EXERCICE I : A PROPOS DES ACIDES

EXERCICE I : À PROPOS DES ACIDES CHLORHYDRIQUE ET ETHANOIQUE
Polynésie 2008
1. Mickaël s’interroge à propos des acides…
1.1. Un acide selon Brønsted est une espèce chimique capable de céder un proton H+.
1.2.
HCl(aq) + H2O(l)
=
CH3COOH(aq) + H2O(l)
H3O+(aq) + Cl–(aq)
=
H3O+(aq) + CH3COO–(aq)
2. Mickaël réfléchit à l’interprétation de ces résultats…
2.1. [H3O+(aq)]éq = 10–pH
Acide chlorhydrique : [H3O+(aq)]éq = 10–2,0 = 1,0×10–2 mol.L-1
Acide éthanoïque : [H3O+(aq)]éq = 10–3,4 = 4,0×10–4 mol.L-1
2.2.1.
Équation de la réaction
HA(aq) +
n(HA)
en mol
H2O(l)
= H3O+(aq)
n(H2O)
n(H3O+)
en mol
en mol
+
A–(aq)
n(A-)
en mol
État
Avancement
Initial
0
c.V
Excès
0
0
En cours
x
c.V – x
Excès
x
x
Final
xf
c.V – xf
Excès
xf
xf
xmax
c.V – xmax
=0
Excès
xmax
xmax
final si
totale

