Pour réviser : le tableau d avancement et la dissolution et solvatation. SEULEMENT les 2 PREMIERS EXERCICES PEUVENT ETRE TRAITES AVANT VENDREDI 20/01

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1 Pour réviser : le tableau d avancement et la dissolution et solvatation SEULEMENT les 2 PREMIERS EXERCICES PEUVENT ETRE TRAITES AVANT VENDREDI 20/01 Exercice : Prévision d un état final : 12 points environ 40 minutes Données : Masse molaire atomique du magnésium : 24,0 g.mol -1 Le magnésium solide Mg (s) réagit avec l'acide chlorhydrique (H + (aq)+cl - (aq)) pour former des ions Mg 2+ (aq) et du dihydrogène H 2(g) selon l équation de réaction suivante : Mg (s) + 2H + (aq) Mg 2+ (aq) + H 2(g) 1. Compléter le tableau d'évolution dans un cas général. Equation de réaction Mg (s) + 2H + (aq) Mg 2+ (aq) + H 2(g) Etat initial x = 0 Etat intermédiaire x x = x max Dans un ballon contenant un volume V= 50 ml d'acide chlorhydrique de concentration c = 8,0 mol.l -1 on verse une masse m = 2,4 g de magnésium. 2. Déterminer la quantité de matière initiale de chacun de réactifs. 3. Déterminer le réactif limitant et la valeur de l'avancement maximal. 4. Quelle sera la composition du système à l'état final? 5. Quel est le volume de dihydrogène dégagé lors de la transformation? Dans les conditions de l'expérience, 1,0 mol de gaz occupe 24 litres. Equation de la réaction Mg (s) + 2H + (aq) Mg 2+ (aq) + H 2(g) EI x = 0 n 1 n E. int x n 1 - x n 2-2x x x EF x max n 1 - x max n 2-2x max x max x max 2. Quantité de matière initiale de magnésium : n 1 = m/m(mg) = 2,4/24 = 1, mol Quantité de matière initiale d ions H + : n 2 = cv = x 8,0 = 4, mol 3. Hypothèse Mg limitant : n 1 - x max = 0 Soit x max = n 1 =1, mol Hypothèse H + limitant : n 2-2x max = 0 Soit x max = n 2 /2 =2, mol La plus petite valeur de x max est 1, mol. Le magnésium est le réactif limitant. 4. A l état final, il y aura donc : 0 mol de Mg n 2-2x max = 4, x 1, = 2, mol de H + x max =1, mol de Mg 2+ et de H 2 5. Si 1,0 mol de gaz a un volume de 24L, alors 1, mol de gaz aura un volume de : colonne 1 : colonne 2 : colonnes 3 et 4 : relation littérale n 1 : calcul n 1 : relation littérale n 2 : calcul n 2 : 2 hypothèses : 2 valeurs de x max : choix de x max : Réactif limitant : H + : Mg 2+ : H 2 : explication : valeur 24x1, = 2,4 L. TOTAL EXERCICE 1 sur 12 points

2 Exercice : Prévision de l état final : 12 points environ 40 minutes Données : Masse molaire du cuivre : M Cu = 63,5 g.mol -1 ; de l hydrogène : M H = 1,0 g.mol -1, du chlore : M Cl = 35,5 g.mol -1 On se propose d'étudier la réaction de transformation du cuivre en ions cuivre à l aide des ions H +. On observe alors un dégagement gazeux. La réaction peut être modélisée par l équation chimique suivante : Cu (s) + 2 H + (aq) Cu 2+ (aq) + H 2(g) 1.Compléter le tableau d'évolution dans un cas général. Equation de Cu (s) + 2 H + (aq) Cu 2+ (aq) + H 2(g) réaction Etat initial x = 0 Etat intermédiaire x x = x max On introduit dans un becher 0,635 g de cuivre et V = 100 ml d acide chlorhydrique (H +, Cl - ) de concentration C = 1, mol.l Déterminer la quantité de matière initiale de chacun de réactifs. 4. Déterminer le réactif limitant et la valeur de l'avancement maximal. 5. Quelle sera la composition du système à l'état final? 6. Déterminer le volume de dihydrogène dégagé par la réaction sachant que dans les conditions de l expérience 1,0 mol de gaz occupe 24 litres. Equation de Cu (s) + 2 H + (aq) Cu 2+ (aq) + H 2(g) réaction Etat initial n 1 n x = 0 Etat intermédiaire n 1 - x n 2-2x x x x x = x max n 1 - x max n 2-2x max x max x max 2. Quantité de matière initiale de cuivre solide: n 1 = m Cu = 0,635 M Cu 63,5 1, mol Quantité de matière initiale d ions H + : n 2 = CV = 1, x = 1, mol 3. Hypothèse Cu est limitant : Dans ce cas, n 1 - x max = 0. On a alors : x max = 1, mol Hypothèse H + limitant : n 2-2x max = 0 Soit x max = n 2 /2 =7, mol La plus petite valeur de x max est 7, mol. Le réactif limitant est H + 4. A l état final, il y aura donc : 0 mol de H + n 1 - x max = 1, , = 2, mol de Cu x max =7, mol de Cu 2+ (aq) et la même quantité de H 2 : colonne 1 : colonne 2 : colonnes 3 et 4 : relation littérale n 1 : calcul n 1 : relation littérale n 2 : calcul n 2 : 2 hypothèses : 2 valeurs de x max : choix de x max : Réactif limitant : Cu : H + : Cu 2+ : H 2 5. V H2 = n H2 x V m = 7, x 24 = 1, L : explication : calcul

