 mL, poire à pipeter, chronomètre,
éprouvettes graduées de 10 mL et 100 mL, pipette graduée de
5 mL, ordinateur avec tableur.
Données
• Conductivités molaires ioniques à 25°C en S·m2·mol–1 :
λ(C2H3O–2 ) = 4,09 × 10–3 ; λ(HO–) = 19,9 × 10–3 ;
λ(Na+) = 5,01 × 10–3.
• Dilution due à l’ajout de l’éthanoate d’éthyle : négligée.
Élaborer un protocole ANA-RAIS (20 min)
1. Justifier qu’il est possible de réaliser le suivi cinétique en utilisant
la variation au cours du temps de la conductivité du mélange.
2. Proposer un protocole expérimental détaillé permettant d’effectuer le suivi cinétique dans le cas d’un mélange entre un
volume V0 = 20,0 mL d’hydroxyde de sodium de concentration
C0, 80 mL d’eau distillée et 2 mL d’éthanoate d’éthyle pur (en excès).
APPEL N° 1 : Appeler le professeur pour lui présenter le protocole
expérimental proposé ou en cas de difficulté
Mise en œuvre du protocole expérimental RÉA (30 min)
3. Mettre en œuvre le protocole expérimental.
4. En utilisant la relation ci-dessous, tracer la courbe de l’évolution
la concentration en ion hydroxyde au cours du temps [HO–] = f(t).
σ − σf
[HO–]t = 5,0 × 10–3 × t
où :
σ0 − σ f
• σt est la conductivité de la solution à l’instant t ;
• σf est la conductivité de la solution dans l’état final du système ;
• σ0 est la conductivité de la solution dans l’état initial du système.
APPEL FACULTATIF : Appeler le professeur en cas de difficulté
lors de la mise en œuvre du protocole expérimental ou lors du
tracé de la courbe.
Analyse de la courbe VAL (10 min)
5. Analyser la courbe [HO–] = f(t) tracée ci-dessus afin d’effectuer
une étude cinétique de la transformation étudiée et de répondre
à la problématique de l’étudiant.
APPEL N°2 : Appeler le professeur pour lui présenter le résultat
de l’étude cinétique ou en cas de difficulté.
Remarque : on attend de l’élève qu’il détermine le temps de
demi-réaction et qu’il modélise la courbe par une fonction exponentielle du type C = C0 × exp(–k × t).
Il peut conclure que cette réaction est d’ordre 1 par rapport aux
ions hydroxyde et que le temps de demi-réaction étant petit,
l’éthanoate d’éthyle ne peut pas être utilisé comme solvant en
milieu basique.
Il peut également remarquer que C0 est proche de 5,0 × 10–3 mol·L–1,
c’est-à-dire la concentration initiale des ions hydroxyde dans le
mélange réactionnel.
© Hachette Livre, 2020 – Physique Chimie Tle Spécialité
Matériel mis à disposition :
Mise en œuvre du protocole expérimental RÉA (10 min)
4. Mettre en œuvre le protocole expérimental.
Chapitre 5
On étudie la réaction entre les ions iodure I– (aq) et peroxodisulfate
S2O82– (aq), d’équation :
S2O82– (aq) + 2 I– (aq) → 2 SO42– (aq) + I2 (aq)
On souhaite montrer que le mécanisme d’une réaction peut être
modifié lorsqu’elle est catalysée.
Produits et matériel mis à disposition :
• Solution de peroxodisulfate de potassium de concentration
0,20 mol·L–1 en ions peroxodisulfate S2O82– (aq).
• Solution d’iodure de potassium de concentration 0,20 mol·L–1
en ions iodure I– (aq).
• Solution de sulfate de fer (II) de concentration 0,10 mol·L–1 en
ions fer (II) Fe2+ (aq).
• Solution de chlorure de fer (III) de concentration 0,10 mol·L–1
en ions fer (III) Fe3+ (aq).
• Solution d’hydroxyde de sodium Na+ (aq) + HO– (aq).
• Deux béchers de 50 mL, deux agitateurs en verre, deux tubes
à essais, des pipettes pasteur, deux pipettes jaugées de 20,0 mL,
une propipette.
Données
• S2O82– (aq) / SO42– (aq) ; I2 (aq) / I– (aq) ; Fe3+ (aq) / Fe2+ (aq)
• Une solution contenant des ions iodure ou des ions peroxodisulfate est incolore.
• Le diiode colore en jaune une solution aqueuse qui le contient
et en rose le cyclohexane.
• Tests d’identification des ions :
Ion testé
Réactif utilisé
Fer (II) Fe2+ (aq)
Analyse des résultats VAL (25 min)
5. Écrire les équations des réactions mises en jeu.
