Concours 99 un choix d' exercices de chimie (terminale)
. .
exercice 1	calculs de concentrations
Dans une fiole jaugée de 250 mL, on introduit 1,39 g de chlorure de calcium solide (CaCl2 ) , 3,1 g de chlorure de sodium solide, 10 mL de solution de chlorure de sodium à 0,5 mol L-1 et de l'eau distilée jusqu'au trait de jauge.Ca=40 ; Na=23 ; Cl=35,5 gmol-1.
Quelles sont les concentrations des ion Ca2+, Na+, Cl- ? Vérifier que la solution est électriquement neutre.
..
corrigé
masse molaire gmol-1 NaCl :58,5 CaCl2 : 111 Qté matière mol Na+ Ca2+ Cl- 3,51/58,5=0,06 0,02*0,5=0,01 1,39/111=0,0125 3,51/58,5=0,06 0,02*0,5=0,01 2*1,39/111=0,025 concentration mol L-1 0,07/0,25=0,28 0,0125/0,25=0,05 0,095/0,25=0,38 [Na+]+2[Ca2+]=[ Cl-] solution électriquement neutre 0,28 +2*0,05=0,38
exercice2	iodure et peroxodisulfate
S2O82- +2 I- donnent 2 SO42- + I2 Au départ , avant mélange des solutions, ,les quantités de matière des réactifs sont égales ( 0,2 mol de chaque réactif). Quelle est la composition finale du mélange en moles ?
..
corrigé
S2O82- I- SO42- I2 départ (mol) 0,2 0,2 0 0 réaction -0,1 -0,2 +0,2 +0,1 bilan (mol) 0,1 0 0,2 0,1
exercice 3	mélange de solutions H3CCOOH et H3CCOO-.
On mélange 10 mL d'acide éthanoique à 0,1 mol L-1 et 40 mL de solution d'acétate de sodium à 0,1 mol L-1. Quels sont les concentrations finales des ions acétate, sodium et d'acide acétique ? On négligera les réactions de l'acide acétique et de l'ion acétate avec l'eau. La solution est -elle une solution tampon ? Quel est le pH du mélange si le pKa du couple mis en jeu est 4,8 ?
..
corrigé
Qté matière (mol)= volume (L) fois concentration (mol L-1) ion acétate ac acétique ion sodium Qté matière (mol) 0,04*0,1=0,004 0,01*0,1=0,001 0,04*0,1=0,004 volume mélange (L) 0,05 concentration mol L-1 0,004 / 0,05=0,08 0,001 / 0,05=0,02 0,004 / 0,05=0,08 Une solution tampon doit contenir un couple acide base telle que l'acide et sa base conjuguée soit en quntité égale en mole, ce qui n'est pas le cas ici.ion acétate=0,004 mol ; ac acétique=0,001 mol. pH d'une solution contenant un couple acide base pH = pKa + log ([base conjuguée]/ [acide] ) pH=4,8 + log(0,02/0,08)=5,4.
exercice 4	autoprotolyse de l'eau
Soit 100 mL d'eau à 25°C. Le pH est égal à 7.  Quelles sont les quantités de matière en mol des espèces présentes en solution ? La température change, comment évoluent ces valeurs ? A partir de quelles concentrations faut-il tenir compte des ions issus de l'autoprotolyse
.
corrigé
[H3O+]=[HO-]= 10-7 mol L-1. Qté matière (mol)= volume (L) fois concentration (mol L-1) 0,1*10-7=10-8 mol dion hydronium ou hydroxyde. masse de 100 mL d'eau : 100g ; masse molaire de l'eau 16+2 =1 8 g mol-1. Quantité de matière (mol)= masse(g) / masse molaire(gmol-1) 100/18=5,55 mol d'eau La valeur Ke du produit ionique de l'eau diminue si la température augmente. Les concentrations des ions hydroxyde et hydronium diminuent. La concentration en molécule d'eau ne change pas.Dans ces conditions le pH d'une solution neutre est plus petit que 7. Si la concentration de l'acide ou de la base est inférieure à 10-6 mol L-1 il faut tenir compte des ion hydronium ou hydroxyde issus de l'eau.
exercice 5	cinétique de formation des ions triiodure I3-.