3 Exercice : Absorbeur d humidité : 6,5 points environ 20 minutes Données : Ca est dans la deuxième colonne du tableau périodique et Cl est dans l avant dernière colonne. Masse molaire atomiques : M(Ca) = 40,1 g.mol -1 ; M(CI) = 35,5 g.mol -1. L'absorbeur d'humidité chimique (également appelé déshumidificateur) est une alternative simple et peu coûteuse à la mise en place d'une ventilation. Il permet de diminuer l'humidité liée à la condensation dans les habitations. C'est un appareil autonome qui fonctionne simplement: un sachet contenant une masse m = 1,20 kg de chlorure de calcium anhydre CaCI 2 (s) est placé sur une grille ; cette grille est située au-dessus d'une cuve rectangulaire dans laquelle on récupère la solution aqueuse de chlorure de calcium obtenue lorsque l'air humide passe à travers les pastilles de chlorure de calcium. Lorsque tout le solide a été dissous, le volume V de la solution obtenue dans la cuve est : V = 1,5L. Cette solution peut ensuite être jetée dans les sanitaires. 1. Écrire l'équation de dissolution du chlorure de calcium solide dans l'eau. 2. Calculer la quantité de matière n de chlorure de calcium dans le sachet utilisé. 3. Compléter le tableau d avancement suivant : Equation de dissolution : Etat initial x = 0 x max 4. À partir de ce tableau, calculer les quantités de matière n 1 d'ions calcium et n 2 d'ions chlorure dans la solution obtenue. 5. En déduire les concentrations en ions chlorure [Cl - ] et calcium [Ca 2+ ] de la solution obtenue. 6. Décrire le protocole à suivre pour préparer la même solution au laboratoire (avec la même masse et le même volume). L'équation correspondant à la dissolution du chlorure de calcium dans l'eau s'écrit: CaCl 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 Cl - (aq). Par définition n = m/m Pour le chlorure de calcium : M = 40,1 + 2x35,5 = 111,1 g.mol -1 On a donc n = 1, /111,1 = 10,8 mol CaCl 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 Cl - (aq) EI x = 0 n 0 0 E. int x n - x x 2x EF x max n - x max x max 2x max ( expression) (calcul) n - x max = 0 n = x max = 10,8 mol. n 1 = n Ca2+ = x max = 10,8 mol n 2 =2 x max = 21,6 mol : xmax : n1 et n2 [Cl - ] = n 2 /V = 21,6/1,5 = 14 mol.l -1 : expression [Ca 2+ ] = n 1 /V = 10,8/1,5 = 7,2 mol.l -1 : calculs Protocole de dissolution : On pèse le solide dans une capsule de pesée après avoir fait la tare. On verse le solide dans une fiole jaugée à l aide d un entonnoir. On rince la capsule de pesée et l entonnoir avec de l eau distillée que l on récupère. On remplit la fiole au 2/3. On agite jusqu à dissolution complète. On complète avec de l eau distillée jusqu au trait de jauge. On homogénéise. TOTAL EXERCICE 2 sur 6,5 points

4 Exercice : Dissolution dans l ammoniaque : 7 points environ 20 minutes Données : Numéro atomique : N : Z = 7 et H : Z = 1 La molécule d ammoniaque a pour formule NH Donner la représentation de Lewis de cette molécule. 2. Donner la géométrie de cette molécule. 3. Sachant que l azote est plus électronégatif que l hydrogène, expliquer en justifiant soigneusement si la molécule est polaire ou apolaire. 4. Peut-on dissoudre un cristal ionique de chlorure de sodium dans ce solvant. Justifier. 5. Si oui, décrire le fonctionnement de la dissolution en nommant les différentes étapes. Si non, donner un type de solvant capable de dissoudre un tel produit Cette molécule a une géométrie pyramidale. 3.. Comme l azote est plus électronégatif que l hydrogène, chaque liaison N-H est polarisée. Les atomes de H portent une charge partielle positive δ +. L azote porte une charge partielle négative 3 δ -. Le centre géométrique des charges partielles négatives est sur le N. Le centre géométrique des charges partielles positives est au centre du triangle de la base de la pyramide. Les deux centres géométriques sont non confondus : la molécule est polaire. 4. Un cristal ionique est constitué d espèces chargées. Il est donc soluble dans des solvants polaires. C est le cas de l ammoniaque. 5. La dissolution d un solide ionique se décompose en deux étapes : Dans un premier temps, il y a dissociation : les molécules de solvant créent des interactions électrostatiques entre elles et les ions du solide ce qui fragilise la structure. Les ions se séparent. Puis, les molécules d eau entourent les ions (solvatation) et font écran (dispersion). TOTAL EXERCICE 1 sur 7 points (polarisées) ( δ - /3 δ + ) (centres géo) (polaire)