6. Justifier que l’introduction des ions fer (II) dans le bécher A
revient à remplacer une réaction lente par deux réactions successives plus rapides.
7. La catalyse a-t-elle modifié le mécanisme réactionnel ?
APPEL N°2 : Appeler le professeur pour lui présenter le résultat
de l’étude cinétique ou en cas de difficulté.
Chapitre 7
Redonner de l’éclat à de l’argent
L’éclat des objets recouverts d’argent Ag (s) (bijoux, orfèvrerie,
etc.) s’altèrent au fil du temps du fait de l’apparition d’un film
noir de sulfure d’argent Ag2S (s). La formation de ce solide résulte
de l’action conjuguée du dioxygène atmosphérique et du sulfure
d’hydrogène H2S (présent dans l’atmosphère).
Le but de cette épreuve est d’élaborer une méthode permettant,
à la maison, de redonner un éclat à des objets recouverts d’argent.
A Montage expérimental
Fer (III) Fe3+ (aq)
Pont salin
Solution d’hydroxyde de sodium
Na+ (aq) + HO– (aq)
Résultat du test
© Hachette Livre, 2020 – Physique Chimie Tle Spécialité
APPEL FACULTATIF : Appeler le professeur en cas de difficulté
lors de la mise en œuvre du protocole expérimental.
Mise en œuvre d’un protocole expérimental RÉA (10 min)
Protocole expérimental 1 :
• Dans deux béchers a et b , verser 20,0 mL de la solution
de peroxodisulfate de potassium 2 K+ (aq) + S2O82– (aq).
• Au contenu du bécher a , ajouter 0,5 mL de la solution de sulfate
de fer (II) Fe2+ (aq) + SO42– (aq).
• Mélanger.
• Dans les deux béchers, verser en même temps 20,0 mL de la
solution d’iodure de potassium K+ (aq) + I– (aq).
1. Mettre en œuvre le protocole expérimental ci-dessus.
2. À partir des observations effectuées lors de la mise en œuvre
du protocole, déterminer le rôle des ions fer (II) Fe2+ (aq). Justifier.
APPEL FACULTATIF : Appeler le professeur en cas de difficulté
lors de la mise en œuvre du protocole expérimental.
Élaborer d’un protocole expérimental ANA-RAIS (15 min)
3. Avec le matériel et les produits disponibles, et en utilisant les
données, élaborer un protocole expérimental permettant de
montrer que :
– les ions fer (II) Fe2+(aq) peuvent réagir avec les ions peroxodisulfate et former des ions fer (III) Fe3+ (aq) ;
– les ions fer (III) Fe3+ (aq) peuvent oxyder les ions iodure I– (aq)
en diode I2 (aq).
Les expériences seront réalisées dans des tubes à essai.
APPEL N° 1 : Appeler le professeur pour lui présenter le protocole
expérimental proposé ou en cas de difficulté.
Cuillère
en argent
Feuille
d’aluminium
Solution de chlorure
Solution de nitrate
de sodium telle que :
d’aluminium telle que :
[C,–] = 1,0 × 10 –2 mol . L–1 [A,3+] = 1,0 × 10 –2 mol . L–1
Matériel mis à disposition :
• Deux béchers de 100 mL.
• Un pont salin.
• Un objet argenté.
• Une feuille d’aluminium.
• Des pinces crocodiles.
• Un voltmètre.
• Un ampèremètre.
• Résistance R = 1 Ω.
• Cinq fils électriques.
• Une pissette d’eau distillée.
• Un flacon étiqueté « solution de chlorure de sodium » contenant
100 mL d’une solution aqueuse de chlorure de sodium telle que
[C¯–] = 1,0 × 10–2 mol·L–1.
• Un flacon étiqueté « solution de nitrate d’aluminium » contenant
100 mL d’une solution aqueuse de nitrate d’aluminium telle que
[A¯3+] = 1,0 × 10–2 mol·L–1.
• Une paire de gants.
• Une paire de lunettes.
• Éprouvette de 50 mL.
• Un saladier en verre ou cristallisoir.
• Un flacon étiqueté « solution de chlorure de sodium » contenant
100 mL d’une solution aqueuse de chlorure de sodium telle que
[C¯–] = 1,0 × 10–2 mol·L–1.
3
1. Polarité de la pile (30 min)
a. ANA-RAIS Compléter le schéma du dispositif expérimental
(doc. A), afin de mesurer simultanément la tension aux bornes
de la pile et l’intensité du courant débitée par cette pile si elle est
reliée à une résistance R = 1 Ω.
b. RÉA Faire les mesures de tension et d’intensité. Laisser la pile
débiter pendant 10 minutes. Noter les observations.
c. ANA-RAIS En déduire la polarité de la pile, le sens de circulation
des électrons et le sens conventionnel du courant.
