exo de chimie type 1ère S

AIDE TS
CALCULATRICE INTERDITE
EXERCICE 1 :
Un chimiste verse une masse m = 66,2 g de cristaux de nitrate de plomb dans une fiole jaugée
de 250 mL.
Il ajoute ensuite de l'eau distillée jusqu'au tiers de la fiole, bouche et agite la fiole. Puis il
complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, et agite encore une fois. Tous les cristaux
sont dissous.
1. Quelle est l'interaction fondamentale responsable de la dissociation du cristal ionique dans
l'eau ? Justifier sans calcul, ni expression littérale.
2. L'équation chimique traduisant cette dissolution est Pb(NO3)2 (s) Pb2+(aq) + 2 NO3–(aq)
Quelle est la signification de la notation (aq) au niveau microscopique pour les ions ?
3. Calculer la concentration molaire c en soluté Pb(NO3)2 (s) apporté dans la solution.
4. Calculer la quantité de matière initiale n0 de Pb(NO3)2 (s).
5. Compléter le tableau d'avancement ci-après. (en littéral, ainsi qu'avec les valeurs numériques)
équation chimique
Avancement
(mol)
État du
système
État initial
x=0
En cours de
transformation
État final
Quantités de matière (mol)
n0 =
x
xmax =
6) Exprimer les concentrations molaires effectives en ions de la solution ( [Pb2+(aq)] et [NO3–(aq)] )
en fonction de xmax et V.
Calculer ces concentrations.
7) Indiquer la relation littérale entre c, [Pb2+(aq)] et [NO3–(aq)].
Donnée:
Masse molaire du nitrate de plomb = 331 g.mol–1
EXERCICE 2 : Ions à connaître
Compléter le tableau suivant :
Formule
Nom
chimique
HO −
sodium
Nom
Formule
chimique
oxonium
hydrogène
O 2−
MnO4 −
sulfate
NO3 −
EXERCICE 3 : Validation d'une équation chimique par mesure de pression
Un flacon d'un volume de 1,204 L fermement bouché contient un volume V1 = 300 mL d'une solution
d'hypochlorite de sodium (eau de Javel) de concentration molaire c1 = 0,30 mol.L−1. Il est placé sur un
agitateur magnétique. Ce flacon est relié à un capteur qui permet de suivre l'évolution de la pression du gaz
qu'il contient.
Une seringue permet d'introduire V2 = 4,0 mL d'ammoniaque de concentration molaire c2 = 10 mol.L−1
dans le flacon. La seringue est bloquée par un dispositif évitant tout risque de reflux du piston.
La réaction modélisant la transformation chimique entre l'ammoniaque et les ions hypochlorite s'écrit :
3 ClO−(aq) + 2 NH3 (aq) N2 (g) + 3 H2O (l) + 3 Cl−(aq)
La transformation a lieu à température constante θ = 27°C.
La pression du gaz dans le flacon vaut dans l'état initial Pi = 1,00×105 Pa
Après quelques minutes la pression n'évolue plus et vaut Pf = 1,55×105 Pa.
On considère qu'au cours de la transformation les gaz peuvent occuper un volume V = 900 mL dans le
flacon.
1. Indiquer les expressions littérales et les calculs des quantités de matière n1 et n2 de chaque réactif
dont les valeurs figurent dans le tableau d’avancement.
2. Compléter la ligne « En cours de transformation » du tableau.
3. Déterminer la valeur de l’avancement maximal xmax en justifiant clairement sur la copie.
Compléter la ligne « État final » du tableau (expressions littérales et valeurs numériques).
4. D’après le tableau d’avancement quelle quantité de matière de diazote gazeux nN2théo doit
théoriquement se former ?
5. Confrontation entre le modèle théorique et les mesures de pression.
5.1. Calculer la variation de pression ∆P au cours de la transformation chimique.
5.2. En utilisant la loi des gaz parfaits, exprimer littéralement ngazEXP la quantité de matière
de gaz produite au cours de la transformation.
5.3. Calculer ngazEXP
Aide aux calculs :
0,55×105 = 5,5×104
3×5,5 = 16,5
16,5/8,3 = 2,0
5.4. L'équation chimique est-elle validée?
3
−1
−1
Données:
R constante des gaz parfaits R = 8,3 Pa.m .K .mol
0°C = 273 K
équation chimique
État du
système
État initial
Avancement
(mol)
x=0
En cours de
transformation
État final
3 ClO−(aq) + 2 NH3 (aq) x
xmax =
N2 (g)
+
3 H2O (l) +
3 Cl−(aq)
Quantités de matière (mol)
n1 =9,0×10–2
n2 =4,0×10–2
0
0
AIDE TS CORRECTION
CALCULATRICE INTERDITE
Exercice 1: Dissolution d'un solide ionique
1. L'interaction électrique est responsable de la dissociation du cristal ionique.
Les molécules d'eau sont polarisées : l'atome d'oxygène porte une charge partielle –2δ et chaque atome
d'hydrogène porte une charge partielle +δ. Ceci car l'électronégativité de l'oxygène est supérieure à celle de
l'hydrogène.
