Exercices corrigés de révision pour le passage en - trole

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Etre prêt(e) pour la Terminale S
Le programme de terminale S étant très dense en physique chimie, avec en moyenne un chapitre par
semaine, autant y être préparé afin de bien démarrer l’année.
Voici donc quelques exercices portant sur des notions de Première S et dont vous aurez besoin en
Terminale.
Pour ce qui est du support de cours, vous disposez de vos polycopiés ainsi que du site
http://christrole.free.fr . Les corrections sont à la fin !
A chacun son rythme, et bon courage.
CT
Merci beaucoup à Mme Charbonnier qui a composé ce recueil d’exercices !
Sommaire :
1
A-
Des outils incontournables… ........................................................................................................ 2
B-
Interactions fondamentales .............................................................................................................. 3
C-
Notion de champ ........................................................................................................................ 4
D-
La couleur ................................................................................................................................... 5
E-
Le photon ....................................................................................................................................... 6
F-
Energies........................................................................................................................................... 7
G-
Transfert thermique ..................................................................................................................... 8
H-
Molécules .................................................................................................................................... 9
I-
Solide ioinique ............................................................................................................................... 10
J-
Dissolution et dilution .................................................................................................................... 10
K-
Avancement ................................................................................................................................... 12
L-
Solutions colorées ........................................................................................................................... 13
M-
Molécules organiques ................................................................................................................. 15
N-
Oxydoréduction ......................................................................................................................... 16
Réponses .................................................................................................................................................. 17
Série S – Révisions de première – Entraînement
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A- Des outils incontournables…
La notation scientifique
Vous connaissez les coloriages magiques… Retour en enfance ! Je vous en propose trois… en travaillant
correctement, vous découvrirez ce qui se cache dans ces dessins !!!
A×101  Blanc
A×100  Noir
A×102  Marron
A×103  Bleu
A×10-1  orange
A×10-2  jaune
A×10-3  Gris
Ordre de grandeur
101  jaune
102  Gris
103  Violet
10-1  Marron
10-2  Noir
10-3  Bleu
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Chiffres significatifs
1 Chiffre significatif  Gris
2 Chiffres significatifs  Bleu
3 Chiffres significatifs  Vert
4 Chiffres significatifs  Orange
5 Chiffres significatifs  Jaune
B- Interactions fondamentales
Exercice 1
Calculer la valeur numérique des deux forces de Newton s'exerçant entre la Terre (M = 5,98 × 10 24 kg) et la
Lune (m = 7,34 × 10 22 kg). On suppose que la distance entre la Terre et son satellite reste égale à 384000 km.
Représenter ces deux forces sur un schéma
Constante de gravitation G = 6,67 × 10 - 11 N.m ² / kg ².
Exercice 2
Déterminer les valeurs des interactions gravitationnelles et électriques qui existent entre le noyau d’un atome
d'hydrogène et son électron.
Indiquer laquelle de ces interactions assure la cohésion de la matière à l’échelle atomique.
Données:
masse du proton : mp = 1,673x10 -27 kg. masse du neutron : mn = 1,675x10-27 kg.
masse de l’électron : me = 9,109x10-31 kg.
charge élémentaire : e=1,60x10-19 C.
constante de gravitation universelle : G=6,67x10 -11 N.m2.kg-2.
k=9,0x109 N.m2.C-2.
distance moyenne noyau électron de l’atome d’hydrogène: d=53,0 pm.
Série S – Révisions de première – Entraînement
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C- Notion de champ
Exercice 1 : QCM
Pour chacune des questions ci-dessous, Indiquer la bonne ou les bonnes réponses.
1. Les lignes d’égales valeurs sont :
a. Obtenues en reliant des points où la grandeur étudiée a même valeur.
b. Des courbes orientées.
c. Plus proches lorsque la variation de la valeur mesurée est plus importante.
2. Les champs vectoriels :
a. Sont caractérisés par des lignes de champ parallèles entre elles.
b. Peuvent être uniformes.
c. Sont caractérisés par des lignes d’égales valeurs.
3. Un champ est dit scalaire :
a. Lorsque la grandeur physique mesurée est caractérisée par un vecteur.
b. Lorsque la grandeur qui le définit reste constante en tout point de l’espace.
c. Lorsque la grandeur étudiée est caractérisée par sa valeur.
Exercice 2
1. Quelle est l'origine du champ de pesanteur présent sur Terre ?
2. Représenter le champ de pesanteur
créé par la Terre en quelques points de sa surface. Comment les vecteurs
sont-ils orientés ?
3. Quelle est la caractéristique du champ de pesanteur dans une zone restreinte de la surface terrestre ?
4. À votre avis, cette différence entre le champ de pesanteur à l'échelle de la Terre et à l'échelle locale se retrouve-telle sur la Lune ? Justifier votre réponse.
5. Calculer la valeur de la pesanteur terrestre au niveau du sol.
Données :
Constante de gravitation universelle : G=6,67x10 -11 N.m2.kg-2.
Rayon moyen de la Terre : RT=6371 km.
Masse de la Terre : MT=5,97x1024 kg.
Exercice 3
1. Rappeler la définition d'un condensateur plan.
2. Décrire l'origine du champ électrostatique entre les armatures d'un condensateur plan soumis à une tension
électrique. Quels sont la direction et le sens des vecteurs du champ ?
3. Quelle est la valeur du champ électrostatique à l'intérieur d'un condensateur dans lequel une particule de charge
1,0 mC subit une force de 1,0×10−2 N ?
4. Calculer la valeur du champ électrostatique à l'intérieur d'un condensateur d'épaisseur 0,50 mm chargé sous une
tension de 10 V.
5. En déduire la force que subirait une charge de 5,0 nC qui serait placée entre les armatures de ce condensateur.
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D- La couleur
Exercice 1
Un tunnel routier est éclairé par des lampes à vapeur de sodium, qui dispensent une lumière
monochromatique jaune.
Dans ce tunnel, quelle est la couleur perçue d’une voiture qui, en plein jour parait : blanche ? bleue ? jaune ?
noire ?
