Synergie UM S2 Corrigé Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc.
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- Jean-Charles Leboeuf
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1 4 2.1 Les ions Manuel, p. 60 et 61 UM 2.1 1/1 Synergie UM S2 orrigé 1. omment appelle-t-on : a un atome ou un regroupement d atomes ayant gagné ou perdu un ou des électrons? Un ion. b un ion négatif? Un anion. c une électrode positive? Une anode. d une électrode capable d attirer les cations? Une cathode. e un ion positif? Un cation. 2. Quelle(s charge(s électrique(s porte(nt l ion d un atome ayant perdu deux électrons? Deux charges positives (2. 3. ombien de charges l ion d un atome ayant gagné un électron porte-t-il? Une charge négative (1. 4. Au cours d une électrolyse, de quelle charge est l électrode attirant les cations? L électrode est de charge négative. 5. Quels sont les ions présents dans une solution où 10 g de nitrate de sodium (NaNO 3, un composé ionique, sont dissous dans 200 ml d eau distillée? Les ions Na et NO 3 sont présents. 6. Pour réaliser l électrolyse du sel de table (Nal, on utilise deux mines de crayon en carbone qu on joint à une pile de 9 V à l aide de fils électriques. Désignez, sur le schéma ci-contre: l anode; la cathode; le déplacement des ions Na ; le déplacement des ions l. 8 Synergie Univers matériel oncept 2.1 Anode Figure 2 Na l L électrolyse du sel de table. athode
2 UM 2.2 1/2 UM 2.2 2/ La dissolution et la solubilité Manuel, p. 62 à À l aide du diagramme suivant, répondez aux questions a à e concernant la solubilité de différentes substances. Les courbes de solubilité de différentes substances dans l eau Synergie UM S2 orrigé a La dissolution est l action de dissoudre un soluté dans un solvant. b Le soluté est la substance qui se dissout dans le solvant. c La solubilité est la quantité maximale de soluté pouvant se dissoudre dans un volume déterminé de solvant, à une température donnée. d Le solvant est la substance qui cause la dissolution d un soluté. Dans une solution, la quantité de solvant est habituellement supérieure à celle du soluté. e Lorsque deux liquides ne peuvent se dissoudre l un dans l autre, on dit qu ils sont non miscibles, alors que deux liquides pouvant se mêler de façon à former un mélange homogène sont dits miscibles. f Lorsqu il y a dissolution d un soluté solide dans un solvant, on remarque que le volume de la solution augmente. g Au cours d une dissolution, même si le soluté semble «disparaître» dans le solvant, il y a conservation de la masse. 2. Si on dissout 5,35 g d un sel dans 20 ml de solvant, quelle est la solubilité de ce sel, exprimée en g/100 ml? onsignez votre calcul dans l encadré ci-dessous. 3. L air sans particules en suspension (poussières est un mélange d azote, de dioxygène, de vapeur d eau, de dioxyde de carbone et d autres gaz à faibles concentrations. Lequel de ces gaz joue le rôle de solvant? Justifiez votre réponse. Le gaz qui joue le rôle de solvant est l azote, car c est le gaz le plus abondant. 14 Solubilité 5,35 g 5 5,35 g 26,75 g 20 ml 5 20 ml 100 ml Réponse: La solubilité est de 26,75 g/100 ml. Synergie Univers matériel oncept 2.2 Solubilité (g/100 ml odure de potassium (K Nitrate de sodium (NaNO 3 hlorure de sodium (sel de table (Nal Sulfate de cérium (e(so 4 2 Nitrate de potassium (KNO Température du solvant ( Figure 1 La solubilité de quelques substances solides dans l eau. a Quelle substance est la plus soluble, c est-à-dire qui possède la plus grande solubilité, à 0? La substance la plus soluble est l iodure de potassium (K. b Quelle est la solubilité du nitrate de potassium (KNO 3 à 40? La solubilité du nitrate de potassium (KNO 3 à 40 est d environ 65 g/100 ml. c À quelle température les solubilités du chlorure de sodium (Nal et du nitrate de potassium (KNO 3 sont-elles identiques? Les solubilités du chlorure de sodium (Nal et du nitrate de potassium (KNO 3 sont identiques à une température d environ 23. d La solubilité d une substance diminue avec l augmentation de la température. Quelle est cette substance? La substance dont la solubilité diminue avec l augmentation de la température est le sulfate de cérium (e(so 4 2. e Si on tentait de dissoudre 60 g de nitrate de potassium (KNO 3 dans 100 ml d eau à 30, la solution serait-elle saturée ou non saturée? Justifiez votre réponse. D après le graphique, la solubilité du nitrate de potassium (KNO 3 à 30 est d environ 45 g/100 ml : la solution sera donc saturée. La différence de masse (60 g 45 g 15 g représente la quantité de nitrate de potassium (KNO 3 qui sera en surplus et qui se déposera au fond du bécher. Synergie Univers matériel oncept