Il y alors interaction électrique entre les charges portées par l'eau et les charges portées par les ions du
cristal.
2. La notation (aq) signifie qu’au niveau microscopique les ions s'hydratent, ils s'entourent de molécules d'eau.
Cu2+(aq) = [Cu(H2O)6]2+
m
n
m
3. n =
et c =
donc c =
M
V
M.V
66, 2
c=
=0,800 mol.L–1
331× 0, 250
m 66, 2
4. n0 =
=
= 0,200 mol de Pb(NO3)2 (s) apporté en solution.
M 331
Pb(NO3)2 (s)
5. équation chimique
Avancement
(mol)
État du
système
État initial
6. [Pb2+(aq)] =
m
M
= 0,200
n0 – x =
0,200 – x
n0 =
x
État final
xmax = 0,200
nPb2+
Pb2+(aq)
2 NO3–(aq)
+
Quantités de matière (mol)
x=0
En cours de
transformation
n0 – xmax = 0
0
0
x
2x
xmax = 0,200
2xmax =0,400
xmax
V
=
V
0,200
[Pb2+(aq)] =
= 0,800 mol.L–1
0,250
nNO2xmax
3
[NO3–(aq)] =
=
V
V
2 × 0,200
[NO3–(aq)] =
= 1,60 mol.L–1
0,250
2+
7. c = [Pb
(aq)]
=
−
[NO3(aq)
]
2
EXERCICE 2 :
Nom
Formule
chimique
Nom
Formule chimique
hydroxyde
HO−
oxonium
H3O+
sodium
Na+
hydrogène
H+
oxyde
O2−
sulfate
SO42–
permanganate
MnO4−
nitrate
NO3−
EXERCICE 3 : (………/ 8 pts) Validation d'une équation chimique par mesure de pression
0,25
0,25
0,25
0,25
1. Quantité de matière n1 d’ions hypochlorite ClO– :
n1 = c1.V1
n1 = 0,30 × 0,300 = 9,0×10–2 mol
Quantité de matière n2 d’ammoniaque NH3 :
n2 = c2.V2
n2 = 10×4,0×10–3 = 40×10–3 = 4,0×10–2 mol
3 ClO−(aq) + 2 NH3 (aq) équation chimique
État du
système
Avancement
(mol)
État initial
x
n2 =4,0×10–2
n1 – 3x =
n2 – 2x =
–2
9,0×
×10 – 3x 4,0×
×10–2 – 2x
n1 – 3xmax =
n2 – 2xmax =
xmax =
9,0×10–2 –
4,0×10–2 –
–2
–2
1,5 pt
3×2,0×10 = 2×2,0×10–2 =
2,0×
×10
0
3,0×
×10–2
3. Détermination de l’avancement maximal xmax :
2. En cours de
transformation
État final
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5
1 pt
+
3 H2O (l) +
3 Cl−(aq)
Quantités de matière (mol)
n1 =9,0×10–2
x=0
N2 (g)
0
0
x
3x
xmax =
2,0×
×10–2
3xmax =
6,0×
×10–2
Si ClO– est le réactif limitant, il est totalement consommé soit n1 – 3xmax = 0. Donc xmax = n1 .
3
−2
9, 0 × 10
xmax =
= 3,0×
×10–2 mol
3
n
Si NH3 est le réactif limitant alors n2 – 2xmax = 0, soit xmax = 2 .
2
−2
4, 0 × 10
xmax =
= 2,0×
×10–2 mol
2
Le réactif limitant est celui qui conduit à l’avancement maximal le plus faible, il s’agit de
l’ammoniaque et xmax = 2,0×
×10–2 mol.
4. D’après le tableau d’avancement, nN2théo = xmax donc nN2théo = 2,0×
×10–2 mol.
0,25
0,25
5. Confrontation entre le modèle théorique et les mesures de pression.
5.1. ∆P = Pf – Pi
∆P = 1,55×105 – 1,00×105 = 0,55×
×105 Pa
0,5
5.2. D’après la loi des gaz parfaits ∆P.V = ngazEXP .R.T, donc ngazEXP =
0,25
0,25
0,5
5.3. Attention aux unités : V en m3, T en K
5,5 × 104 × 900 ×10−6 5,5 × 900 × 10−2 5,5 × 3, 00 × 10−2 16,5 ×10−2
ngazEXP =
=
=
=
= 2,0×10–2 mol
8,3 × 300
8,3 × 300
8,3
8,3
–2
5.4. D’après le tableau d’avancement nN2théo = 2,0×10
mol et d’après l’expérience
0,5
∆P.V
R.T
ngazEXP = 2,0×10–2 mol. Le diazote étant la seule espèce gazeuse, les résultats expérimentaux sont
en accord avec l’équation chimique, celle-ci est validée.