Exercice 2
Le dessin ci-contre est tiré sur une imprimante à jet d'encre qui n'utilise que trois types
de cartouches: cyan, magenta et jaune.
Pour chacun des éléments de la photo (anorak, pantalon, gants, chaussures de ski, skis,
ciel, neige,) déterminer quelles sont les encres utilisées.
Exercice 3
1. Quelle est la fréquence ν1, d'une radiation de longueur d'onde dans le vide λ1=632,8 nm ?
2. Quelle est la longueur d'onde dans le vide λ2 d'une radiation de fréquence ν2=5,64×1014 Hz ?
Donnée : célérité de la lumière dans le vide : c=3,00×108 m.s−1.
Exercice 4
La température de surface de l'étoile Spica, dans la constellation de la Vierge, est d'environ 20000°C.
1. Enoncer la loi de Wien en précisant le nom et l’unité des grandeurs physiques dans cette loi.
2. Indiquer comment évolue le rayonnement thermique d’une étoile lorsque sa température de surface augmente.
3. Calculer la longueur d'onde dans le vide de la radiation émise avec le maximum d'intensité par l'étoile Spica. À
quel domaine appartient-elle ?
4. Exprimer la longueur d’onde qui correspond à l’intensité maximale du rayonnement thermique de l’étoile en
fonction de sa température de surface.
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E- Le photon
Exercice 1
On considère une radiation de longueur d'onde dans le vide λ=516 nm.
1. Calculer, en joule, l'énergie du photon correspondant.
2. Exprimer cette énergie en électronvolt.
Données : c=3,00×108m.s-1; 1eV=1,60×10-19J; h=6,63×10-34J.s.
Exercice 2
Le diagramme ci-contre représente certains niveaux d'énergie de l'atome de lithium. La
raie rouge du spectre de la lumière émise par une lampe à vapeur de lithium correspond à la
transition du niveau d'énergie E1 vers le niveau d'énergie E0.
1. Calculer l'énergie du photon correspondant en électronvolt, puis en joule.
2. En déduire la valeur de la longueur d'onde dans le vide de la radiation associée. Vérifier
qu'elle correspond bien à une radiation rouge.
Données : c=3,00×108m.s-1; 1eV=1,60×10-19J; h=6,63×10-34J.s.
Exercice 3
Le diagramme ci-contre représente certains niveaux d'énergie de l'atome de mercure.
1. Que représentent : le niveau d'énergie E0 ? les niveaux d'énergie E1, E2, E3, E4 ?
2.
a. Quelle est, en électronvolt, la plus petite énergie que peut absorber l'atome de
mercure initialement dans l'état d'énergie E0 ?
b. Convertir cette énergie en joule.
c. En déduire la longueur d'onde dans le vide de la radiation correspondante.
d. S'agit-il de la plus grande ou de la plus petite longueur d'onde des radiations que peut
absorber l'atome de mercure initialement dans l'état d'énergie E0 ?
3.
a. Quelle est l'énergie, en J puis en eV, d'un photon de longueur d'onde λ1=254 nm dans le vide ?
b. À partir du diagramm, expliquer l'émission d'un photon de longueur d'onde λ1=254 nm dans le vide.
Données : c=3,00×108m.s-1; 1eV=1,60×10-19J; h=6,63×10-34J.s.
Exercice 4 :
La grande nébuleuse d'Orion est une des nébuleuses les plus brillantes du ciel. Elle est
constituée en majorité d'atomes d'hydrogène, dont certains sont dans un état excité. La couleur
rose de la nébuleuse est due à une transition de l'atome d'hydrogène entre les niveaux d'énergie
E2 et E1.
1. Cette transition correspond-elle à une émission ou une absorption de lumière?
2. Représenter cette transition sur un diagramme.
3. Calculer la longueur d'onde dans le vide de la radiation correspondante.
4. En utilisant le spectre de la lumière blanche, montrer que la valeur obtenue est en accord avec
la couleur rose de la nébuleuse.
Données : c=3,00×108m.s-1; 1eV=1,60×10-19J; h=6,63×10-34J.s.
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F- Energies
Exercice 1
Une luge et son passager, de masse totale 70 kg, entament une descente sur une piste verglacée à partir
d'une hauteur de 100 m, sans vitesse initiale. Ils arrivent en bas de la piste avec une vitesse de 30km.h- 1.
1. Calculer l'énergie potentielle de pesanteur de l'ensemble au départ.
2. Déterminer l'énergie mécanique de l'ensemble en bas de la piste.
3. Est-ce que l'énergie mécanique du système est conservée ? Proposer une explication.
Donnée : Intensité de la pesanteur : g = 9,8 N.kg-1
Exercice 2
Une bille masse m=15,0g est en chute libre sans vitesse initiale. Elle a été lâchée d'un balcon au 6ème étage
situé à une hauteur h=18,0m.
1. Déterminer l'énergie cinétique de la bille lorsqu'elle arrive au sol.
2. En déduire la vitesse de son centre d'inertie.
Donnée : Intensité de la pesanteur : g = 9,8 N.kg-1
Exercice 3 :
Un avion vole en palier horizontal à l'altitude h0 =3,0×103 m à la vitesse V0=120km.h−1. Un parachutiste
saute en un point A. Le vent est nul. Le système {parachutiste + équipement} a une masse m=97kg,
1. Calculer les énergies cinétique et potentielle de pesanteur du système à l'altitude h0, l'origine du repère étant
choisie au niveau du sol.
2. Si un objet n'est soumis qu'à son poids, peut-on dire que son énergie mécanique se conserve ?
3. Le sauteur passe de l'altitude h0 à l'altitude h1=1,0×103 m où il a une vitesse V.
a. Déterminer la valeur de la vitesse V, en supposant qu'il n'est soumis qu'à son poids.
b. Commenter cette valeur.
4. En réalité, la vitesse du parachutiste vaut V=53 m.s−1 à cette altitude. Commenter.
Donnée : Intensité de la pesanteur : g=9, 8 N.kg−1.
