Physique – Chimie Cahier de révisions été 2016 entrée en Tle S

Physique – Chimie
Cahier de révisions été 2016
entrée en Tle S
Avant de commencer l'année de terminale, quelques petites révisions sont les bienvenues. Voici
quelques exercices pour réactiver vos neurones endormis par ces semaines de repos...
Quantité de matière, concentration, réalisation de
solution
Energie interne
Exploiter un dosage
Energie mécanique
Écrire une équation de réaction acide-base
Écrire une équation de réaction d'oxydoréduction
Reconnaître les fonctions chimiques
Tableau d'avancement
Conversions, chiffres significatifs
Exercice : Puissances de 10 et conversions
Rappel : Tableau à connaître par cœur !!!!
10n
Préfixe
Symbole
106
méga
M
103
kilo
k
102
hecto
h
101
déca
da
100 = 1
(aucun)
(aucun)
10-1
déci
d
10-2
centi
c
10-3
milli
m
10-6
micro
μ
10-9
nano
n
Rappel : règles mathématiques
• Multiplication : 10A x10B = 10A+B
• Division : 10A /10B = 10A-B
Ça ne serait pas plus
simple en puissance de 10 ?
1. Convertir dans l'unité de base :
Méthode : Il suffit de remplacer le multiple ou le sous multiple par la puissance de 10 correspondante.
• 2 mm à convertir en m soit 2 mm = 2x10-3 m
• 1,5x102 cm à convertir en m soit 1,5x102 cm = 1,5x102x10-2 m = 1,5x100 m = 1,5 m
Applications : convertir les valeurs suivantes dans l'unité de base demandée :
a) 15 cL en L
d) 1,5x102 nm en m
b) 2,3 kg en g
e) 7,2x10-1 μm en m
c) 20 ms en s
f) 60x10-3 ms en s
2. Convertir des valeurs suivantes dans un multiple ou sous-multiple :
Méthode : Faire apparaître la puissance de 10 correspondant au multiple souhaité (pour faire
apparaître 103 il suffit d'écrire 103x10-3) puis remplacer la puissance de 10 par le symbole du multiple.
Exemples 1 : 15 m à convertir en km soit 15 m = 15 x103 x10-3 km = 15x10-3 km
Exemples 2 : 32x10-2 m à convertir en mm 32x10-2 m = 32x10-2x10-3x103 = 32x10-2x103 mm = 32x101 mm
Applications : Convertir les valeurs suivantes dans le multiple ou sous-multiple demandé :
a) 2,3 g en kg
b) 5 L en mL
c) 1,2 W en MW
d) 6,4x10-5 s en μs
e) 6,25 x106 g en kg
f) 7x10-7 m en nm
Écrire des équations de réactions d'oxydo-reduction :
Rappel :
Un oxydant est une espèce chimique capable de fixer un ou plusieurs électrons.
Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons.
Une réaction d'oxydo-réduction est un échange d'électrons entre l'oxydant d'un couple et le réducteur d'un autre
couple.
1. Écrire les ½ équations des couples :
a) I2 / Ib) C2H4O2 / C2H6O
c) MnO4- / Mn2+
2. Écrire les équations des réactions suivantes : (on rappelle qu'il faut d'abord écrire les ½ équations de réaction, les
couples sont écrits au dessous)
a) Réaction entre le diiode I2 et l'ion thiosulfate S2O32b) Réaction entre l'ion cuivre Cu2+ et l'aluminium Al.
c) Réaction entre l'eau oxygénée H2O2 et l'ion permanganate MnO4-.
Couples :
I2 / I-
S4O62- / S2O32-
Rappel de cours :
Cu2+ / Cu
Al3+ / Al
O2 / H2O2
MnO4- / Mn2+
Calculer des quantités de matière
La mole est l'unité de quantité de matière. Une mole d'atomes, de molécules, d'ions...est la quantité de
matière d'un système contenant 6,02x1023 atomes , molécules, ions...
Le nombre N d'atomes, de molécules, d'iions...contenus dans un système est propotionnel à la quantité
de matière n correspondante :
N=n×N A
23
−1
n s'exprime en mol et NA, appelé constante d'AVOGADRO, vaut NA=6,02×10 mol
La masse molaire atomique M d'un élément est la masse d'une mole d'atomes de cet élément ; elle
s'exprime en g.mol-1.