3 10 Synergie UM S2 orrigé 2.3 La concentration et la dilution Manuel, p. 68 à 72 La concentration en grammes par litre (g/l et en pourcentage (% UM 2.3 1/4 1. On prépare une boisson de 1,5 L à l aide d un sachet de 120 g de cristaux. Répondez aux questions suivantes. a Quelle est la concentration de la boisson en g/l? La concentration de la boisson est de 80 g/l. b Si le sachet de cristaux contient 90 g de sucre, quel est le pourcentage de sucre de la boisson? La boisson contient alors 6 % de sucre. 2. On prépare 500 ml d une solution d hydroxyde de sodium (NaOH d une concentration de 20 g/l. Quelle masse de soluté doit-on peser pour préparer la solution? On doit peser 10 g de soluté. 3. Dans un laboratoire, on trouve trois solutions : Solution A : volume = 450 ml, masse de soluté dissous = 90 g Solution B : volume = 1,2 L, concentration = 12 % Solution : volume = 30 ml, masse = 12 g de soluté Quelle est la concentration des solutions en g/l? Solution A : 200 g/l Solution B : 120 g/l Solution : 400 g/l 4. Dans un hôpital, on met des patients sous perfusion. Les sacs de perfusion contiennent normalement une solution de dextrose (sucre à 5 % et ont différents volumes. ndiquez la quantité de soluté présente dans chacun de ces volumes de perfusion. a 100 ml: 5 g b 250 ml: 12,5 g c 500 ml: 25 g 5. On dissout 10 g de sel dans 300 ml d eau. On ajoute ensuite de l eau pour porter le volume à 500 ml. Quelle est la concentration de la solution ainsi préparée, en grammes par litre (g/l? La concentration de la solution est de 20 g/l. 6. Quelle est la concentration, en pourcentage, d une solution dans laquelle on a dissous 120 g de soluté pour préparer 0,5 L de solution? La concentration de cette solution est de 24 %. La concentration en parties par million (ppm 7. L eau de Javel est une solution d hypochlorite de sodium (NalO à 5,25 % (m/v. Répondez aux questions suivantes et, le cas échéant, consignez vos calculs dans les encadrés. a Dans un contenant de 3,6 L d eau de Javel, quelle est la masse d hypochlorite de sodium (NalO? Réponse : La masse est de 189 g. Synergie Univers matériel oncept ,25 % 5,25 g 52,5 g 52,5 g 3,6 52,5 g 189 g 100 ml ml 1 L 3,6 1 L 3,6 L b Si 3,6 L d eau de Javel sont versés dans une piscine contenant L d eau (ou kg d eau, quelle est alors la concentration en ppm d hypochlorite de sodium NalO? 8. L éthylène glycol, aussi appelé antigel, se dégrade en quelques jours dans l air et en plusieurs semaines dans l eau ou le sol. On utilise de l antigel pour protéger les tuyaux d une piscine, et la concentration acceptable de ce produit pour une baignade sécuritaire ne doit pas dépasser 20 ppm. Si l on emploie 6 L d antigel dans une piscine contenant L d eau et que, au printemps suivant, seulement la moitié de l éthylène glycol s est dégradé, la concentration exposerait-elle les baigneurs à certains risques? onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous. La concentration molaire (mol/l 9. Décrivez la démarche pour préparer 150 ml d une solution d hydroxyde de sodium (NaOH d une concentration de 0,25 mol/l. Les étapes pour préparer cette solution sont les suivantes : 1 alculer la masse molaire du NaOH : 40 g. 2 alculer la quantité de NaOH nécessaire pour préparer la solution : 1,5 g. 3 Mesurer précisément cette masse de NaOH sur une balance. 4 Dissoudre complètement le soluté dans 100 ml d eau. 5 Une fois tout le soluté dissous, ajouter de l eau pour pour obtenir 150 ml de solution. 26 Masse de 1 ml d eau 1 g 189 g (3, ,15 10 g 6 3,15 ppm Réponse : La concentration est de 3,15 ppm. 6 L i ppm L Si seulement la moitié de l antigel se dégrade, la concentration sera de : i 75 ppm f 37,5 ppm. 2 2 Synergie Univers matériel oncept 2.3 UM 2.3 2/4 Réponse : On exposerait les baigneurs à certains risques puisqu il y aurait 37,5 ppm d éthylène glycol dans l eau de la piscine.