5 Exercice : Préparation d une solution : 7,5 points environ 20 minutes Données : Masse molaire atomiques M(K) = 39,1 g.mol -1 M(Cr) = 52,1 g.mol -1 M(O) = 16,0 g.mol -1 On prépare un volume V = 500 ml d'une solution ionique contenant une masse m = 12,0 g de dichromate de potassium K 2 Cr 2 O 7 1. Décrire soigneusement le protocole ainsi que le matériel utilisé pour réaliser cette solution. 2. Déterminer la concentration molaire en soluté. 3. Ecrire l équation de dissolution du solide ionique dans l'eau, sachant qu'il y a formation d ions potassium K + et dichromate Cr 2 O A l aide d un tableau d avancement, déterminer la concentration effective de chaque ion présent. 1.Protocole de dissolution : On pèse le solide dans une capsule de pesée après avoir fait la tare. On verse le solide dans une fiole jaugée à l aide d un entonnoir. On rince la capsule de pesée et l entonnoir avec de l eau distillée que l on récupère. On remplit la fiole au 2/3. On agite jusqu à dissolution complète. On complète avec de l eau distillée jusqu au trait de jauge. On homogénéise. 2. Par définition c = n/v. Or n = m/m On a donc c = m MV Pour le dichromate de potassium : M = 2x39,1 + 2x52,1 + 7x16 = 294,4 g.mol -1 12,0 c = = 294,4x0,500 8, mol.l K 2 Cr 2 O 7 (s) 2 K + (aq)+ Cr 2 O 2-7 aq) K 2 Cr 2 O 7(s) 2 K + (aq)+ Cr 2 O 2-7 aq) EI x = 0 n E. int x n 1 - x 2x x EF x max n 1 - x max 2x max x max n 1 - x max = 0 n 1 = x max = m 1 /M 1 =4, mol. [K + ] = n K+ /V= 2x max /V= 0,163 mol.l -1 [Cr 2 O 7 2- ] = n Cr 2 O 7 2- /V= x max) /V= 8, mol.l -1 (2 expressions) (calcul c 1 ) : tableau : xmax : [K + ] en fonction de xmax : [K + ] calculs : [Cr 2 O 7 2- ] en fonction de xmax : [Cr 2 O 7 2- ] calculs TOTAL EXERCICE 2 sur 7,5 points

6 Exercice : Préparation d une solution : 7,5 points environ minutes Données : Masse molaire atomiques M(H) = 1,0 g.mol -1 M(Ca) = 40,1 g.mol -1 M(O) = 16,0 g.mol -1 M(Cl) = 35,5 g.mol -1 On prépare un volume V = 200 ml d'une solution ionique contenant une masse m 1 = 14,7 g de chlorure de calcium dihydraté CaCl 2, 2 H Décrire soigneusement le protocole ainsi que le matériel utilisé pour réaliser cette solution. 2. Déterminer la concentration en soluté. 3. Ecrire l équation de dissolution du solide ionique dans l'eau, sachant qu'il y a formation d ions calcium Ca 2+ et chlorure Cl - 4. A l aide d un tableau d avancement, déterminer la concentration effective de chaque ion présent. 1.Protocole de dissolution : On pèse le solide dans une capsule de pesée après avoir fait la tare. On verse le solide dans une fiole jaugée à l aide d un entonnoir. On rince la capsule de pesée et l entonnoir avec de l eau distillée que l on récupère. On remplit la fiole au 2/3. On agite jusqu à dissolution complète. On complète avec de l eau distillée jusqu au trait de jauge. On homogénéise. 2. Par définition c = n/v. Or n = m/m On a donc c = m MV Pour le chlorure de calcium : M 1 = 40,1 + 2x35,5 + 2x(16+2) = 40, x18 = 40, = 147,1 g.mol-1 c 1 = = 0,50 mol.l-1 14,7 = 1 147,1x0,200 10x0,200 (2 expressions) (calcul c 1 ) 3. CaCl 2(s) Ca 2+ (aq)+ 2 Cl - (aq) CaCl 2(s) Ca 2+ (aq)+2 Cl - (aq) n 1 - x max = 0 n 1 = x max = m 1 /M 1 =0,10 mol. EI x = 0 n [Ca 2+ ] = n Ca2+ /V= x max /V= 0,1/0,200 = 0,50 E. int x n 1 - x x 2x mol.l -1 EF x max n 1 - x max x max 2x max [ [Cl - ] = n Cl- /V= (2x max) /V= (2x0,1)/0,200 = 1,0mol.L -1 : tableau : xmax : [Ca 2+ ] en fonction de xmax : [Ca 2+ ] calculs : [Cl - ] en fonction de xmax : [Cl - ] calculs TOTAL EXERCICE 2 sur 7,5 points

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