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G-Transfert thermique
Exercice 1
Quelle est la quantité de chaleur nécessaire pour convertir 10 g de glace à -20°C en vapeur à 100°C ?
Donnéees :
Chaleur latente de fusion de la glace à °C : 335 kJ kg-1.
Chaleur latente d'ébullition de l'eau :2 270 kJ kg -1.
Capacité thermique massique kJ kg-1 K-1 : eau 4,2 ; glace 2,1.
Exercice 2
Dans un calorimètre on place une masse m1 d'eau. On attend l'équilibre thermique, puis on relève la
température d'équilibre 1. On introduit une masse m 2 de cuivre sortant d'une étuve thermostatée à la température
2. On attend l'équilibre thermique, on relève la température d'équilibre 3. On recommence l'expérience en
changeant la masse m1, 1, 2 et 3.
1. Trouver l'équation calorimétrique, équation reliant les capacités thermiques massiques, la capacité thermique C cal
du calorimètre et de ses accessoires m1, 1, 2 et 3.
On a relevé les résultats suivants :
2. Écrire numériquement les deux équations reliant C cuivre et C calo.
3. En déduire C
cuivre
et C calo.
Donnée : C eau=4180 J kg-1 C-1
4. Comparer ces résultats avec les valeurs C
cuivre
=380 J kg-1 C-1 et C
calo
= 160 J C-1.
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H- Molécules
Exercice 1
Voici le modèle moléculaire de la molécule d'oxyde de diméthyle.
1. Quelle est sa formule brute ?
2. Quelle est sa représentation de Lewis ?
3. Quelle est sa formule semi-développée ?
Exercice 2
Préciser la géométrie des molécules suivantes :

Tétrachlorométhane : CCl4.

Dichlorométhane : CH2Cl2.

Ethane : C2H6.
Exercice 3
1. Établir la représentation de Lewis de la molécule de sulfure d'hydrogène H 2S.
2. Rechercher la disposition spatiale qui éloigne au maximum les doublets et en déduire la géométrie de la molécule
de sulfure d'hydrogène.
Exercice 4
Le penta-1,3-diène a pour formule semi-développée :
1. La molécule peut-elle présenter une isomérie Z/E autour de la première double liaison ? Autour de la seconde ?
2. Dessiner tous les isomères Z ou E de cette molécule.
Exercice 5
Le dichloroéthène a pour formule brute C2H2Cl2.
1. Donner la représentation de Lewis de toutes les molécules répondant à cette formule brute.
2. Prévoir la géométrie de ces molécules.
3. Peut-on mettre en évidence l'existence d'isomères de structure spatiale parmi les isomères trouvés ? Si oui, dessiner
ces isomères.
Données : Numéros atomiques : H : Z=1 ; C : Z=6 ; Cl : Z=17 ;
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I- Solide ionique
Exercice
Écrire le nom et la formule de tous les solides ioniques que l’on peut former à partir des ions suivants :
hydroxyde, sodium, calcium, aluminium, phosphate et carbonate.
J- Dissolution et dilution
Exercice 1
1. Le fluor F est un halogène comme le chlore. La molécule de fluorure d’hydrogène HF est-elle polaire ? Justifier.
2. La molécule de sulfure d’hydrogène H2S est-elle polaire ?
3. Peut-on dissoudre H2S dans l’eau ? Dans le cyclohexane ?
Données : électronégativités :
Exercice 2
On dissout 6,0 g de chlorure de magnésium dans 200 mL d’eau distillée. L’ion magnésium a pour formule
Mg
2+.
1. Donner la formule du solide ionique.
2. Écrire l’équation de la mise en solution de ce solide dans l’eau.
3. Calculer la concentration molaire en soluté apporté.
4. Calculer la concentration molaire effective de chaque ion dans la solution.
Données : Les masses molaires en g.mol-1sont : M(Cl) = 35,5 M(Mg)= 24,3
Exercice 3 :
On souhaite préparer 500 mL d’une solution de sulfate de potassium, utilisé comme engrais, d’une
concentration molaire effective de 0,40 mol.L-1 en ion potassium.
1. Quelle masse de ce solide faut-il dissoudre pour cette préparation ?
2. Écrire l’équation d’électroneutralité de cette solution.
3. En déduire la quantité de matière des ions sulfate.
4. Donner le protocole précis de l’opération de mise en solution.
Données : Les masses molaires en g.mol -1 sont : M(S) = 32 ; M(O)=32 ; M(K)=39.
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Exercice 4 :
Le lycée Dorian achète pour ses travaux pratiques un colorant bleu, le bleu patenté E131.
La concentration C0 = 5,0 mol.L-1 de la solution achetée est bien trop forte pour les expériences à réaliser.
On réalise alors au laboratoire une dilution pour obtenir un volume v =100 mL d’une solution de bleu patenté de
concentration C = 0,10 mol.L-1.
1. Quel volume de solution mère faut-il prélever pour préparer la solution nécessaire aux TP ?
2. Détailler le protocole expérimental à suivre en précisant le matériel utilisé.
3. Définir le facteur de dilution et le calculer.
4. On prélève v' = 50 mL de la solution préparée. Calculer la quantité de matière de colorant prélevé.
Exercice 5 :
Dans une solution de chlorure de cuivre(II) CuCl2 à 0,1 mol.L-1 quelle est la concentration effective en ions
Cu ? en ions Cl- ?
2+
Exercice 6 :
On dispose d'une solution mère So de bromure de cuivre (II) à Co = 0,2 mol par litre.
1. Quelle est la concentration molaire des ions présents dans la solution ?
2. Quel volume Vo de la solution mère faut-il utiliser pour préparer V1 = 250 mL de solution fille S de bromure de
cuivre à C1 = 0,04 mol par L ?
3. Quel volume Vo' de solution mère faut-il utiliser pour préparer 100mL d'une solution fille S' de bromure de cuivre
telle que la concentration en ions bromure [ Br -] soit de 0,2 mol par L ?