4 Synergie UM S2 orrigé 11 UM 2.3 3/4 10. alculez la concentration molaire d une solution d eau salée contenant du chlorure de sodium (Nal à 0,9 %. onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous. Masse de (1 mole de Nal 22,99 g 35,45 g 58,44 g 0,9 g 9 g 0,9 % 100 ml ml 58,44 g 1 mole 9 g x mole } x mole 0,15 mole 9 g 0,15 mole 0,15 mol / L ml ml Réponse : La concentration est de 0,15 mol/l. 11. Quel volume d une solution d hydroxyde de sodium (NaOH d une concentration de 0,5 mol/l contient 3,5 g de ce soluté? onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous. Masse de (1 mole de NaOH 22,99 g 16 g 1,01 g 40 g 1 mole 40 g x g 20 g 0,5 mole x g } 0,5 mole 20 g 0,5 mol / L ml ml Réponse : Le volume est de 175 ml. 12. Quelle masse de soluté trouve-t-on dans 200 ml d une solution de sulfate de potassium (K 2 SO 4 d une concentration de 0,5 mol/l? onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous. Masse de (1 mole de K 2 SO 4 (2 39,1 g 32,07 g (4 16 g 174,27 g 1 mole 174,27 g x g 87,14 g 0,5 mole x g } 0,5 mole 87,14 g x g 87,14 g 200 ml 0,5 mol / L x g 17,43 g ml ml 200 ml g Réponse : La masse est de 17,43 g. 3,5 g x ml 3,5 g ml x ml 175 ml 20 g La dilution UM 2.3 4/4 13. À 200 ml d une solution d hydroxyde de sodium (NaOH d une concentrtion de 0,5 mol/l on ajoute 300 ml d eau. Quelle est alors la concentration de la solution? onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous. Données : 0,5 mol / L ; V ml ; V ml 300 ml 500 ml 2 0,5 mol / L 200 ml 2 0,2 mol / L 500 ml Réponse : La concentration est de 0,2 mol/l. 14. Pour préparer 500 ml d une solution de peroxyde d hydrogène (H 2 O 2 concentrée à 20 %, on utilise une solution de peroxyde d hydrogène (H 2 O 2 à 55 %. Quel volume de la solution concentrée doit-on utiliser pour ne pas en gaspiller inutilement? onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous. Données : 55%; 2 20%; V ml Réponse : Le volume est de 181,82 ml. 15. Pour préparer ml de solution concentrée à 0,25 mol/l, on utilise une bouteille d acide chlorhydrique (Hl dont la concentration est de 10 mol/l. Quelle quantité d acide chlorhydrique doit-on prélever dans la bouteille pour obtenir la solution désirée? onsignez vos calculs dans l encadré ci-dessous, puis décrivez la démarche pour faire cette préparation. Données : 10 mol / L ; 2 0,25 mol / L ; V ml V 2 2 V 2 20 % 500 ml 1 181,82 ml 55 % 2 V 2 0,25 mol / L ml 1 37,5 ml 10 mol / L Réponse : Démarche : 1 Prélever 37,5 ml de la solution de Hl à 10 mol/l. 2 Ajouter (1 500 ml 37,5 ml = 1 462,5 ml d eau. Synergie Univers matériel oncept Synergie Univers matériel oncept 2.3
5 Synergie UM S2 orrigé 17 L analyse des résultats 4. Parmi les solutions que vous avez testées, laquelle est la plus acide? Plusieurs réponses possibles. xemple : La boisson gazeuse, le vinaigre et le jus de citron sont tous acides avec le ph le plus bas (ph 3. Mais les réponses peuvent varier selon les solutions proposées. 5. ntre quelles valeurs de ph se situent les substances comestibles utilisées dans cette expérience? Le ph de ces substances se situe entre 3 et Quelle est la substance la plus basique de votre tableau? Plusieurs réponses possibles. xemple : Le lave-vitre et le détersif à lessive liquide sont tous deux les plus basiques (ph 10. Néanmoins, les réponses peuvent varier selon les solutions testées. 