La masse molaire moléculaire M d'une espèce chimique est la masse d'une mole de ses molécules. Elle
est égale à la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents la molécule. Elle
s'exprime en g.mol-1.
La masse molaire d'un ion polyatomique est égale à la somme des masses molaires atomiques de tous
les éléments présents l'ion et s'exprime en g.mol-1.
1. Un morceau de sucre contient 9,78  1021 molécules de saccharose, quelle est la quantité de matièr de
saccharose présente ?
2. Déterminer la quantité de matière contenue dans une cuillérée de sucre de masse m= 3,0 g.
Formule brute du saccharose C12H22O11
3. Même question pour une pincée de sel de masse m= 150 mg
Formule brute du sel de cuisine (chlorure de sodium) NaCl
Données :
Masses molaires en
g/mol
H
C
O
Na
Cl
1,0
12,0
16,0
23,0
35,5
Calculer des concentrations
Rappels de cours :
La concentration massique (ou teneur massique) d’une espèce chimique est la masse de cette espèce
chimique dissoute dans un litre de solution. Elle s’exprime le plus souvent en g.L -1
La concentration molaire d’une espèce chimique est la quantité de matière de cette espèce dissoute dans
un litre de solution. Elle s’exprime le plus souvent en mol.L-1.
1. Le sérum physiologique peut être utilisé pour le rinçage de l’œil ou des sinus. Il est conditionné en
ampoules de volume Vsol = 5,0 mL contenant une masse m= 45 mg de chlorure de sodium. Calculer la
concentration massique du chlorure de sodium dans le sérum physiologique.
2. Une tasse de café sucré contient 5,6 g pour un volume de 50 mL. Déterminer la teneur en sucre du café.
3. Une perfusion de volume V = 1,5 L contient 4,17 mmol de glucose. Calculer la concentration molaire en
glucose de la perfusion.
4. Sur l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale on peut lire t(Ca2+)= 468 mg.L-1 ; quelle est la
concentration molaire des ions calcium dans la bouteille ? Donnée : M (Ca) = 40,1 g.mol-1
Préparer des solutions
Rappel de cours.
Par dissolution d’un composé solide.
Entrainez-vous à l’aide du site : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/solution_massique.swf
Par dilution d’une solution mère.
Lors d’une dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté (l’espèce dissoute).
La quantité de matière de soluté : n=C 0⋅V 0=C.V
V = volume final de la solution fille (volume de la fiole jaugée).
V0 = volume à prélever de la solution mère (volume de la pipette jaugée) : V 0=
On définit le facteur de dilution F comme le rapport :
F=
C.V
C0
C0 V
=
C V0
Entrainez-vous à l’aide du site : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/solution_massique.swf
Exercices :
1. Un technicien doit préparer une solution aqueuse de permanganate de potassium de volume
Vsol= 2,0 L à la concentration C= 2,0  10-3 mol.L-1
a) Quelle quantité de permanganate de potassium doit-il prélever ?
b) En déduire la masse de permanganate de potassium qu’il doit peser.
Masse molaire du permanganate de potassium ; M= 158 g/mol
2. On veut préparer 200 mL d’une solution de glucose (C6H12O6) à la concentration de 0,50 mol/L.
Décrire le protocole expérimental en précisant les différents calculs et en nommant la verrerie.
Masse molaire du glucose ; M= 180 g/mol
3. On dispose d’une solution de chlorure de sodium de concentration 11,7 g /L. On souhaite obtenir 100
mL d’une solution à la concentration de 1,0  10-2 mol/L.
Masse molaire du chlorure de sodium : M= 58,5 g/mol
a) Quel volume de la solution mère faut-il-prélever ?
b) Quel est le facteur de dilution ?
4. On considère une solution de bétadine de concentration en diiode C0= 6,20  10-3 mol/L. On souhaite
préparer par dilution de la solution mère un volume V= 250 mL de solution à la concentration en diiode
C= 2,48  10-4 mol/L.
a) Calculer le facteur de dilution.
b) Déterminer le volume V0 de solution mère à prélever.
c) Rédiger le protocole expérimental.