Exercice 7 :
On dissout 2,50g de sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4,5 H2O) dans100mL d’eau.
1. Déterminer la concentration massique Cm de la solution.
2. Déterminer la concentration molaire C de la solution.
Données : Masses molaires atomiques en g.mol-1 : M(Cu)=63,5 ; M(S)=32,1 ; M(O)=16,0 ; M(H)=1,0
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K- Avancement
Exercice 1 :
Lors de la combustion du fer dans le dioxygène, il se forme de l’oxyde de fer de formule Fe2O3. On réalise la
transformation chimique à partir de 13,0 mol de fer et de 10,0 mol de dioxygène.
1. Faire le tableau d’avancement de la réaction.
2. Les réactifs sont-ils dans les proportions stœchiométriques ? Justifier. Préciser le réactif en excès.
3. Que vaut l’avancement maximal ?
4. Quelle est la quantité de matière du réactif en excès à la fin de la réaction ?
5. Calculer le volume de dioxygène restant en fin de réaction dans les CNPT.
6. Quelle masse d’oxyde de fer obtient-on ?
On donne :
M(Fe) = 55,8 g.mol-1
M(O) = 16,0 g.mol-1
Exercice 2 :
En présence d'ions hydroxyde OH−(aq), les ions fer (III) Fe3+(aq) forment un précipité rouille d'hydroxyde de
fer (III) Fe(OH)3 (s). Initialement, 6,0 mmol d'ions fer (III) réagissent avec 12,0 mmol d'ions hydroxyde.
1. Écrire l'équation de la réaction avec les nombres stœchiométriques entiers les plus petits possibles.
2. Établir le tableau d'avancement de la réaction.
3. Calculer la valeur de l'avancement maximal xmax et en déduire le réactif limitant.
4. Calculer les quantités de matière dans l'état final.
Exercice 3 :
Les ions permanganate MnO4− et les ions fer (II), en présence d’ion H+ en excès, réagissent selon la réaction
d’équation :
MnO4−(aq) +5Fe2+(aq) +8 H+(aq) → Mn2+(aq) +5Fe3+(aq) +4 H2O(l)
En solution, les ions Fe2+ sont vert pâle, les ions Fe3+ jaune et les ions MnO4− rosés.
On mélange : 0,30 mol d’ions MnO4−(aq) avec 1,5 mol d’ions Fe2+(aq) .
1. Déterminer le réactif limitant.
2. Déterminer la composition du système chimique dans l’état final.
3. Faire la liste des espèces colorées présentes à l'état final.
4. En déduire la couleur du système chimique dans l’état final.
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Exercice 4 :
Les ions iodure I −(aq) réagissent lentement avec les ions peroxodisulfate S2O82-(aq) pour former du diiode I2
(aq) et des ions sulfate SO42-(aq) selon l’équation :
I −(aq) + S2O82-(aq) → I2 (aq) + SO42-(aq)
On verse, dans un bécher, un volume V1 = 50,0 mL de solution incolore de peroxodisulfate de potassium de
concentration C1 = 0,100 mol.L−1.
On ajoute un volume V2 = 50,0 mL de solution incolore d'iodure de potassium de concentration C2 =
0,500 mol.L−1.
La photographie ci-dessous montre l'évolution de la coloration du mélange au cours du temps.
1. L'ion sulfate étant incolore en solution, quelle est l'espèce chimique responsable de la coloration du mélange?
2. Calculer les quantités initiales des réactifs.
3. Établir le tableau d'avancement de la réaction.
4. Calculer la valeur de l'avancement maximal xmax et en déduire le réactif limitant.
5. Calculer les quantités de matière dans l'état final.
L- Solutions colorées
Exercice 1 :
La teinture d'iode officinale est une solution antiseptique
contenant du diiode I2. L’absorbance de cette solution diluée 200
fois est A=0,58.
Voici la droite d'étalonnage de solutions étalons de diiode.
Déterminer la concentration en diiode de la solution
commerciale en expliquant le raisonnement.
Exercice 2 :
La courbe d'absorbance A = f (λ) d'une
solution a été obtenue à l'aide d'un
spectrophotomètre.
1. Quelles sont les plages de longueurs d'ondes
absorbées par la solution : petites, moyennes où
grandes longueurs d'onde (respectivement
autour du bleu, du vert ou du rouge) ?
2. En déduire la couleur de la solution.
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Exercice 3 :
La courbe d'absorbance A = f (λ) d'une solution S a été
obtenue à l'aide d'un spectrophotomètre.
1. Voici les spectres d'absorption de trois solutions A, B et C de
couleurs différentes. Lequel correspond à la courbe d'absorbance cidessus ?
2.
a. Quelles sont les plages de longueurs d'ondes absorbées par la solution S : petites, moyennes ou grandes
longueurs d'onde (respectivement autour du bleu, du vert ou du rouge) ?
b. En déduire la couleur de la solution S.
3. a. De quelle couleur apparaît un mélange des solutions B et C ?
b. On verse une troisième solution colorée dans ce mélange : il apparaît alors noir. De quelle couleur peut
être la solution utilisée ?
Exercice 4 :
Une gamme d'étalonnage est fabriquée à partir d'une solution mère de permanganate de potassium de
concentration en ions permanganate C1=50 mg.L−1. Pour chaque solution étalon, le volume de solution mère est
noté V1 et le volume d'eau distillée V2. Les valeurs de V1, V2 et des absorbances des étalons à 500nm sont données
dans le tableau ci-dessous. L'objectif est de déterminer la concentration d'une solution de Dakin, un produit
antiseptique.
V1 (mL)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
V2 (mL)
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
Absorbance
0,0
0,055
0,110
0,165
0,220
0,275
C
1. La concentration en ions permanganate MnO4− dans le mélange se calcule à l'aide de la formule :
Compléter la ligne au tableau pour la grandeur C (utilisez les unités du Système International).
2. Tracer le graphe A=f(C).
3. La couleur du Dakin est uniquement due à l'ion MnO4− . Sachant que les absorbances des autres espèces sont
nulles, déterminer la concentration C D d'une solution de Dakin d'absorbance A=0,120.
