CHIMIE Chapitre 1 Correction des exercices du manuel

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1 CHIMIE du manuel Exercice p. 8. équivalence de ce titrage se déft comme l instant où les réactifs sont introduits dans les proportions stoechiométriques, c est-à-dire n HO n H O éq, versé. Dans le cas présent, l équivalence peut être repérée par colorimétrie (utilisation d un indicateur coloré comme le BBT), par suivi ph-métrique (méthode de la dérivée ou des tangentes) ou bien par conductimétrie (la conductance de la solution diminue au début du dosage puis augmente après l équivalence). 4. a. nho cvéquiv, 0.0,0.0,.0. b. tial 4 n H 0, 0.0 H O tial, 0.0. Vtial 5, 0.0 tial Exercice 4 p. 9. G (c) G (m) 9,00E-0 8,00E-0 7,00E-0 6,00E-0 y = 0,0074x R = 0,9986 5,00E-0 4,00E-0,00E-0,00E-0,00E-0 c (. - ) 0,00E On obtient, pour G = 6,0 m, la concentration c = 8,.. Exercice 6 p. 9. a loi de Beer-ambert indique que l absorbance A d une espèce X en solution est proportionnelle à sa concentration [X] et à l épaisseur l de solution traversée, A X l où est le coefficient d extinction aire de l espèce X pour la longueur d onde considérée. i est exprimée en..cm, l doit être exprimée en cm et [X] en... A Ni O 4 A Ni 700 Ni l, 0.0, 0,

2 Exercice 8 p. 9 Cr O 7 (aq) + 4 H + (aq) + 6 e = Cr + (aq) + 7 H O(l) I (aq) = I (aq) + e (x ) Cr O 7 (aq) + 4 H + (aq) + 6 I (aq) = Cr + (aq) + 7 H O(l) + I (aq) NO (aq) + 4 H + (aq) + e = NO(g) + H O(l) (x ) Cu(s) = Cu + (aq) + e (x ) NO (aq) + 8 H + (aq) + Cu(s) = NO(g) + 4 H O(l) + Cu + (aq) soit IO (aq) + H + (aq) + 0 e = I (aq) + 6 H O(l) I (aq) = I (aq) + e (x 5) IO (aq) + H + (aq) + 0 I (aq) = 6 H O(l) + 6 I (aq) IO (aq) + 6 H + (aq) + 5 I (aq) = H O(l) + I (aq) Exercice 9 p. 9. O (aq) + 6 H + (aq) + 4 e = (s) + H O(l) O (aq) = 4 O 6 (aq) + e 5 O (aq) + 6 H + (aq) = (s) + H O(l) + 4 O 6 (aq) a présence des protons en réactifs nécessite que la réaction ait lieu en milieu acide.. Pour que les bechers puissent être comparés visuellement, il faut s assurer que l épaisseur de solution traversée par la lumière venant du motif soit la même dans tous les cas : en ajoutant de l eau, on obtient toujours 90 m de solution aqueuse.. apparition du précipité de soufre (s) a tendance à cacher le motif sous le becher : plus il se forme de soufre, moins le motif est visible. En prenant le même critère (la disparition du motif) dans chaque cas, et en évaluant la durée d apparition de ce critère, on peut juger de la rapidité à laquelle le précipité se forme, c est-à-dire de la vitesse de la réaction. 4. Plus la quantité d ions thiosulfate est grande dans le milieu réactionnel, plus le motif disparaît rapidement, et plus la vitesse de disparition du motif est grande. 5. Plus la quantité d acide est grande dans le milieu réactionnel, plus la vitesse de disparition du motif est grande. 6. C est en augmentant les quantités de réactifs que l on augmente la vitesse de réaction ; on pourrait également essayer d éliminer les produits formés (l eau par exemple) ou éventuellement utiliser un catalyseur. Exercice p. 0 Burette graduée contenant la solution titrante d acide chlorhydrique à,0.0. Erlenmeyer contenant la solution titrée d éthanoate de sodium et l indicateur coloré Agitateur magnétique