APPEL n° 1
Appeler le professeur pour lui indiquer la polarité de la pile ou
en cas de difficulté.
2. Élaboration d’un protocole (30 min)
a. RÉA Écrire l’équation de la réaction de fonctionnement de
la pile. La constante d’équilibre K, à 25 °C, de cette équation est
égale à 10125.
APPEL n° 2
Appeler le professeur pour lui présenter l’équation de la réaction
de fonctionnement de la pile ou en cas de difficulté.
b. VAL Exprimer puis calculer le quotient de réaction Qr,i à l’état
initial. En déduire le sens d’évolution du système. Est-il conforme
aux observations (1.b.) ?
c. VAL Proposer une explication à l’utilisation de la solution de
chlorure de sodium dans le bécher contenant l’objet en argent.
d. ANA-RAIS En utilisant le matériel et les solutions, proposer et
justifier un protocole, réalisable facilement chez soi, qui permet
de redonner à un objet argenté son éclat originel.
APPEL n° 3
Appeler le professeur pour lui présenter le protocole ou en cas
de difficulté.
Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle.
Chapitre 8
Matériel mis à disposition :
• Un pH-mètre étalonné et du papier Joseph.
• Un ordinateur avec un logiciel tableur-grapheur.
• Un comprimé d’Aspirine du Rhône® 500 mg.
• Eau distillée.
• Un mortier et un pilon.
• Une spatule.
• Une fiole jaugée de 200,0 mL.
• Un entonnoir.
• Un agitateur magnétique et un barreau aimanté.
• Une burette graduée de 25,0 mL.
• Béchers de 250 mL.
• Un bécher de 100 mL.
• Un flacon contenant 50 mL d’une solution titrée de concentration
en hydroxyde de sodium (soude) Cb = 0,10 mol·L–1.
4
• Une paire de lunettes.
• Une paire de gants.
Complément scientifique
L’équation de la réaction entre l’acide acétylsalicylique, noté
AH (aq), et les ions hydroxyde HO– (aq) s’écrit :
AH (aq) + HO– (aq) → A– (aq) + H2O(¯)
⎛
⎞
c × Vb
⎟.
Le pH du mélange est : pH = pKA + R avec R = log ⎜ b
⎜ m −c ×V ⎟
⎝ M b b⎠
Donnée
Masse molaire de l’acide acétylsalicylique : M = 180 g·mol–1.
1. ANA-RAIS Rédiger le protocole expérimental permettant de
préparer 200,0 mL d’une solution aqueuse d’acide acétylsalicylique par dissolution d’un comprimé d’aspirine dans le volume
nécessaire d’eau distillée.
Protocole expérimental :
• Préparer 200,0 mL d’une solution aqueuse d’acide acétylsalicylique par dissolution d’un comprimé d’aspirine dans le volume
nécessaire d’eau distillée.
• Ajouter à la solution précédente, à l’aide d’une burette graduée,
Vb = 10,0 mL de solution Sb de concentration Cb = 0,10 mol·L–1
en hydroxyde de sodium. Mesurer le pH de la solution.
• Poursuivre les ajouts de la solution Sb de 2,0 mL en 2,0 mL et
mesurer le pH à chaque ajout. Les valeurs du pH et du volume Vb
sont entrées dans le tableau ci-dessous :
Vb(L)
10,0 × 10–3
pH
A Programme Python
1 import matplotlib.pyplot as plt
2 from numpy import log10, arange
3 Vb = [0.010, 0.012, 0.014, 0.016 , 0.018, 0.020]
4 pH = [3.5, 3.6, 3.7, 3.8 , 4.0, 4.1]
5 R=[]
6 for i in Vb :
7
R.append(log10(0.1*i/(0.5/180-0.1*i)))
8 plt.title(‘Courbe pH en fonction de R’)
9 plt.xlabel(‘R’)
10 plt.ylabel(‘pH’)
11 plt.axis(xmin=-0.5, xmax=0.5, ymin=3, ymax=4.5)
12 plt.xticks(arange(-0.5,0.6,0.1))
13 plt.yticks(arange(3,4.6,0.1))
14 plt.grid(linestyle=»-.»)
15 plt.plot(R, pH, ‘ro’)
16 plt..show()
2. RÉA Compléter et utiliser le programme Python fourni pour
tracer le graphique pH = f (R).
3. VAL En expliquant la méthode utilisée, déduire du graphe la
valeur du pKA du couple de l’acide acétylsalicylique
© Hachette Livre, 2020 – Physique Chimie Tle Spécialité
Données
• Ag2S (s) / Ag (s) ; A¯3+ (aq) / A¯ (s).
• Ag2S (s) + 2 H+ (aq) + 2 e– → 2 Ag (s) + H2S (aq)