Série S – Révisions de première – Entraînement
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M- Molécules organiques
Exercice 1
Nommer les composés ci-dessous
Exercice 2
Donner la formule semi-développée des composés ci-dessous

2-méthylhexane

3- éthylheptane

4-éthyl-2-méthyloctane

2,4-diméthylpentane
Exercice 3
Donner le nom et la formule semi-développée de tous les alcools isomères de l’alcool de formule brute
C5H12O
Exercice 4
Nommer les composés ci-dessous
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Exercice 5
Donner la formule semi-développée des composés ci-dessous

Pentan-2-one

2,2-diméthylbutanal

2-éthylbutanal

3-méthylbutan-2-one

Acide 2 méthylpropanoïque

Acide propanoïque
N- Oxydoréduction
Exercice 1 :
Écrire les ½-équations des couples Oxydant/Réducteur suivants :
1) O3(g)/O2(g)
2) HClO(aq )/ Cl2(g)
3) O2(g) / H2O(l)
4) NO3-(aq) / NO(g)
Exercice 2 :
Identifier les couples ox/réd et écrire les demi-équations dans le sens où elles se produisent.
a) 2 Hg(s) + 2 Ag+(aq)  Hg22+(aq) + 2Ag(s)
b) 2 H+(aq) + Zn(s)  H2(g) + Zn2+(aq)
Exercice 3 :
Écrire les demi-équations électroniques puis l’équation de la réaction qui se produit entre :
1) le fer métallique et les ions H+(aq) de l’acide chlorhydrique conduisant à la formation d’ions Fe 2+.
2) le fer métallique et les ions NO3- de l’acide nitrique conduisant à un dégagement de monoxyde d’azote.
Données : couples redox Fe2+(aq)/Fe(s) ; H+/H2(g) ; NO3-(aq)/NO(g) ;
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Réponses
Notation scientifique : un canard en vol
Des outils
incontournables
Ordre de grandeur : une sorcière sur son balai
Chiffres significatifs : un lion
Exercice 1
Calculons la valeur numérique des deux forces de Newton s'exerçant entre la Terre et la Lune.
En assimilant la Terre et la Lune à deux corps à symétrie sphérique de masse, on peut calculer la valeur de la force FT-L
qu'exerce la Terre sur la Lune, égale et opposée à la force FL-T qu'exerce la Lune sur la Terre.
FT-L = FL-T = G.m.M / r²
FT-L = FL-T = 6,67.10 - 11 ×(7,34.10 22) × 5,98.10 24 / 384000000 2
FT-L = FL-T = 1,98 × 10 20 N
Interactions
fondamentales
Exercice 2
Exercice 1
1.a et c
2.b
3.c
Exercice 2
1. Le champ de gravitation terrestre est dû à la présence de la Terre qui exerce une force d’attraction sur tout objet
massif. Tout objet de masse m placé à proximité de la Terre subit une force de gravitation de valeur: F=G×MT×m/d2
Champs
d: distance séparant les centres de la Terre et de l'objet (m)
G: constante de gravitation universelle (G=6,67×10−11N.m2.kg-2)
En première approximation, le champ de pesanteur terrestre peut être considéré comme identique au champ de
gravitation créé par la Terre.
Tout objet de masse m placé à proximité de la Terre subit une force
, appelée poids de l’objet telle que
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2. Les vecteur champ de pesanteur
, sont orientés vers le centre de la Terre.
3. Dans une zone restreinte de la surface terrestre, les vecteurs champ de pesanteurs peuvent être considérés comme
égaux en tous points (même direction, même sens et même valeur). Le champ de pesanteur est alors supposé uniforme.
4. La courbure de la Lune étant beaucoup plus importante que celle de la Terre, les vecteurs champ de pesanteurs
peuvent être considérés comme égaux uniquement dans une région beaucoup plus restreinte que sur Terre.
5. Soit un objet A de masse m situé à la surface de la Terre. Cet objet est soumis à la force de gravitation exercée par la
Terre : FT/A=G×MT×m/RT2
En première approximation, la force de gravitation est égale au poids de l’objet. On en déduit :
P= G×MT×m/ RT2
m×g= G×MT×m/ RT2
=> g= G×MT / RT2
Application numérique : g =6,67×10−11×5,97×1024/ (6371×103)2 =9,81 N.kg−1.
Exercice 3
1. On appelle condensateur plan l'ensemble formé par deux conducteurs limités par deux surfaces planes et parallèles
séparées par un isolant.
2. Le champ électrostatique entre les armatures d'un condensateur plan est dû à la présence de charges électriques de
signe opposé sur les plaques. Sa direction est orthogonale aux plaques. Son sens est orienté de la plaque chargée
positivement vers la plaque chargée négativement.
3. A l’intérieur d'un condensateur, la particule une force
l’expression
. Le champ électrostatique est donc donné par
et sa valeur par E = F / q.
Application numérique : E=1,0×10−2/1,0×10−3 =10 N.C−1
4. A l’intérieur d’un condensateur plan, E=U/d.
Application numérique : E=10/0,50×10−3=2,0×104 V.m−1
On remarquera que les unités V.m-1 et N.C-1 sont équivalentes.
5. La force subie par la charge a pour expression
.
Application numérique : F=5,0×10−9×2,0×104=1,0×10−4 N
Exercice 1
Couleur perçue d’une voiture
Blanche : Une voiture blanche diffuse toutes les radiations qu’elle reçoit. Lorsqu’elle est éclairée par des
lampes à vapeur de sodium qui dispensent une lumière monochromatique jaune, elle diffuse cette lumière et
sa couleur perçue est le jaune.
Couleurs
Bleue : Les substances colorées (pigments) contenus dans la peinture bleue agissent comme un filtre bleu. Ils
absorbent la partie du spectre qui correspond à une couleur perçue jaune. Si on éclaire cette voiture avec une
lumière monochromatique jaune, aucune radiation n’est diffusée et la voiture paraît noire.
