Corrigés des exercices extraits de sujets DTMS sur l`oxydo réduction

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Corrigés du sujet DTMS 2009
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Code des couleurs utilisées :
Les questions sont en noir et les données en italiques comme le barème
Les réponses sont en rouge
Les notes de cours sont en mauve
Exercice 1 : l’octane et le dioxyde de carbone 5 points
Le dioxyde de carbone CO2 est reconnu comme étant le principal responsable de l’effet de serre. Son émission provient
notamment de la combustion des carburants. Ainsi la combustion de l’octane qui est le principal composant de l’essence,
s’effectue selon la réaction suivante :
…..C8H18 + …..O2 ….CO2 + ….H2O
1°) Recopier et équilibrer cette équation bilan 1 point
Equilibrer une équation chimique c’est mettre des coefficients (stoechiométriques) devant chaque molécule de réactifs
chimiques et de produits de la réaction chimique SANS modifier les formules chimiques :
Les réactifs donnent les produits
C8H18 + 25/2.O2 8.CO2 + 9 H2O
NB1 : le coefficient 1 est toujours omis (non marqué) mais il existe, ne l’oubliez pas !
NB2 : les coefficients stoechiométriques sont les proportions relatives de chaque molécule ; ils sont utilisés lorsque on veut
obtenir, comme dans une recette de cuisine, une proportion massique via les masses molaires de chaque molécules ou une
proportion volumique pour les gaz uniquement via le volume molaire = 22,4 ou 24 L/mol selon la température (0°C ou 20°C).
2 °) a) A quelle famille d’hydrocarbure appartient l’octane ? 0,25 point
L’octane est un alcane
b) Donner la formule brute générale de cette famille d’hydrocarbures 0,25 point
CnH2n+2
3°) Calculer la masse molaire de l’octane 0,5 point
M(C8H18 ) = 8 x 12g + 18 x 1 g = 114 g/mol
4°) Ecrire la formule semi développée de l’octane 0,5 point
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
5°) Sachant qu’un litre d’essence contient environ 6 moles d’octane, calculer le nombre de moles de CO2 formé lors de la
combustion d’un litre d’essence.
D’après l’équation équilibrée en 1°) une mole d’octane libère 8 moles de CO2 en brûlant
Donc 6 moles libèreront 48 moles de CO2
6°) En déduire le volume de dioxyde de carbone dégagé par la combustion d’un litre d’essence 0,5 point
VCO2 = 48 x 24 = 1 152 L
7°) Quel serait le volume de CO2 en litres puis en m3 émis par une voiture qui consomme 6 L de carburant au 100 km sur un
trajet de 300 km ? 0,5 point
VCO2 = 1 152 L x 6 x 3 = 20 736 L = 20,7 m3
Données : M(C) = 12 g/mol ; M(H) = 1 g/mol
Volume molaire : Vm = 24 L/mol

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Deuxième partie :
1°) Donner la représentation de Lewis des atomes de carbone C et d’oxygène 0. 0,5 point
Les représentations de Lewis concernent les électrons externes des atomes : un tiret représente un doublet électronique
et un point représente un électron célibataire :
Diaporama des représentations des 10 premiers atomes
Pour le carbone : les formules électroniques :
K(2) L(4) soit 6 électrons
Pour l’oxygène :
K(2) L(6) soit 8 électrons
Autres atomes :
Pour l’azote : K(2) L(5) soit 7 électrons p 185 du livre bleu
Pour l’hydrogène :
H
1
1
Modèle de Lewis : H
K(1) soit 1 électron
Pour le gaz ammoniac NH3 : figure 5 p 190 du livre bleu
2°) En déduire la représentation de Lewis de la molécule de dioxyde de carbone CO2 0,5 point
Données : numéro atomique Z = 6 pour C et Z = 8 pour O
N
7
14
Modèle de Lewis : N
C
6
12
Modèle de Lewis : C
O
8
16
Modèle de Lewis : O