On étudie la vitesse de formation des ions triiodure par colorimètrie lors de la réaction H2O2 + 2H+ + 3I- donnent 2H2O + I3- On mélange 10 mL de solution acidifiée d'eau oxygénée à 0,01 mol L-1 et 10 mL de solution de iodure de potassium KI à 0,2 mol L-1. On détermine la concentration [ I3-] en fonction du temps par comparaison de la couleur de la solution à celle d'échantillons.
Comment évolue la vitesse de formation des ions triiodure ? A t=1600 s calculer la concentration en ion iodure I-. Quel est le facteur limitant ? Quelle est la vitesse de la réaction à t=800 s ?
..
corrigé
Cette vitesse diminue car la concentration des réactifs diminuent au cours du temps. La vitesse, à une date donnée, est le coefficient directeur (en valeur absolue) de la tangente à la courbe à cette date . Ce coefficient diminue au cours du temps. lecture graphique à t=1600 s [ I3-]= 3,5 mmol L-1. soit dans 20 mL : 3,5*20 10-3 = 0,07 mmol d'ion I3- formé soit 3*0,07 = 0,21 mmol d'ion I- ayant réagi or au départ il y avait dans 10 ml :10*10-3*0,2= 2 mmol d'ion I- donc il en reste: 2-0,21 = 1,79 mmol d'ion I- dans 20 mL de solution [I-]= 1,79 10-3/20 10-3 = 0,09 mol L-1. Quantité de matiére : H2O2 : volume (L) fois concentration (mol L-1)=10 10-3*10-2=0,1 mmol ion iodure : 10 10-3*0,2=2 mmol à partir de 0,1 mmol d'eau oxygénée il faut 0,3 mmol d'ion iodure. L'eau oxygénée est en défaut. coefficient directeur de la tangente à la date t=800 s=vitesse environ 2,3 10-3 mmol L-1 s-1.
exercice 6	composés organiques oxygénés
L'hydrolyse de A (C9H10O2 ) conduit à un acide carboxylique C et à un alcool D. Quelle fonction chimique possède A ? La formule de C est C2H4O2 Donner son nom et écrire sa formule semi développée. Quelles sont les caractéristiques de la réaction ci dessus ? Quelle est la formule brute de D , Il s'agit d'alcool benzilique, écrire sa formule semi développée. Ecrire la formule semi développée de A.
.
corrigé
A posséde une fonction ester. L'hydrolyse de cet ester est lente , athermique , limitée.
exercice 7	catalyse héterogène H2O2 et platine.
On verse 10 mL d'une solution S d'eau oxygénée dans une fiole jaugée de 100 ml et on complète avec de l'eau distilée jusqu'au trait de jauge. On obtient la solution S'. On dose 10 mL de S' acidifiée par une solution de permanganate de potassium à 0,02 mol L-1. Il faut verser 20 mL de cette solution de KMnO4 pour observer une teinte rose persistante. Quel(s) rôle(s) joue KMnO4 ? Equilibrer l'équation bilan ci contre . MnO4- + 5H2O2 + H+ donnent Mn2+ + O2 + H2O Quelles sont les concentrations de S et S' ? Dans 50 mL de S' acidifiée, on place un disque de platine. On laisse agir 20 minutes et on dose 10 mL de cette solution par la même solution de KMnO4 . Il faut verser 18 mL. Quel est le rôle du platine? La décomposition de l'eau oxygénée en O2 et eau est-elle rapide ?