Jaune : Les substances colorées (pigments) contenus dans la peinture jaune agissent comme un filtre jaune. Ils
absorbent la partie du spectre qui correspond à une couleur perçue bleue. Si on éclaire cette voiture avec une
lumière monochromatique jaune, cette lumière n’est pas absorbée et est totalement diffusée. La voiture paraît
jaune.
Noire : La voiture noire ne diffuse aucune des radiations du spectre visible. Quelle que soit la lumière qui
l’éclaire, elle apparaît noire.
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Exercice 2
La neige, blanche, ne nécessite aucune encre.
Les couleurs primaires de la synthèse soustractive ne nécessitent qu’elles-mêmes.
Le pantalon, cyan, nécessite la cartouche cyan.
Les chaussures de ski, magenta, nécessitent la cartouche magenta.
Les gants, jaunes, nécessitent la cartouche jaune.
Les couleurs secondaires de la synthèse soustractive nécessitent toutes les couleurs primaires à l’exception de la couleur
complémentaire.
L’anorak est rouge. Il est réalisé à l’aide d’encres magenta et jaune.
Les skis sont verts. Ils sont réalisés à l’aide des encres cyan et jaune.
Le ciel est bleu. Il est réalisé à l’aide d’encres cyan et magenta.
Exercice 3
1.La longueur d’onde et la fréquence de la radiation sont liées par la relation λ1=c/ν1 => ν1 = c /λ1.
Application numérique : ν1=3,00×108 / 632,8×10-9 = 4,74×1014 Hz
2. Longueur d'onde dans le vide λ2
La longueur d’onde et la fréquence de la radiation sont liées par la relation λ2=c/ν2,
AN.: λ2= 3,00 × 108 / 5,64 ×1014 = 5,32×10-7 m soit 532 nm.
Exercice 4 :
1. Loi de Wien
Le spectre continu du rayonnement thermique émis par un corps à la température T a une intensité maximale pour une
longueur d’onde λmax donnée par la relation :
λmax = 2,90×10−3T avec λmax: longueur d'onde (m) et T: température (K)
2. Comment évolue le rayonnement thermique si la température de augmente
D’après la relation précédente, si la température T augmente, la longueur d'onde dans le vide de la radiation émise
avec le maximum d'intensité λmax diminue.
3. Longueur d'onde dans le vide de la radiation émise avec le maximum d'intensité par l'étoile Spica
D’après la loi de Wien, λmax= 2,90×10−3 / T
AN. λmax=2,90×10−3/ (20000+273) = 1,43×10−7 m, soit 143 nm.
Cette radiation appartient au domaine des ultraviolets.
4. Longueur d’onde en fonction de la température
D’après la loi de Wien λmax = 2,90×10−3 /T On en déduit facilement
T = 2,90×10−3 / λmax.
Exercice 1
1. Energie du photon
Une radiation lumineuse de longueur d’onde λ est associée à un photon contenant une énergie E = h × c/ λ.
Photon
AN : E = 6,63×10−34 × 3,00×108 / 516×10−9 = 3,85×10−19 J
2. Conversion en électronvolt : E=3,85×10−19 / 1,6×10−19 = 2,41 eV
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Exercice 2
1. Energie du photon
Lorsque l'atome de lithium passe du niveau d'énergie E1 au niveau d'énergie E0, sa variation d’énergie est ΔE=E0−E1.
AN : ΔE = −5,39 − (−3,54) = −1,85 eV (ΔE<0 car l’atome perd de l’énergie).
L’énergie du photon associé à cette transition est E = |ΔE| = 1,85 eV
Sachant que 1eV = 1,60×10−19 J, E=1,85×1,60×10−19 = 2,96×10−19 J
2. Valeur de la longueur d'onde dans le vide de la radiation associée
Au photon d’énergie E est associée une radiation lumineuse de longueur d’onde λ telle que E=h × c/ λ. On en déduit
facilement λ=h×c/ E
AN : λ=6,63×10−34 ×3,00×108 / 2,96×10−19 = 6,72×10−7 m soit λ = 672 nm.
La longueur d’onde (λ = 672 nm) de la radiation émise correspond bien à une radiation rouge.
Exercice 3 :
1. Que représentent les différents niveaux d’énergie ?
Lorsque l’atome de mercure est au niveau d’énergie E0, il est à son niveau d’énergie le plus bas. Le niveau d’énergie
E0représente le niveau fondamental de l’atome de mercure.
Lorsque l’atome de mercure est à un autre niveau d’énergie, il possède une énergie supérieure à celle du niveau E0.
L’atome de mercure est alors dans un état excité.
2. a. Plus petite énergie que peut absorber l'atome de mercure initialement dans l'état d'énergie E0 ?
La plus petite énergie que peut absorber l'atome de mercure initialement dans l'état d'énergie E0 correspond au passage
de l’atome de niveau d’énergie E0 au niveau d’énergie E1.
Sa variation d’énergie est alors ΔE=E1−E0.
AN : ΔE=−5,77 − (−10,44) = 4,67 eV (ΔE>0 car l’atome reçoit de l’énergie).
L’énergie du photon associé à cette transition est E = ΔE = 4,67 eV
b. Conversion de cette énergie en joule
Sachant que 1eV = 1,60×10−19 J, E = 4,67×1,60×10−19 = 7,47×10−19 J
c. Longueur d'onde dans le vide de la radiation correspondante
Au photon d’énergie E est associée une radiation lumineuse de longueur d’onde λ telle que E=h×c/λ. On en déduit
facilement λ=h×c/E
AN : λ = 6,63×10−34 × 3,00×108 / 7,47×10−19 = 2,66×10−7 m soit λ=266 nm.
d. S'agit-il de la plus grande ou de la plus petite longueur d'onde des radiations que peut absorber l'atome de mercure
initialement dans l'état d'énergie E0 ?
Longueur d’onde et énergie sont liées par la relation λ=h×c / E.
Si E augmente, alors λ diminue.