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Exercice n°2 : Dosage acide fort / base forte 6 points
Première partie
Afin d’effectuer le dosage d’une solution d’acide chlorhydrique HCl , on prépare 200 mL d’une solution d’hydroxyde
de sodium NaOH de concentration C1 = 0,1 mol/L à partir d’une solution mère de concentration C0 = 1 mol/L.
1°) Calculer le volume de solution mère à prélever ainsi que le volume d’eau distillée nécessaire. 1 point
La dilution : le principe de calcul réside dans l’égalité entre le nombre de mole du soluté prélevé dans la solution mère (n1) et
le nombre de mole de soluté à mettre dans la solution fille (n2) : n1 = n2
n = C x V car C = n/V avec C la concentration molaire en mol/L et V le volume en L
n est le nombre de mole ou quantité de matière en mol. Voir le livre bleu p202
Les calculs de dilution se font avec C1.V1 = C2.V2* correspondant à n1 = n2 : égalité du nombre de mole entre les
solutions 1 & 2. Ici 2 est remplacé par 0 !
C1.V1 = C0.V0 donc V0 = C1.V1 / C0 = 0,1 x 200 = 20 mL
Il faut donc prélever 20 mL de la solution mère (concentrée) et ajouter 200 – 20 = 180 mL d’eau distillée.
Ce savoir est identique à celui de l’exercice 2 du sujet 2008
* cette formule est donnée en fin d’exercice, pour la seconde partie, mais ce n’est pas toujours le cas
2°) Indiquer le protocole opératoire ainsi que le matériel nécessaire à l’obtention de la solution fille.
Protocole opératoire pour réaliser une dilution :
Matériel nécessaire : 0,5 point
1 solution mère
1 propipette http://spcfa.ac-rouen.fr/rectorat_physique/IMG/pdf/Pipette.pdf
1 pipette de 20 mL
1 fiole jaugée de 200 mL pour recevoir la solution fille
Avec bouchon rodé ou parafilm pour assurer le mélange
1 blouse + lunette + gants + paillasse carrelée (sécurité)
1 bécher de 100 mL pour recevoir les restes de solution mère
1 bidon de recyclage des acides
1 pissette d’eau distillée
180 mL d’eau distillée dans une éprouvette graduée de 200 mL
Méthode : http://spcfa.ac-rouen.fr/rectorat_physique/article.php3?id_article=174 0,5 point
Sur une paillasse bien éclairé disposer le matériel dans l’ordre d’utilisation.
Monter la propipette sur la pipette et la dégonfler
Mélanger la solution mère en bouchant le contenant et en l’agitant
légèrement
Plonger la pipette dans la solution mère et aspirer le liquide en gonflant la
propipette
Monter le liquide jusqu’à la boule supérieure dite de sécurité
Positionnez la pipette sur le bécher de 100 mL
Enlever la propipette tout en bouchant la pipette avec votre index : les
gouttes tombent dans le bécher
Ajuster le niveau du liquide (ménisque bas) au trait de jauge haut
Récupérer la goutte finale en touchant le bécher avec la pointe de la
pipette :
Attention elle est très fragile !
Positionnez la pipette dans la fiole jaugée de 200 mL et laisser couler
jusqu’au trait de jauge bas
Toujours avec le ménisque bas : les traits de jauge doivent être à la
hauteur de vos yeux devant la source de lumière
Vider le reste de solution mère dans le bécher
Rincer la pipette à l’eau distillée dans le bécher
Ajouter l’eau distillée dans la fiole jaugée et compéter le niveau, goutte à
goutte, avec la pipette
Boucher la fiole et renverser le liquide pour homogénéiser le contenu.