.
corrigé
KMnO4 est un réactif, l'oxydant c'est l'indicateur de fin de réaction  MnO4- (couleur violette) est le seul ion coloré dans cette réaction de dosage. Tant qu'il y a de l'eau oxygéné MnO4- réagit en donnant l'ion Mn2+ incolore. Quant l'eau oxygéné a disparu MnO4- est présent en solution. 2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ donnent 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O Qté de matière d'ion permanganate: (mol) =volume(L) * concentration mol L-1. 20 10-3 * 0,02 =0,4 10-3 mol = 0,4 mmol. 0,4 mmol d'ion permanganate réagit avec 2,5*0,4= 1 mmol H2O2. 1 mmol H2O2 est présent dans 10 mL de solution : [S']= 0,1 mol L-1 et [S]= 1 mol L-1 catalyse héterogéne: le platine est un métal plongeant dans la solution d'eau oxygénée. Qté de matière d'ion permanganate: (mol) =volume(L) * concentration mol L-1. 18 10-3 * 0,02 =0,36 10-3 mol = 0,36 mmol. 0,36 mmol d'ion permanganate réagit avec 2,5*0,36= 0,9 mmol H2O2. 0,9 mmol H2O2 est présent dans 10 mL de solution : [S']finale= 0,09 mol L-1. 10% d'eau oxygénée s'est décomposée en 20 minutes
exercice 8	l'acétanilide
L'acétanilide est obtenu par réaction entre l'aniline et l'anhydride éthanoique. C=12; H=1; N=14 gmol-1. Ecrire la formule semi dévelopée de l'acétanilide. Ecrire l'équation bilan. A partir de 0,11 mol d'aniline et 0,17 mol d'anhydride éthanoique, quelle masse d'acétanilide peut-on obtenir ?
..
corrigé
F noyau benzénique C6H5- 0,11 mol d'aniline réagit avec 0,11 /2 =0,055 mol d'anhydride éthanoique: aniline en défaut donnant 0,055 mol d'amide masse amide (g) = masse molaire de l'amide(gmol-1)*0,055 mol= 7,4 g
exercice 9	degré d'un vinaigre
Le vinaigre est une solution d'acide éthanoique. Son degré d'acidité représente le % massique d'acide acétique pur en solution. pKa =4,8 pour le couple acide éthanoique / ion éthanoate. réaction entre l'acide éthanoique et la soude: écrire l'équation bilan et calculer la constante Kr. réaction entre le vinaigre et la soude: on dilue 10 fois le vinaigre. 20 mL de cette solution diluée sont dosés par 24 mL de soude à 0,1 mol L-1. Quel est le degré du vinaigre ?
.
corrigé
H3CCO2H + HO- donnent H3CCO2- + H2O la base la plus forte HO- réagit naturellement avec l'acide le plus fort H3CCO2H . La constante de cette réaction est d'autant plus grande que les pKa sont distincts. Kr= 10-4,8 / 10-14 = 109,2. La réaction est totale. A l'équivalence CaVa=CbVb Ca=24 10-3*0,1 / 20 10-3= 0,12 mol L-1. en tenant compte de la dilution , la concentration du vinaigre est 1,2 mol L-1. masse de vinaigre dans 1 L= masse molaire gmol-1 * concentration masse d'acide dans 1 L=(2*12+2*16+4)*1,2= 72g soit 72/1000 *100=7,2% en masse degré=7,2				H2O / HO- pKa=14 H3CCO2H /H3CCO2- 4,8
exercice 10	dosage ion hydrogénocarbonate HCO3- étude de courbes
Une solution d'ion hydrogénocarbonate est dosée par une solution d'acide chlorhydrique à 0,01 mol L-1. 2 et 3 correspondent aux concentrations Commenter chaque courbe. Quel est le pKa du couple CO2/HCO3- Pourquoi le pH à l'équivalence est-il inférieur à 7 ?
..
corrigé
(1) dosage acide base pH=f(volume d'acide ajouté) (2) évolution de la concentration en ion HCO3- au cours du dosage. (3) évolution de la concentration en CO2 dissout au cours du dosage.Au delà de l'équivalence la qté de gaz dissout n'augmente plus mais le volume de la solution augmente, donc la concentration en CO2 diminue. A la demi équivalence d'un dosage acide fort base faible, le pH est égal au pKa du couple acide basemis en jeu. Lecture graphe (1) pour V=7 mL acide ajouté. le pKa est proche de 6,5 HCO3- + H3O+ donnent CO2 + 2 H2O A l'équivalence les deux réactifs ont disparu; la solution contient un acide CO2 dissout ,donc pH inférieur à 7.
retour - menu