3 On verse progressivement la solution titrante sous agitation ; l équivalence est atteinte lorsque l indicateur coloré vire, c est-à-dire change de couleur de façon persistante.. CH COO (aq) + H O + (aq) = CH COOH(aq) + H O(l). A l équivalence, les réactifs étant introduits dans les proportions stoechiométriques, il vient n(ch COO ) = n(h O + ) éq c est-à-dire CH COO V H O V titrante éq d où l on tire H O V titrante éq, 0.0 5,8.0 CHCOO 5,8.0. V 0, a concentration obtenue s écrit également nchcoo mchcoona, n H O CHCOO V V M CH COONa, n H O c est-à-dire, ,0 8, 0 n 5,8.0,9 n 8,0,8 8, 0 5, On prendra donc n = : l éthanoate de sodium a donc pour formule CH COONa, H O. Exercice p.. agissant de l étude de la réaction entre le zinc et l acide sulfurique, les espèces redox mises en jeu sont Zn(s) et H + (aq). e zinc Zn(s) est un réducteur oxydé (couple Zn + /Zn) et l ion H + (aq) est un oxydant réduit (couple H + /H ).. équation s écrit Zn(s) + H + (aq) = Zn + (aq) + H (g). On peut envisager deux montages (avantages de précision au second). Eprouvette graduée remplie d eau Mélange zinc et acide chlorhydrique Eprouvette graduée remplie de solution eau Entonnoir renversé zinc solution d acide chlorhydrique

4 4. a. a surface offerte à la solution d acide chlorhydrique par le zinc est plus grande s il est sous forme de poudre que sous forme solide compacte. Ainsi, la grenaille étant plus compacte que la poudre, la surface de contact y est moins importante, et le dégagement gazeux est ainsi moins important. 4. b. a quantité de matière de zinc étant la même dans les deux cas, l état final est identique : il se forme donc dans les deux cas la même quantité de gaz, mais la formation est plus rapide dans le cas de la poudre que dans le cas de la grenaille. Exercice 4 p..a. On place la solution mère dans un becher ; on en prélève 50 m à l aide d une pipette jaugée (ou de deux pipettes de 5 m) préalablement rincé avec cette solution. On place ces 50 m dans une fiole jaugée de 500 m. On ajoute de l eau distillée jusqu aux ¾ de la fiole, on bouche, on agite. On ajuste ensuite à l eau distillée jusqu au trait de jauge. On bouche, on agite..b. a solution étant dix fois moins concentrée que la solution mère de concentration c,., sa concentration c vaut approximativement 0,...a. e montage est le suivant. Burette graduée contenant la solution titrante d acide chlorhydrique à c A = 0,00. Erlenmeyer contenant levolume V B = 0,0 m de la solution titrée et le BBT Agitateur magnétique.b. HO (aq) + H O + = H O(l) ca Véq 0,00,5.0.c. c 0,5.. V 0,0.0 B. nmère n fille c V c V B B cbvb 0, V 0, 0 00m c 0,5 Exercice 5 p.. O 8 (aq) + e = O 4 (aq) I (aq) = I (aq) + e O 8 (aq) + I (aq) = O 4 (aq) + I (aq). 4

5 équation de la réaction O 8 + I = O 4 + I état du système avancement n O 8 n I n O4 n I état tial 0 état intermédiaire x x x x x état final x f? x f x f x f x f x f 5, ,0.0 5 ère possibilité : O 8 est limitant et x f =, ème possibilité : I est limitant et x f = 5, a ème possibilité est la bonne puisque x f est le plus petit : x f = 5, a. Calculons tout d abord les quantités de matière tiales de réactifs. cm V,80.0,8.0 no8, 0.0 M Na O, 0, 86,0 8 4 n I 8 c ' mv,940.0,94.0, 0.0 M CaI 40, 6,9 94 état final général est le même que celui observé pour le système dans la question..b. Pour l avancement x = 5,0.0 5, l état final de ce système est le même que celui atteint à la question..c. es deux systèmes étant à même température et ayant le même état tial, ils atteignent leur état final au même moment. 4. e diiode est un produit de la réaction : on peut donc envisager de suivre la formation de ce composé coloré par spectrophotométrie, à condition que les concentrations ne soient pas trop élevées. Ici, cela ne devrait pas poser de problème. Exercice 6 p.. Cu(s) = Cu + (aq) + e NO (aq) + 4 H + (aq) + e = NO(g) + H O(l) Cu(s) + NO (aq) + 8 H + (aq) = Cu + (aq) + NO(g) + 4 H O(l) 4 8. a. V l e 0.0 0,50.0, 0.0 5, 0.0 m.. b. l e l e 00,50 0, 0.0 0,50, 0.0 5, 0 0,0 5, 0.0 0, cm. a. r m cm cm par particule. On peut calculer la quantité de particules sachant qu il y en a au total le même volume que dans le cas de la tournure, 8 Vtotal 5, N 5, 0.0,.0 V 4 6 part et ainsi la surface offerte par toutes les particules, 7 6 totale N,.0.0, 4.0 cm a surface offerte par les particules de cuivre en poudre est plus de dix fois plus grande que celle offerte par la tournure de cuivre.. b. a surface de contact avec la solution étant plus grande dans le cas de la poudre, c est avec la poudre de cuivre que la réaction sera la plus rapide. 5