Comme l’énergie calculée au c. est la plus petite énergie que peut absorber l'atome de mercure initialement dans l'état
d'énergie E0, elle correspond à la plus grande longueur d'onde des radiations que peut absorber l'atome de mercure
dans l'état d'énergie E0.
3. a. Energie d'un photon de longueur d'onde λ1=254 nm dans le vide
Le photon possède une énergie E= h×c / λ1.
E = 6,63×10−34 × 3,00×108 /254×10-9
Sachant que 1eV=1,60×10−19J, E=7,83×10−19/1,60×10−19= 4,89 eV
b. Explication de l'émission d'un photon de longueur d'onde λ1=254 nm dans le vide
L’énergie d’un photon d’énergie 4,89 eV correspond au passage de l’atome de mercure du niveau d’énergie E2 au
niveau d’énergie E0.
En effet, dans ce cas, ΔE = −10,44 − (−5,55) = − 4,89 eV (ΔE<0 car l’atome perd de l’énergie)
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Exercice 4 :
1. Cette transition correspond-elle à une émission ou une absorption de lumière ?
La variation d’énergie de l’atome d’hydrogène s’écrit ΔE=E1−E2 (une variation se calcule toujours dans le sens valeur
finale - valeur initiale).
Or E2>E1 et donc ΔE<0. Comme ΔE<0, l’atome perd de l’énergie et émet une radiation lumineuse de longueur d’onde
λ.
3. Longueur d'onde dans le vide de la radiation correspondante
ΔE=E1−E2= −3,40 − (−1,51) = −1,89 eV
La variation d’énergie ΔE de l’atome est captée par le photon d’énergie E.
Bien sûr E=|ΔE|=1,89 eV, soit 1,89 × 1,60×10−19 = 3,02×10−19 J.
A cette énergie E est associée une radiation lumineuse de longueur d’onde λ telle que E=h×c/λ.
On en déduit facilement λ=h×c/E
AN : λ=6,63×10−34 × 3,00×108 / 3,02×10−19 = 6,57×10−7 m soit λ=657 nm.
4. La valeur obtenue est en accord avec la couleur rose de la nébuleuse
La longueur d’onde de la lumière émise (λ=657 nm) correspond bien à une couleur proche du rouge.
Exercice 1
1) On prendra comme origine des altitudes le bas de la piste.
Au départ, l’énergie cinétique du système est nulle car sa vitesse initiale est nulle.
L’énergie mécanique s’écrit Em(départ)=EC(départ)+EPP(départ) soit Em=mgh
Application numérique : Em(départ) = 70×9,8×100 = 6,9×104 J
2) A l’arrivée, l’énergie potentielle de pesanteur du système est nulle car son altitude est nulle.
L’énergie mécanique s’écrit Em(arrivée)=EC(arrivée)+EPP(arrivée) soit Em(arrivée)=1/2 mV2
Application numérique : Em = 1/2 × 70 × (30/3,6)2 = 2,4×103 J
3) Em(arrivée) ≠ Em(départ). L’énergie mécanique n’est pas conservée car il existe des forces de frottements qui sont
exercées par l’air ainsi que par la glace sur le système.
Exercice 2
Déterminons l’énergie mécanique de la bille au moment du lâché et lorsqu’elle arrive au sol.
Energies
Moment du lâché (position A) :
Energie cinétique : EC(A) = 0 car la vitesse de la bille est nulle.
Energie potentielle de pesanteur : EPP (A) = mgh.
Energie mécanique : Em(A) = EC(A) + EPP(A) soit Em(A) = mgh
Au sol (position B) :
Energie cinétique : EC(B).
Energie potentielle de pesanteur : EPP(B) = 0 car l’altitude z est nulle.
Energie mécanique : Em(B) = EC(B) + EPP(B) soit Em(B) = EC(B)
Il n’y a pas de forces de frottement. Il y a donc conservation de l’énergie mécanique.
Em(A) = Em(B) soit EPP(A) = EC(B) et EC(B) = mgh
Application numérique : EC(B) = 15,0 × 10−3 × 9,81 × 18,0 = 2,65 J
2) EC(B)=1/2m VB2 et VB = √2EC(B)/m
Application numérique : VB=√2×2,65/15,0×10−3 = 18,8 m.s−1
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Exercice 3 :
1) La position du système à l'altitude h0 est notée A.
Energie cinétique : EC(A)=1/2 m.v02
Application numérique : EC(A)=1/2 × 97 × (120/3,6)2 = 5,4×104 J
Energie potentielle de pesanteur : EPP(A)=mgh0.
Application numérique : EPP(A) = 97 × 9.8 × 3,0×103=2,8×106 J
2) Il n’y a pas de forces de frottement. Il y a donc conservation de l’énergie mécanique.
4) On notera B la position du système à l'altitude h1.
Energie cinétique : EC(B)= 1/2 m.v2.
Energie potentielle de pesanteur : EPP(B)=mgh1.
Il y a conservation de l’énergie mécanique, donc Em(A)=Em(B).
On en déduit :
1/2 m.v02 +mgh0 = 1/2 m.v2 +mgh1
v2 = v02+2g(h0−h1) => v=√v02+2g(h0−h1)
Application numérique : v=√ (120/3,6) 2+2×9,8× (3,0×103−1,0×103) = 2,0×102 m.s−1
b. Commentaire : v=2,0×102×3,6=7,1×102 km.h−1. C’est une vitesse beaucoup trop élevée.
4. La vitesse réelle au point B est inférieure à la vitesse calculée. L’énergie cinétique réelle au point B est donc inférieure
à sa valeur théorique.
Il n’y a pas conservation de l’énergie mécanique : Em(B)<Em(A). L’énergie mécanique diminue à cause des forces de
frottements de l’air sur le système qui ne sont pas négligeables.