7. Quelles sont les autres substances ayant un ph basique? Plusieurs réponses possibles. xemple : L antiacide et la solution de bicarbonate de sodium (NaHO 3. La conclusion 8. Quel est le ph des solutions acides? Les solutions acides ont un ph inférieur à Quelle est la valeur de la concentration en ions H lorsqu une solution est acide? Une solution est acide lorsque sa concentration en ions H est supérieure à 10 7 mol/l. 10. Quel est le ph des solutions basiques? Les substances basiques ont un ph supérieur à Quelle est la valeur de la concentration en ions H lorsqu une solution est basique? Une solution est basique lorsque sa concentration en ions H est inférieure à 10 7 mol/l. 12. Quel est le ph des solutions neutres? Les solutions neutres ont un ph égal à 7. Fiche LABO UM 2.6 3/3 13. Quelle est la valeur de la concentration en ions H + lorsqu une solution est neutre? Une solution est neutre lorsque sa concentration en ions H est égale à 10 7 mol/l. 14. Vos hypothèses étaient-elles toutes exactes à propos du ph des solutions domestiques? Plusieurs réponses possibles. xemple : Oui, nous pensions que la solution de bicarbonate de sodium était basique, car sa formule chimique est celle d un sel. 2.6 L échelle ph Manuel, p. 82 a Moins la valeur de ph est élevée, plus la solution est acide. b Les solutions basiques ont un ph supérieur à 7. c Les solutions ayant un ph élevé présentent une faible concentration en ions H. d Une solution ayant un ph de 7 est neutre. e n diluant une solution acide, on augmente son ph. 2. Quelle est la concentration en ions H d une solution dont le ph est de 9? La concentration en ions H est de mol/l. 3. Dans un laboratoire, on utilise une solution d acide chlorhydrique (Hl, un acide fort, concentrée à 0,1 mol/l. a Quel est le ph de cette solution? Le ph est égal à 1. b Pour compléter l expérience, on a besoin d une solution dont le ph est égal à 3. Quelle est la démarche pour la préparer à partir de la solution concentrée à 0,1 mol/l? La solution finale est 100 fois moins concentrée que la solution initiale. l faudrait donc diluer la solution initiale 100 fois. Si, par exemple, le volume de la solution initiale d acide (0,1 mol/l était de 10 ml, on devrait y ajouter 990 ml d eau pour obtenir une solution ayant un ph de 3. Accepter toute autre réponse équivalente. 4. À partir de leur formule chimique, classez les composés de l encadré ci-dessous selon la valeur de leur ph lorsqu ils sont en solution aqueuse. H 2 Te Na 2 SO 4 H 2 SO 3 NH 4 OH HlO 3 al 2 MgSO 4 K 2 r 2 O 7 Al(OH 3 Mg(OH 2 5. Quel est le ph d une solution d hydroxyde de potassium (KOH, une base forte, dont la concentration est de 0,01 mol/l? Son ph est égal à 12. ph < 7 ph = 7 ph > 7 H 2 Te MgSO 4 Mg(OH 2 HlO 3 Na 2 SO 4 NH 4 OH H 2 SO 3 K 2 r 2 O 7 Al(OH 3 al 2 UM 2.6 1/1 Synergie Univers matériel oncept Synergie Univers matériel oncept 2.6
6 Synergie UM S2 orrigé La dissociation électrolytique Manuel, p. 76 à 81 1 re démonstration La dissociation des acides et des bases 1. a nscrivez, dans le tableau suivant, le nombre d ampères circulant dans chaque solution, à la même tension. La conductibilité de différentes solutions b Quelle solution est la plus conductrice? La solution d acide chlorhydrique (Hl est la plus conductrice. c Quelle solution est la moins conductrice? La solution d hydroxyde d ammonium (NH 4 OH est la moins conductrice. 2. omment pouvez-vous expliquer ces différences de conductibilité? haque substance ne libère pas la même quantité d ions en solution. 2 e démonstration Un modèle de dissociation électrolytique 3. a ndiquez, dans le tableau suivant, la couleur des molécules selon les modèles, puis le nombre de molécules dont les paires de boules se sont détachées l une de l autre (qui ont libéré le plus d ions. b Quelles molécules auraient présenté la plus grande conductibilité? Dans le présent exemple, il s agirait des molécules noires. 