Contrôle de sciences physiques I) Nomenclature - Physique

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Contrôle de sciences physiques
I) Nomenclature
[
/4]
Nommer les molécules suivantes :
3-méthylpentan-2-ol
Propane-1,2-diol
3-propyloctan-1-ol
cycloheptane
II) Solides ioniques
[
/14]
Le chlorure de potassium est un solide ionique qui est utilisé dans les
denrées alimentaires comme remplacement du sel de cuisine car il possède
une saveur salée proche de celle du chlorure de sodium.
La structure d'une maille du cristal (en 3D et de face) est schématisée cicontre.
Les ions potassium K+ et chlorure Cl- sont en contact : d = 314,7 × 10-12 m
1. Quelle est la nature de la force qui assure la cohésion de ce cristal ?
C'est la force électrostatique attractive entre anion et cation qui assure la cohésion du
cristal.
2. Calculer la valeur de la force exercée par un anion chlorure sur un cation de potassium et préciser si cette force
est attractive ou répulsive. (/3,5)
La force est attractive car l'ion chlorure et l'ion potassium sont de signes opposés.
L'intensité de cette force vaut : FCl  / K  
FCl  / K  
qCl  q K 
k
d2
(1,6  10 19 ) 2
9,0  10 9
-12 2
(314,7 × 10 )
FCl  / K   2,3  10 9 N
L'intensité de la force exercée par un anion Cl- sur un cation K+ est d'environ 2,3 nN.
3. À votre avis, le chlorure de potassium est-il soluble dans le cyclohexane ? Justifier très succinctement. (/1)
Le chlorure de potassium est un solide ionique. Il se dissoudra a priori dans les solvants polaires ("Like dissolves
like"). Le cyclohexane est un solvant apolaire. Par conséquent, le chlorure de potassium sera très peu soluble dans
le cyclohexane.
On souhaite préparer une solution aqueuse de nitrate de fer (III) de volume V = 250 mL. Pour cela, on dissout une masse
m = 24,2 g d'un solide ionique de nitrate de fer de formule Fe(NO3)3 (s).
4. Écrire l'équation de dissolution de ce solide ionique sachant qu'on forme notamment des ions Fe3+. (/1,5)
Fe(NO3)3 (s) → Fe3+ (aq) + 3 NO3-(aq)
5. Calculer C, la concentration molaire en soluté apporté : Fe(NO3)3. (/2)
𝑛
𝑚
𝐶 = 𝑉 et 𝑛 = 𝑀
d'où
𝑚
𝐶=
𝑀𝑉
24,2
1,00
𝐶=
=
× 4,00
−3
241,8 × 250 × 10
10,0
𝐶 = 4,00 × 10−1 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
La concentration molaire en nitrate de fer III apporté est de 0,400 mol.L-1.
6. Calculer la concentration effective en ions fer et en ions nitrates. (/2)
D'après l'équation de dissolution, lorsqu'on dissout une mole de nitrate de fer, on produit une mole d'ions Fer III
et 3 moles d'ions nitrates. Par conséquent,
[Fe3+] = C = 0,400 mol.L-1 et [NO3-] = 3C = 1,200 mol.L-1
La concentration massique de cette solution de 250 mL de Fe(NO3)3 est de 96 g.L-1.
7. Convertir 250 mL en m3 (/1)
250 mL = 250 × 10−3 L = 250 × 10−3 dm3 = 250 × 10−3 ( 10−1 m)3 = 250 × 10−6 m3
8. Convertir 96 g.L-1 en mg.mm-3 (/2)
96 g.L-1 = 96 × 103 mg.L-1 = 96 × 103 mg.dm-3 = 96 × 103 mg.(102 mm)-3 = 96 × 103 × 10−6 mg. mm-3
96 g.L-1 = 96 × 10−3 mg. mm-3
Données : M(Fe(NO3)3) = 241,8 g.mol-1 ;
k = 9,0 × 109 N.m2C-2 ;
e = 1,6 × 10-19 C
III) Polarité et propriétés physiques
[
/10]
1. Indiquer si les molécules ci-dessous sont polaires ou apolaires. Vous préciserez si nécessaire l'emplacement du
barycentre des charges positives (noté G+) et du barycentre des charges négatives, noté (G-) (/4)
Atome d'oxygène
G-
G+


Apolaire
Polaire
Atome d'oxygène
G+
G-
G-
G+

Atomes de chlore
 Polaire
Polaire
Données :
Élément
Électronégativité
H
2,2
C
2,5
N
3,0
O
3,4
Cl
3,2
On considère que 2,5 et 2,2 sont deux valeurs d'électronégativités très proches.
2. On considère la molécule de méthanol (représentée à la question précédente). Justifier sa grande solubilité
dans l'eau. Vous préciserez notamment quelles sont les interactions susceptibles de s'établir entre les
molécules de soluté et solvant (/2)
La molécule de méthanol est très polaire du fait de la présence du groupement hydroxyle et de la faible
longueur de sa chaîne carbonée. L'eau est un solvant polaire. Les interactions entre les molécules d'eau et les
molécules de méthanol seront donc importantes. Il pourra d'ailleurs se former des liaisons hydrogène entre
molécules d'eau et molécules de méthanol. Ainsi, du fait de ces forces intermoléculaires importantes, les
molécules d'eau vont volontiers entourer les molécules de méthanol. Le méthanol est ainsi très soluble dans
l'eau.
3. Parmi les alcanes suivants, cocher celui dont la température d'ébullition est la plus élevée. Justifier votre choix
sur votre copie en comparant qualitativement l'intensité des interactions entre molécules. (/2,5)

celuil
celuil
celuil
celuil
celuil
celuil
C'est l'hexane qui a ici la température d'ébullition la plus élevée car c'est l'alcane qui a la chaîne carbonée la
plus longue. Les interactions de van der Waals entre deux molécules d'hexane seront ainsi plus intenses
qu'entre deux molécules de butane ou de propane.
Par ailleurs, l'hexane n'est pas ramifié. Les interactions de van der Waals entre deux molécules d'hexane seront
ainsi plus intenses qu'entre deux molécules de 2-méthylpentane car "il n'y a pas de problème
d'encombrement".
4. Parmi les deux molécules suivantes, cocher celle dont la température d'ébullition est la plus élevée. Justifier
votre choix sur votre copie en comparant qualitativement l'intensité des interactions entre molécules. (/1,5)
luil

celuil
Le butan-1-ol qui a une température d'ébullition plus élevée que le butane car il possède un groupement
hydroxyle. Entre deux molécules de butan-1-ol des liaisons hydrogènes vont ainsi pouvoir se former. Les
interactions entre deux molécules de butan-1-ol seront donc plus intenses qu'entre deux molécules de butane.
Il faudra donc monter plus haut en température pour pouvoir le faire passer à l'état gazeux.
IV) Interactions
[
Compléter les phrases suivantes :
1. La cohésion du noyau d'un atome est assurée par l'interaction forte qui s'exerce entre les nucléons.
2. La cohésion d'un solide moléculaire est due aux forces de van der Waals qui s'exercent sur les molécules.
/2]
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