Exercice 1
Q1 = m.cglace.  = 0,010 x 2,1 x (0 -(-20)) = 0,42 kJ
Q2 : changement d'état (fusion) à température constante Q2 = m x Lfusion = 335*0,01 =3,35 kJ
Q3 : 10 g de liquide se réchauffe de 0 à 100°C Q3 = m.ceau .0,01*4,2*100 = 4,2 kJ
Q4 : changement d'état (ébullition) à température constante Q4 = m x Lvap = 2 270*0,01 = 22,7 kJ
Transfert
thermique
La quantité de chaleur nécessaire Q = Q1+ Q2 + Q3+ Q4 = 30,67 kJ
Exercice 2
Énergie gagnée par l'eau et le calorimètre : Qeau+cal = (Ccal + m1 Ceau)( 3-1)
Énergie cédée par le cuivre : Qcuivre = m2 Ccuivre ( 3-2)
Il n y’a pas de pertes vers l'extérieur : Qeau+cal + Qcuivre = 0
(Ccal + m1 Ceau)( 3-1) + m2 Ccuivre( 3-2) =0
AN. (Ccal + 0,125x4180) .(20,6-16,5) + 0,118 Ccuivre(20,6-88) = 0
(Ccal + 522,5) x 4,1- 7,95 Ccuivre = (Ccal + 522,5)*0,516 - Ccuivre = 0 (1)
(Ccal + 0,1 x 4180) (23,7-20) + 0,118 Ccuivre (23,7-75) = (Ccal + 418) x 3,7- 6,05 Ccuivre = 0
(Ccal + 418) x 0,611 - Ccuivre = 0 (2)
(2) -(1) donne : 0,095 C cal =14,21 d'où Ccal = 150 J C-1.
On reporte cette valeur dans (1) : (150+522,5) x 0,516= C cuivre = 347 J kg-1 C-1 en accord à 10% près
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Exercice 1
Exercice 2
Les structures des molécules de tétrachlorométhane et de dichlorométhane sont tétraèdriques. Les liaisons covalentes
sont en rouge. Les lignes grises délimitent le volume occupé par la molécule mais n'ont pas d'existence réelle.
Molécules
Exercice 3
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Exercice 4
Exercice 5
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Exercice 1
Hydroxyde de sodium : NaOH
Hydroxyde de calcium : Ca(OH)2
Hydroxyde d’aluminium : Al(OH)3
Composés
ioniques
Carbonate de sodium : Na2CO3
Carbonate de calcium : CaCO3
Carbonate d’aluminium : Al2(CO3)3
Phosphate de sodium : Na3PO4
Phosphate de calcium : Ca3(PO4)2
Phosphate d’aluminium : AlPO4
Dissolution
Dilution
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Exercice 4
1) Au cours d’une dilution, la quantité de matière initiale de bleu patenté se conserve. En notant n 0 cette quantité de
matière initiale et nf la quantité de matière après dilution on a : n0 = nf soit C0.V0 = C.V
On a donc : V0 = C.V / C0
Application numérique : V0 = 0,10 . 0,100 / 5,0 = 2,0.10-3 L
Il faut donc prélever 2,0 mL de solution mère.
2) Protocole de la préparation de la solution diluée.
- A partir d’un bécher, on prélève 2mL de la solution mère à l’aide d’une pipette jaugée de 2 mL préalablement rincée
avec cette solution.
- On verse ce volume dans une fiole jaugée de 100 mL rincée initialement à l’eau distillée et contenant un petit volume
d’eau distillée (Il faut également rincer le bouchon).
- On complète le volume de la fiole à l’eau distillée jusqu’à ce que la base du ménisque se pose sur le trait de jauge.
- On bouche la fiole et on l’agite pour homogénéiser.
3) Le facteur de dilution k est le rapport entre la concentration de la solution mère et celle de la solution fille. K =
C0/C
Application numérique : k = 5,0/ 2,0.10-3 = 2,5.103
4) La quantité de matière de bleu patenté contenue dans le volume v’ est donnée par :
n’ = C.v’
Application numérique : n’= 0,10. 50.10-3 = 5,0.10-3 mol.
Exercice 5
CuCl2 donne Cu2+ + 2 Cl- autant de charges positives que de charges négatives. La solution reste électriquement neutre.
concentrations
[Cu2+] =0,1 mol.L-1 ; [Cl-]=2[Cu2+]= 0,2 mol.L-1
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Exercice 6
1.
CuBr2 donne Cu2+ + 2 Br la quantité de matière d'ion bromure est égale à 2 fois la quantité de matière d'ion cuivre
[ Cu2+ ] = 0,2 mol L-1 ; [Br-] = 0,4 mol L-1
2.
Quantité de matière de la solution mère prélevée à la pipette:
concentration sol mère (mol L-1) * volume pipette (L) = 0,2 V
Quantité de matière de la solution diluée contenue dans la fiole jaugée:
concentration sol diluée (mol L-1) * volume fiole (L) = 0,04*0,25 = 0,01 mol
0,01 = 0,2 V donc V=0,05 L
3.
Danger !!!! on donne la concentration en ion Br donc [Cu2+] finale= 0,1 mol L-1.
même calcul 0,2*V'0=0,1*0,1 donc V'0=0,05 L
Exercice 7
Exercice 1
Avancement
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Exercice 2
Exercice 3
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Exercice 4
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Exercice 1
Exercice 2
Beer-Lambert
Exercice 3
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Exercice 4
L’équation de la droite est A= k × C avec k = 11,0 L.g−1.
3. Concentration CD d'une solution de Dakin d'absorbance A=0,120.
D’après les résultats précédents, A= k × CD. On en déduit facilement CD = A/ k.
Application numérique: CD = 0,120 / 11,0 =1,09×10−2 g.L−1.
Exercice 1
Molécules
organiques
3-éthylpentane
2,2,3-triméthylbutane
2,3-diméthylpentane
éthane
Propane
méthylpropane
Butane
3-méthylpentane
Exercice 2
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Exercice 3
Exercice 4
Ethanal
2-méthylbutanal
Acide propanoïque
2-méthylpentan-3-one
acide 3,5,5-triméthylhexanoïque
acide 2-éthyl-4,4-diméthylhexanoïque
Exercice 5
Série S – Révisions de première – Entraînement
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Oxydo-réduction
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