Déterminer le rendement d'une transformation chimique
Rappel :
• On cherche la quantité maximale de produit que l'on peut former
• on calcule les quantité de matière de réactif initialement présents
• On construit le tableau d'avancement de la réaction
• On cherche le réactif limitant et on calcule xmax
• On calcule la masse maximale de produit obtenue en théorie grâce au tableau d'avancement
• Connaissant la quantité réelle de produit formé, on calcule le rendement :
n
mreel
Rendement= reel =
nthéorique mthéorique
On exprime le rendement en pourcentage (résultat du calcul x 100)
Si vous avez oublié comment remplir un tableau d'avancement, allez voir le site :
http://physique.ursule.free.fr/livres.html
1. On réalise une réaction d'estérification entre l'acide ethanoïque et l'ethanol :
C2H4O2
+
ethanol
C5H12O
=
alcool
isoamylique
C7H14O2
+
ethanoate
d'isoamyle
H2O
au
On mélange pour cela 0,10 mol d'éthanol avec 0,30 mol d'alcool isoamylique et quelque gouttes d'acide
sulfurique concentré. On obtient à l'issue de la synthèse 9,7 g d'éthanoate d'isoamyle.
a) Construire le tableau d'avancement puis déterminer l'avancement maximal de la réaction.
b) Calculer la masse maximale d'éthanoate d'isoamyle (M = 130,0 g.mol -1) que l'on peut obtenir.
c) Calculer le rendement de la transformation chimique.
2. On synthétise la dibenzylideneacétone selon la réaction :
On a mélangé 10,0 mL de benzaldéhyde et 15 mL de propanone. A l'issue de la synthèse, on a obtenu 6,5 g
de dibenzylideneacétone.
a) Calculer les quantités de mati_re de benzaldéhyde et de propanone (aide : utiliser la masse volumique
pour calculer la masse puis caluler la quantité de matière)
b) Costruire le tableau d'avancement et déterminer l'avancement maximal.
c) Calculer le rendement de la synthèse chimique.
Données :
Masse molaire en g.mol-1
Masse volumique en g.mL-1
Benzaldéhyde
106,1
1,04
Acétone
58,1
0,79
Dibenzylidèneacétone
234,3
Nommer les alcanes et les alcools
Rappel : les 9 premiers alcanes :
Rappel de quelques groupes ramifiés :
méthyl
éthyl
propyl
- CH3
- CH2 - CH3
- CH2 – CH2 – CH3
Alcanes.
 Déterminer le nombre d’atomes de carbone de la chaîne carbonée principale.
 Repérer les ramifications.
 Numéroter les atomes de carbone de la chaine principale, de sorte que les numéros des atomes
porteurs des ramifications soient les plus petits possibles.
 Le nom de l’alcane ramifié est constitué du nom de l’alcane linéaire de même chaîne principal
précédé du nom des ramifications elles même précédée de leur indice de position.
Alcools Identifier la chaine principale (la plus longue chaîne carbonée contenant l’atome de carbone
porteur du caractéristique hydroxyle –OH)
 Numéroter les atomes de la chaîne principale de sorte que le numéro de l’atome porteur du
groupe caractéristique (carbone fonctionnel) ait le plus petit indice possible.
 Pour un alcool le suffixe –ane est remplacé par la terminaison –an suivie du numéro de l’atome de
carbone porteur du groupe hydroxyle –OH puis du suffixe –ol.
Exercice : Compléter le tableau suivant :
Formule de la molécule
Nom de la molécule
3-Ethyl-4,5-diméthylhexane
2,3,3,4-tétraméthylhexane
3-méthylbutan-2-ol
Énergie interne
Un nettoyeur vapeur haute-pression utilisé pour le nettoyage des sols a un réservoir contenant 2800 g
d'eau. Pour obtenir la vapeur nécessaire au nettoyage des sols, l'eau contenue dans le réservoir doit être
chauffée à une température de 160°C. La température initiale de l'eau contenue dans le réservoir est égale
à 15°C.
