Physiques – Chimie TD de Révision

Physiques – Chimie
TD de Révision
Exercice 1 : Conductivité
Données :
Conductivités molaires ioniques : Λ (S.m².mol-1 ) a 20°C des ions :
H3O- : 350.10-4 ; OH- : 200.10-4 ; NH4- : 74.10-4 ; Cl- : 76.10-4
Constante de la cellule conductimétrique : K = 10-2 m
Expression de la conductivité d'une solution γ = Σ |zi| Λi Ci
On dose par conductimétrie une solution S d'ammoniac de concentration Cb par une solution d'acide
chlorhydrique.
La solution S à doser est introduite dans la burette.
On verse dans un bêcher 10 mL de la solution d'acide chlorhydrique, de concentration Ca= 0,100mol.L-1,
auxquels on ajoute 90 mL d'eau distillée. Dans ce bêcher est également plongée la cellule
conductimétrique, ce qui permet de suivre l'évolution de la conductance G de la solution contenue dans
le bêcher au cours du dosage. Les résultats sont les suivants :
V NH3(mL) 0 2 4 6 8 10 12 14 16
G (mS) 4,26 3,75 3,05 2,50 1,95 1,5 1,52 1,47 1,5
1. Tracer le graphe G = f (V NH3) sur papier millimétré.
Echelle : 2cm = 1 mS
1 cm = 1 mL
2. Écrire 1 équation de la réaction de dosage.
3. Interpréter l'allure de la courbe.
4. Déterminer la concentration Cb de la solution S.
5. Expliquer pourquoi on ajoute 90 mL d'eau distillée à la solution d'acide chlorhydrique contenue
dans le bêcher.
6. Conductivité, conductance :
6.1. Préciser les unités, dans le système international, des grandeurs intervenant dans
l'expression de la Conductivité γ.
6.2. Exprimer la conductivité de la solution du bêcher pour V NH3 = 0 mL. Calculer sa valeur
théorique. En déduire celle de la conductance correspondante.
6.3. La conductance est constante à partir de l'équivalence, déterminer sa valeur théorique.
Exercice 2 : Cinétique
On étudie la réaction d'hydrolyse, en milieu basique, du 2-chloro-2-méthyl propane (ou chlorure de
tertiobutyle) : (CH3)3 - C - Cl, que l'on pourra noter R – CI.
Les ions OH- sont fournis par de la potasse (hydroxyde de potassium) de formule K+ + OH-.
R-CI + OH- → R-OH + CI-
La solution initiale contient 0.0510 mol.L-1 de 2-chloro-2-méthyl propane et 0,0510 mol.L-1 de potasse.
On détermine la concentration molaire, x, en mol.L-1 de R-Cl restant à différents instants t.
t (heures) 0 0,5 1 2 4 6 8
x (mol.L-1) 0,05 0,0474 0,0441 0,0381 0,0284 0,0213 0,0158
1. Vérifier (graphiquement ou par le calcul, au choix) que la réaction est du premier ordre.
On démontrera la relation utilisée.
2. Montrer que la constante de vitesse k vaut 0,146 h-1.
3. Calculer le temps de demi-réaction. On démontrera la relation utilisée.
4. Combien s'est-il formé de ROH à l'instant t = 7 heures ?
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Exercice 3: Thermodynamique
On étudie à 25°C, l'équilibre mis en jeu dans la pile DANIELL :
1
ZnS + Cuaq2+ ↔ Znaq2+ + CuS
-1
1.a) A partir des données thermodynamiques suivantes, déterminer l'enthalpie standard ∆fH0,
l'entropie standard ∆fS0 et l'enthalpie libre standard ∆fG0 de la réaction à 298 K.
b) Quel est le sens de la réaction spontanée à l'état standard à 298 K ? Justifier la réponse.
T = 298 K ZnSCuSZnaq2+ Cuaq2+
∆fH0 (kJ.mol-1) 0 0 -153,4 65,7
S0 (J.K-1.mol-1)41,6 33,2 -109,6 -97,1
2. Calculer la constante d'équilibre K et conclure.
3. On donne les valeurs à 25°C des potentiels standards des deux couples :
E0 Cu2+/Cu = +0,34V
E0 Zn2+/Zn = -0,76 V
Écrire l'équation de la réaction spontanée entre les deux couples dans les conditions standards.
Justifier la réponse.
Est-ce en accord avec la réponse à la question 1. b) ?
4. Calculer la force électromotrice standard E0 de la pile Daniell à 298 K.
On rappelle la constitution d'une pile Daniell :
borne négative : Zn(s) | ZnSO4 || CuSO4 | Cu(s) : borne positive.
En déduire l'enthalpie libre standard ∆fG0298K de la réaction précédente. Comparer le résultat avec celui
de la question 1 a).
Données : R = 8,31 J.K-1.mol-1
Exercice 4 : Chimie Organique
On considère le composé A : (Z) 3,4-diméthylpent-2-éne
1. Donner la représentation semi-développée plane du composé A.
2. On fait réagir le bromure d'hydrogène, de formule HBr, en milieu acide sur A. On obtient deux
produits B et C, B étant majoritaire.
a) Écrire l'équation-bilan de la réaction.
b) Donner les noms et les formules semi-développées planes de B et C.
c) Indiquer combien de stéréoisomères peut donner C.
3. Représenter le stéréoisomère (R) de B en rappelant les régies utilisées.
4. On réalise la réaction de C sur le magnésium dans l'éther anhydre. Il se forme le composé E.
Écrire l'équation-bilan de la réaction.
5. Le composé E réagit avec le propanal pour donner en deux étapes (la deuxième étape est une
hydrolyse) le composé F. Écrire les équations-bilans de ces deux étapes.
Déterminer la formule du composé F et donner son nom.
Exercice 5 : Chimie Organique
L'hydrolyse d'un ester A de formule brute C6H12O2 donne l'acide éthanoïque B et un alcool C.
1°) Sachant que l'alcool C peut présenter une activité optique, donner la formule semi-
développée et le nom de cet alcool.
Dessiner les deux énantiomères de C et préciser leur configuration absolue.
2°) En présence d'acide sulfurique, on réalise la déshydratation intramoléculaire de l'alcool C. D
se forme 2 isomères : D, composé majoritaire et D' minoritaire.
Donner la formule plane et le nom de D et de D'
Expliquer pourquoi D est majoritaire.
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Exercice 6 : Chimie O rganique
1. On fait réagir du benzène avec du monochloromèthane en présence de chlorure d'aluminium (Al CI3)
a) Écrire l'équation de la réaction. On appelle A le composé organique obtenu, donner son nom.
b) De quel type de réaction s'agit-il ?
c) Donner les différentes étapes de son mécanisme.
2. On réalise la mononitration de A.
a) Quel(s) réactif(s) utilise-t-on pour effectuer cette réaction ?
b) Écrire l'équation de la réaction Justifier l'obtention d'un mélange de 2 isomères.
c) Donner la formule de l'isomère B obtenu majoritairement
3. On oxyde B par le permanganate de potassium en milieu acide. Écrire les deux demi-équations
électroniques puis l'équation de la réaction d'oxydo-réduction.
Les couples redox mis en jeu sont : NO2 - C6H4 - COOH / B et MnO4-/Mn2+
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