6 4. a réaction se traduisant par l apparition d une espèce colorée, l ion cuivre Cu + (aq), on peut envisager de suivre la transformation par spectrophotométrie. D autre part, les ions H+(aq) étant consommés par la réaction, on peut envisager un suivi conductimétrique de la transformation (la conductance de la solution devant diminuer). Exercice 7 p.. absorbance A est proportionnelle à la concentration massique C de la substance colorée, ce qui s écrit A k C. a. Fe + (aq) + e = Fe + (aq) b. a casse ferrique d un vin dépend de sa concentration en élément fer (sous forme d ions fer(ii) et fer(iii) : en réduisant les ions fer(iii) en ions fer(ii), il ne reste plus qu à doser ces derniers ions pour obtenir la concentration en élément fer du vin en un sel dosage.. a. Prélèvement de la solution : burette graduée D de 5 m Prélèvement de l eau distillée : burette graduée D de 50 m Prélèvement de l hydroquinone : pipette jaugée C de m Prélèvement d orthophénanthroline : pipette jaugée C de m b. a solution contient davantage de solution que la solution : elle contient davantage d ions fer(ii) ; en présence d o-phénanthroline, sa teinte est donc plus marquée. C V 8, cm,5 g.. V Par simple lecture graphique, nous voyons que pour A = 0,45, C =,5 mg.. 6. Nous avons déterminé la concentration massique en fer d une solution ne contenant que 0 m de vin blanc ; le vin blanc lui-même a une concentration 50 fois plus élevée, à savoir,5 mg.. Il peut donc éventuellement subir la casse ferrique. Exercice 8 p.. I (aq) = I (aq) + e H O (aq) + H + (aq) + e = H O(l) na H O,0.0 0,0. a. ca H O 6,7.0. V 0.0 a I n 8.0 0,0 c I a a 6,0.0. Va 0.0 H O n,0.0 0,0 c H O 6,7.0. b b Vb 0.0 6

7 I n 0.0 0,0 c I b b,.0. Vb 0.0 H O n, 0.0 0,0 c H O,.0. c c Vc 0.0 I n 0.0 0,0 c I c a,.0. Va 0.0.b. a stoechiométrie de l équation indique qu il faut fois plus d ions iodure I (aq) que de peroxyde d hydrogène H O (aq) : H O (aq) est donc limitant dans les trois cas a, b et c, et I (aq) es donc en excès. ca, f I ca, i H O 6,7.0.. b i cb, f I c, HO 6,7.0. cc, a I cc, i H O, D après le document, I 6,6 m. I a,0 5,5 m. I b,0, 4 m. c,0 5. es transformations sont terminées dans les mélanges a et c, mais se poursuivent dans le mélange b. Exercice 9 p. I On place la totalité de la solution o contenue dans l ampoule dans une fiole jaugée de 50,0 m. On ajoute ensuite de l eau distillée aux ¾, on bouche et on agite. On complète ensuite au trait de jauge à l eau distillée, on bouche et on agite pour obtenir. m II. n M. a réaction entre glucose et diiode se déroulant e à e, les deux composés sont en proportions stoechiométriques si n = n.. a. a présence de diiode en solution se caractérise par une coloration brune (ou bleue en présence de thiodène ou d empois d amidon). En dosant l excès de diiode par les ions thiosulfate, la disparition du diiode provoque une décoloration de la solution (il n y a pas d autre espèce colorée) : l équivalence est alors atteinte à la décoloration de la solution..b. A l équivalence, d après la stoechiométrie de l équation de dosage, n O n I éq dosé i V éq = 5 m, alors n I 4 n dosé 0, ,5.0 n O éq C V m 4 4. n4 n n 7,5.0, c est-à-dire au mmum M 0, ,min 7,5.0,9.0 n 7,5.0 4,7.0 80,0 III Nous calculons ici n4 C5 V5 0, ,5.0 Il vient donc 5 n C V 6 0,0 4,6.0,5.0 5 n n n 4,5.0,5.0,5.0 d où l on tire m' 5 n M 5, ,0,5g. 7