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3°) A l’aide du pictogramme situé sur l’annexe 1, indiquer les précautions à respecter lorsque l’on utilise une solution
d’hydroxyde de sodium.
C’est le pictogramme « corrosif ». Lorsqu’on utilise de l’hydroxyde de sodium il faut éviter tout contact avec la peau
ainsi que les versements ou éclaboussures accidentelles. Donc travailler avec des gants, une blouse, des lunettes et sur une
paillasse carrelée.
De plus ce produit est nocif pour l’environnement : tous les déchets qui en contiennent doivent être recyclés via le
bidon contenant les bases. Pictogrammes de sécurité ; phrases R et S
4°) La réaction de dissociation de l’hydroxyde de sodium est la suivante :
NaOH Na+ + OH-
En déduire la concentration en ions OH- de la solution fille. 0,5 point
L’équation indique qu’une mole de NaOH donne une mole de OH- donc :
[NaOH] = [OH-] = 0,1 mol/l
5°) Calculer la concentration en ions H3O+ de cette solution.
On rappelle que le produit ionique de l’eau est donné par [H3O+] [ OH- ] = 10-14 0,5 point
[H3O+] [OH-] = 10-14
[H3O+] x 0,1 = 10-14
[H3O+] = 10-14 / 0,1
[H3O+] = 10-13 mol/L
6°) Calculer le pH de cette solution en utilisant la relation précisée dans les données 0,5 point
pH = - log [H3O+]
pH = - log 10-13
pH = 13
Deuxième partie
1°) Le dosage choisi est un dosage colorimétrique avec le BBT comme indicateur coloré. On utilise un volume V2 = 20 mL de
la solution d’acide chlorhydrique. Il faut alors un volume Ve = 17 mL de Na OH pour atteindre la zone de virage.
a°) Calculer la concentration C2 de la solution d’acide chlorhydrique. 1 point
C2.V2 = C1.Ve
C2.= C1.Ve /V2
C2.= 0,1.17 / 20
C2.= 0,085 mol/L
b°) l’équation de dissociation de l’acide chlorhydrique est la suivante :
H2O + HCl H3O+ + Cl-
En déduire la concentration en ion H3O+ de cette solution 0,5 point
[H3O+ ] = C2 = 0,085 mol/L
2°) Calculer le pH de cette solution d’acide chlorhydrique. Arrondir au dixième. 0,5 point
pH – log 0,085
pH = 1,07
pH = 1,1
Données : C2.V2 = C1.Ve ; pH = - log [H3O+]

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Exercice n°3 : Dureté d’une eau minérale : 3 points
Une eau minérale bien connue donne sur l’étiquette de ses bouteilles les informations suivantes :
Calcium 468 mg/L Sulfates 1 121 mg/L
Magnésium 74,5 mg/L Nitrates 2,9 mg/L
Sodium 9,4 mg/L
1°) Donner la formule des ions sulfates et des ions nitrates 0,25 point
Sulfates SO42-
Nitrates NO3-
2°) On se propose de calculer la dureté de cette eau minérale. Citer les ions pris en compte dans le calcul de la dureté
des eaux. 0,25 point
Les ions pris en compte sont les ions Ca2+ et Mg2+
3°) Exprimer la concentration en g/L des ions calcium et magnésium 0,5 point
[Ca2+] = 0,468 g/L
[Mg2+] = 0,0745 g/L
4°) Calculer la concentration des ions calcium et magnésium en mol/L 1 point
Arrondir à 10-4 mol/L
[Ca2+] = 0,468 / 40 = 117 x 10-4 mol/L
[Mg2+] = 0,0745 / 24 = 31 x 10-4 mol/L
Données : M(Mg) = 24 g/mol ; M(Ca) = 40 g/mol
5°) Calculer le degré hydrotimétrique français de cette eau minérale 0,5 point
Rappel :
1 degré hydrotimétrique français (1°f) correspond à une concentration molaire totale en ions Ca2+ et Mg2+ égale à 10-4 mol/L
Le degré hydrotimétrique est = 117 + 31 = 148 °f
6°) On considère qu’une eau est dure lorsque son degré hydrotimétrique est supérieur à 25°f.
Que peut-on dire de cette eau minérale ? 0,5 point
Cette eau est donc extrêmement dure