4. alculez le pourcentage de dissociation de chaque groupe de molécules. Dans le présent exemple : boules blanches : 2/ % = 20 % ; boules jaunes : 5/ % = 50 % ; boules noires : 9/ % = 90 %. Fiche ATVTÉ UM 2.5 1/1 Solution acide ourant Solution basique ourant Acide chlorhydrique (Hl Acide sulfurique (H 2 SO 4 Acide acétique (H 3 OOH 0,8 A 0,75 A 0,03 A Hydroxyde de sodium (NaOH Dihydroxyde de calcium (a(oh 2 Hydroxyde d ammonium (NH 4 OH 0,6 A 0,5 A 0,01 A ouleur des molécules (boules Nombre de paires de boules dissociées Les molécules selon les modèles Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Blanche 2/10 Jaune 5/10 Noire 9/10 Note : es valeurs peuvent varier selon le type d électrodes utilisées ou le voltage appliqué. Les valeurs notées dans ce tableau ont été mesurées avec des électrodes en carbone sous une tension de 9 V. 2.5 La dissociation électrolytique Manuel, p. 76 à 81 a La dissociation électrolytique libère les ions qui forment les électrolytes. b Plus la dissociation électrolytique est élevée, plus la solution est conductrice. c La dissociation électrolytique a lieu lors de la dissolution des composés ioniques. d On qualifie les électrolytes ayant un taux de dissociation élevé d électrolytes forts, alors que ceux qui ont un taux de dissociation inférieur à 25 % sont dits électrolytes faibles. e On reconnaît facilement les acides à leur formule chimique, car celle-ci commence généralement par le symbole de l hydrogène (H, suivi par un non-métal ou un groupe d atomes. f On reconnaît facilement les bases à leur formule chimique, car celle-ci débute généralement par un métal et se termine par l ion polyatomique hydroxyde (OH. g Les sels possèdent une formule chimique qui débute généralement par un métal ou NH 4 et se termine par un non-métal. h La formule chimique de certains sels commence par un métal ou NH 4 et finit par un groupe d atomes. i Les formules chimiques des bases et des sels peuvent ne pas commencer par un métal, mais plutôt par un groupe d atomes NH lassez les électrolytes ci-dessous selon leur type (acides, bases ou sels en vous basant uniquement sur leur formule chimique. a 3 (PO 4 2 Be(OH 2 Mg(NO 3 2 H 2 O 3 H 2 S KF KO 3 a(oh 2 Na 2 SO 3 Al(OH 3 H 3 PO 4 NH 4 l AlPO 4 K 2 O 3 HNO 3 Fe(OH 3 HF Al 2 (SO 4 3 Ba(OH 2 HNO 2 Acides Bases Sels H 2 O 3 Al(OH 3 Al 2 (SO 4 3 HF Ba(OH 2 a 3 (PO 4 2 HNO 2 Be(OH 2 K 2 O 3 HNO 3 a(oh 2 KF H 3 PO 4 Fe(OH 3 Mg(NO 3 2 H 2 S NH 4 l UM 2.5 1/1 Synergie Univers matériel oncept Synergie Univers matériel oncept 2.5
7 UM 2.4 1/ La conductibilité électrique et les électrolytes Manuel, p. 73 à 75 Synergie UM S2 orrigé a Les électrolytes libèrent des ions lorsqu ils sont en solution aqueuse. b Les substances qui rougissent le papier tournesol sont acides, ce qui signifie qu elles sont également des électrolytes. c Les électrolytes qui bleuissent le papier tournesol sont basiques. d Les substances électrolytiques sont caractérisées par des dissolutions ioniques. e Les substances non électrolytiques sont caractérisées par des dissolutions moléculaires. 2. Le tableau suivant donne la formule chimique de différentes substances et leurs comportements en solution aqueuse. Utilisez l information des trois premières colonnes pour remplir le reste du tableau. Substances Les comportements, en solution aqueuse, de différentes substances Se dissout dans l eau onductibilité électrique odure de potassium (K Oui Oui Propanol ( 3 H 7 OH Oui Non Acide carbonique (H 2 O 3 Oui Oui Acétone ( 3 H 6 O Oui Non Hydroxyde de lithium (LiOH Oui Oui Trinitrate de fer (Fe(NO 3 3 Oui Oui Électrolyte ( ou Non-électrolyte (N N N Dissolution ionique ( ou moléculaire (M ons en solution aqueuse Synergie Univers matériel oncept M M K, 2H 2, O 3 Li, OH Fe 3 ; 3NO 3
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