n H 3O 
xf
2.2.2.  =

x max
x max

éq

10 pH .V 10  pH

c.V
c
1, 0.10 2
= 1,0
1, 00.10 2
103,4
Solution S2 :  =
= 4,0×10–2
1, 00.102
La réaction entre l’acide chlorhydrique et l’eau est totale ( = 1), par contre celle entre l’acide
éthanoïque et l’eau est très limitée ( << 1).
2.3.
Solution S1 :  =
3.Mickaël veut connaître le comportement des solutions par rapport à la dilution.
3.1. Solution mère : C0 , V0
Solution fille :
C, V = 100 mL
On veut diluer 10 fois la solution, soit C = C0/10
Au cours d’une dilution la quantité de matière de soluté se conserve : C.V = C0.V0
On a donc V0 = V / 10 = 10,0 mL
À l’aide d’une pipette jaugée de 10,0 mL munie d’un pipeteur, on prélève le volume V0 de la
solution mère que l’on verse dans une fiole jaugée de 100 mL. On ajoute de l’eau distillée au
2/3 environ et on agite. On complète ensuite avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.
3.2. Calculons la concentration des ions oxonium après dilution pour chaque solution.
[H3O+(aq)]éq = 10–pH
Solution S1 diluée : [H3O+(aq)]éq = 10–3,0 = 1,0×10–3 mol.L-1
Solution S2 diluée : [H3O+(aq)]éq = 10–3,9 = 1,3×10–4 mol.L-1
Dans la solution S1, après dilution, la concentration des ions oxonium a bien été divisée par 10,
ce qui n’est pas le cas pour la solution S2.
3.3. L’expression obtenue en 2.2.2. reste valable. τ =
Après dilution
τ=
10 pH
c
103,9
= 0,13 ( > 4,0.10–2 avant dilution)
3
10
La valeur de  a augmenté, donc déplacement de l’équilibre dans le sens direct.
1. Réactions totales ou partielles ?
1.1. Un acide au sens de BrØnsted est une espèce chimique capable de céder un proton H+.
O
1.2.
CH2
OH
Cl
1.3.
Groupe carboxyle caractéristique de la famille acide carboxylique
C
Solution S1 d’acide monochloroéthanoïque : c1 =
c1 =
n1
m
et n1 = 1
V1
M1
alors c1 =
m1
M1.V 1
0, 945
= 1,0010–2 mol.L-1
94, 5  1, 00
Solution S2 d’acide chlorhydrique :
c2 =
n2
V2
1, 00 103
= 1,0010–2 mol.L-1
0,100
Les deux solutions possèdent la même concentration en soluté apporté.
c2 =
AH(aq)
+
1.4.1. Équation chimique
Avancement
État du système
(en mol)
État initial
0
c.V
État en cours de
x(t)
c.V – x(t)
transformation
État final
xf
c.V – xf
État
d’avancement
xmax
c.V – xmax
maximal
1.4.2.
n(H3O+(aq))f = xf = [H3O+(aq)]f.V
or [H3O+(aq)]f = 10–pH
n(H3O+(aq))f = 10–pH.V
1.4.3.  =
xf
x max
H2O(l)
=
H3O+(aq)
Quantités de matière
(en mol)
0
 pH
10 .V
c.V
10pH
 =
c
 =
0
x(t)
xf
xf
xmax
xmax
xf : avancement final (ou à l’équilibre),
xf = 10–pH.V d’après la question 1.4.2.
si la réaction est totale c.V – xmax = 0
A–(aq)
x(t)
xmax : avancement maximal si la réaction est totale
1.4.4.
+
soit xmax = c.V
1.4.5. Solution S1 :
10  pH1
1 =
c1
1 =
Solution S2 :
10 pH2
2 =
c2
102,0
= 1,0
2 =
1, 00 102
102,5
= 0,32
1, 00  102
1.4.6. 2 > 1
La réaction entre l’acide chlorhydrique et l’eau est totale, alors que la réaction entre l’acide
monochloroéthanoïque et l’eau est limitée. On peut dire que l’acide chlorhydrique est plus
réactif avec l’eau que l’acide monochloroéthanoïque.
. PROPOS DE LA LUMIÈRE
1. PREMIÈRE EXPÉRIENCE
1.1. Le phénomène mis en évidence dans cette expérience est la diffraction. Par analogie avec la
diffraction des ondes mécaniques, on peut dire que la lumière possède un caractère ondulatoire.
1.2.1. En l'absence du phénomène de diffraction, le rayon lumineux se propagerait en ligne droite. En
réalité, après passage par la fente fine, la lumière se propage en formant des cônes lumineux qui forment
des taches sur l'écran. L’angle  représente la demi-largeur angulaire de la tache centrale de diffraction.
1.2.2.  s’exprime en radians (rad)
 longueur d’onde s’exprime en mètres (m)
a largeur de la fente s’exprime en mètres (m).
1.2.3. Plus la largeur a de la fente est petite, plus l’écart angulaire  est grand (cf. relation (1)).
La largeur de la tache centrale augmente.
1.3.
Dans le triangle (ABC), rectangle en B
on a tan  =
=
2.D
1.4.  =
2 =  car  est petit
D
A
relation (2)
2.D
et  =
C
B
λ
a
λ
a
2.D
2..D
Soit a =
d’où
a=
=
2  633 10-9  3,00
= 1010–5 m
-3
38 10
2. DEUXIÈME EXPÉRIENCE
2.1. La lumière émise par le laser est monochromatique. Elle contient une seule radiation lumineuse de
longueur d'onde dans le vide  = 633 nm.
Ne pas en dire trop dès le début, des questions suivent derrière…
c
2.2.1. c = .
donc v =
3,00 108
v=
= 4,741014 Hz
9
633 10

2.2.2. Une onde lumineuse est caractérisée par sa fréquence . Celle-ci ne change pas quelque soit le
milieu de propagation.
2.3. Les longueurs d’onde dans le vide du spectre visible vont de 400 nm (le violet) à 800 nm (le rouge).
Si  < 400 nm: domaine des ultraviolets et si  > 800 nm : domaine des infrarouges.
2.4. L’indice de réfraction du verre pour la fréquence  de l’onde utilisée est n = 1,61.
2.4.1. Dans un milieu dispersif, la célérité v dépend de la fréquence  de l’onde. Or l'énoncé indique
c
n = , c étant constante si v varie alors l'indice de réfraction n varie.
v
v
2.4.2. D’après la relation de la question 2.2.1. ’ = avec v célérité de la lumière dans le verre.

c

c
c
c
Or n =
soit v =
Il vient : ’ =
et  = (cf. 2.2.1.) donc ’ =
n
v

n.
n
9
633  10
=
= 39310–9 m = 393 nm.
1,61
2.5. On obtient une figure colorée allant du violet au rouge (couleurs de l'arc en ciel), c'est le spectre de la
lumière blanche.
2.6. La déviation d augmente quand la longueur d’onde diminue, comme Rouge > Bleu donc dRouge < dBleu.
déviation
dRouge
Lumière blanche
prisme
FIGURE N°3
dBleu
écran