Remarque : dans le nettoyeur vapeur la température de vaporisation de l'eau est supérieure à 160°C.
1. Calculer l'énergie nécessaire à apporter au chauffage de l'eau.
2. La puissance de chauffe est de 2100 W. Combien de temps devra-t-il fonctionner pour chauffer
l'eau ?
Donnée : capacité thermique massique de l'eau Ceau = 4180 J.kg-1.K-1
Énergie interne avec changement d'état
Calculer l'énergie qu'il faut fournir à une masse m = 5,0 kg de glace à 0°C pour obtenir 5,0 kg d'eau à 0°C.
Donnée : énergie massique de fusion de la glace Lfusion = 334 J.g-1.
Énergie mécanique
Exercice 1 :
Lors du championnat du monde de pétanque à Marseille en 2012,
une boule de pétanque de masse m = 750 g a été filmée entre
l'instant où elle est lancée par un joueur et l'instant où elle a touché
le sol. Les images obtenues ont ensuite été traitées pour visualiser
l'évolution temporelle de l'énergie cinétique Ec, de l'énergie
potentielle de pesanteur Epp et de l'énergie mécanique Em.
L'origine du repère de l'énergie potentielle est le sol. Les courbes
obtenues sont représentées ci-contre.
Données :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Intensité de pesanteur : g = 9,8 N.kg-1
Énergie cinétique : Ec = ½ .m.v²
(masse en kg ; vitesse en m.s-1)
Énergie potentielle de pesanteur : Epp = m.g.z (masse en kg ; altitude en m)
Au bout de combien de temps la boule de pétanque touche-t-elle le sol ?
Identifier, en justifiant, les courbes correspondant à chacune des énergies.
Que peut-on dire des frottements de l'air qui s'exercent sur la boule de pétanque ?
Donner la valeur de l'énergie cinétique de la boule de pétanque au moment de son lancer.
En déduire la valeur de la vitesse initiale v0 de la boule de pétanque.
Donner la valeur maximale de l'énergie potentielle de pesanteur de la boule de pétanque au cours
de son mouvement.
7. En déduire la valeur de l'altitude maximale atteinte par la boule de pétanque.
Exercice 2 :
Lors d’un saut, un skieur initialement immobile se laisse glisser depuis le haut d’un tremplin de hauteur
h=138 m. Le sauteur a une masse de 68 kg.
On considère que durant la phase d’élan son énergie mécanique reste constante et on choisit la zone de
décélération comme référence des énergies potentielles. On donne g= 9,8 N.kg -1.
1. Calculer l’énergie potentielle de pesanteur, Ep (haut) du sauteur lors de son départ en haut du
tremplin puis l’énergie potentielle de pesanteur, Ep (bas) au moment de l’envol.
2. En appliquant la conservation de l’énergie mécanique, calculer l’énergie cinétique du skieur au moment
de son envol.
3. En déduire la vitesse du skieur au moment de son envol. En réalité le skieur a une vitesse moins
importante, pourquoi ?
4. Le graphe ci-dessous représente les différentes énergies du skieur, depuis son envol jusqu’à la réception.
Identifier, en justifiant la réponse, chacune des courbes puis préciser comment évoluent les différentes
énergies lors de la phase de décélération.
Force de gravitation.
On rappelle l’expression de la force d’attraction gravitationnelle entre un corps A de masse m A et un
corps B de masse mB distants de d.
FA/B =FB/A =G
mA m B
d
2
1. Calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle FS/T exercée par le Soleil sur la Terre.
2. Sur un schéma sur lequel figure le Soleil représenter la force précédente à l’échelle
1 cm 1022 N
3. La Terre décrit une orbite quasi circulaire autour du Soleil en une année. Déterminer en km.h -1 puis en
m.s-1, la valeur de la vitesse de la Terre lors de son mouvement autour du Soleil.
Données :
Masse du Soleil : mS= 2,01030 kg ; masse de la Terre : mT= 6,01024 kg
Distance Terre Soleil : dTS= 150 106 km ;
Constante de gravitation universelle G= 6,6710-11 N.m2.kg-2
1 année= 365 jours ; 1 jour = 24 h ; 1 h= 3600 s