Chimie - exercitation sur les bases de la chimie - correction, Exercices de Chimie Appliquée
Renee88
Renee8824 April 2014

Chimie - exercitation sur les bases de la chimie - correction, Exercices de Chimie Appliquée

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Chimie appliquée - exercitation sur les bases de la chimie - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Autoprotolyse de l’eau, le système.
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Exercice III: De la chimie ... De la chimie, vous dis-je ! (6,5 points)

BAC S 2010 Asie CALCULATRICE INTERDITE Exercice III : DE LA CHIMIE …. DE LA CHIMIE VOUS DIS-JE !(6,5 points)

1. Autoprotolyse de l’eau

1.1. L’équation d’autoprotolyse de l’eau est : H2O + H2O = H3O+ + HO réponse 1.1.2

1.2. La constante d’équilibre KE est appelée produit ionique de l’eau. réponse 1.2.3

1.3. La constante d’équilibre associée à l’équation d’autoprotolyse de l’eau est la constante

d’acidité du couple (H2O / HO) car : H2O + H2O = HO + H3O+ K

Avec K = 3 eq eq

H O . HO        

= KE réponse 1.3.1

2.1. La vitesse volumique v = 1 dx

. V dt

est maximale à la date t = 0. réponse 2.1.2

En effet, le volume V du mélange réactionnel étant constant, v varie comme dx

dt . Or

dx

dt est le

coefficient directeur de la tangente à la courbe x(t) en un point donné (en rouge). La courbe

montre qu’à t = 0, la tangente est la plus « pentue » donc dx

dt est maximal à t = 0. Ainsi la vitesse

volumique est maximale à t = 0. 2.2. La courbe 3 montre un avancement final xfinal = 0,6 mol donc égal à l’avancement maximal. On étudie ici la réaction entre un acide carboxylique et un alcool lors d’un mélange équimolaire à 0,6 mol. La réaction d’estérification étant limitée, l’avancement final xf est forcément inférieur à l’avancement maximal xmax = 0,6 mol.

La courbe 3 ne peut donc pas être obtenue dans les conditions décrites. réponse 2.2.3

2.3. L’ester obtenu est le méthanoate de propyle. réponse 2.3.3

3.1. Si A est limitant alors : 0,40 – 2 xmax = 0  xmax = 0,20 mol

Si B est limitant alors : 0,30 – xmax = 0  xmax = 0,30 mol Le réactif limitant est donc A (plus petite valeur de xmax) et xmax = 0,20 mol. Dans l’état final, la quantité du produit C est : 2 xf = 0,10 mol soit xf = 0,05 mol.

Le taux d’avancement final est : f

max

x

x  

0,05 0,25

0,20 1,00    = 0,25 réponse 3.1.1

3.2. La constante d’équilibre K ne dépend que de la température. réponse 3.2.3

3.3. Le taux d’avancement final dépend à la fois de la constante d’équilibre K et de la

composition initiale du système. réponse 3.3.1

4.1. Lors de la préparation de la solution aqueuse l’acide AH a réagi de façon totale avec l’eau suivant l’équation AH + H2O = A– + H3O+. Lors du titrage les ions oxonium H3O+ réagissent avec les anions hydroxyde HO. L’ion Na+ étant spectateur et l’anion HO– jouant le rôle d’une base

alors la réaction de titrage est : H3O+ + HO = 2 H2O. réponse 4.1.2

4.2. La méthode des tangentes permet de déterminer les coordonnées du point équivalent E : vBE = 50 mL et pHE = 7,0. Pour un titrage colorimétrique, l’indicateur coloré choisi doit avoir sa zone de virage qui contienne le pH à l’équivalence. Le seul indicateur coloré possible est ici

le bleu de bromothymol dont la zone de virage est [6,0 – 7,6]. réponse 4.2.1

5.1. Le montage permet de réaliser une électrolyse. En effet, le générateur de tension impose le sens du courant (sens borne

+ vers borne  à l’extérieur du générateur), donc celui des

électrons (sens borne  vers borne + à l’extérieur du générateur) et par conséquent le sens de la transformation.

réponse 5.1.2

5.2. La borne positive du générateur « pompe » des électrons, qui sont fournis par la lame de plomb selon la demi-équation électronique : Pb = Pb2+ + 2e. Ainsi la masse de cette lame diminue au cours du temps. Les deux lames étant initialement identiques, on observe après

quelques minutes, la situation du montage du 5.2.2. réponse 5.2.2

6.1. En considérant l’équation donnée Pb2+ (aq) + Fe(s) = Pb(s) + Fe2+ (aq) , déterminons le sens

d’évolution spontanée du système. Qr,i =

2

i

2

i

Fe

Pb

   

   

= 2

3

4,0 10

1,0 10

 = 4,010–2+3 = 40 << K alors la

réaction en sens direct prédomine largement sur celle en sens inverse, la masse de fer va

diminuer. réponse 6.1.2

6.2. Fe(s) n’étant pas initialement présent, l’équation de la réaction susceptible de se produire est : Pb(s) + Fe2+ (aq) = Pb2+ (aq) + Fe(s) avec une constante d’équilibre K’ = 1 / K

K’= 1 / 3,01010 = 3,3×10–11 .

pHE = 7,0

Bleu de bromophénol

Bleu de bromothymol

Rouge de crésol

+  Sens du courant

Sens des électrons

Le quotient de réaction initial est : Qr,i =

2 1

2

i 1 2

2 2 2

i

1 2

Pb .V

Pb V V

Fe Fe .V

V V

 

   

   

        

=

2 1

2 2

Pb .V

Fe .V

   

   

comme V1 = V2 alors

Qr,i =

2

2

Pb

Fe

   

   

Qr,i = 3

2

1,0 10

4,0 10

 = 0,2510–1 = 2,5 × 102 >> K’ : le critère d’évolution spontanée impose une

évolution dans le sens inverse de l’équation choisie. Ainsi la masse de la lame de plomb devrait augmenter. Cependant l’absence de fer métallique empêche la réaction inverse de se produire :

le système ne va pas évoluer. réponse 6.2.1

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