L usage de la calculatrice programmable est autorisé
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- Thérèse Langevin
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1 Examen de chimie Examen-1- Novembre 2013 Classes TSV, TSM Durée : 120 min. L usage de la calculatrice programmable est autorisé Cette épreuve comporte trois exercices de chimie présentés sur 5 pages numérotées de 1 à 5, y compris celle-ci. L élève doit traiter les trois exercices qui sont indépendants les uns des autres. La page 5 annexe est à rendre avec la copie. 1
2 Exercice 1 : Suivi cinétique d une réaction par conductimétrie (6pts) Le 2-chloro-2-méthylpropane de formule (CH 3 ) 3 C - Cl peut réagir avec l eau pour former le 2- méthylpropane-2-ol, de formule (CH 3 ) 3 C OH, et une solution d acide fort, l acide chlorhydrique ( H 3 O + (aq) + Cl - (aq) ). Cette réaction se produit à volume V constant. Le suivi temporel de cette réaction est réalisé par conductimétrie : on mesure la conductivité σ du milieu réactionnel en fonction du temps. On obtient alors la courbe suivante: Questions 1. Écrire l équation de la réaction du 2-chloro-2-méthylpropane avec l eau. 2. Pourquoi la réaction peut-elle être suivie par conductimétrie?. 3. Expliquer l augmentation de la conductivité au cours du temps. 4. Exprimer la conductivité σ du milieu réactionnel en fonction des concentrations des ions oxonium et chlorure. 5. Montrer que l avancement x de la réaction à un instant t peut se mettre sous la forme : x (t) = V σ(t) λ(h 3 O + ) + λ(cl - ) 6. Déterminer le temps de demi-réaction de cette transformation. Justifier votre démarche. 7. Dessiner, en justifiant, sur le graphe de la feuille annexe (page 5 que vous présentez avec votre copie), l allure de la courbe donnant la conductivité σ en fonction du temps pour une température plus élevée, toutes choses étant égales par ailleurs. 8. Déterminer la concentration des ions oxonium à l état final. En déduire le ph du milieu à l état final. Données: λ(h 3 O + ) = 35,0 x 10-3 S.m 2.mol -1 ; λ(cl - ) = 7,63 x 10-3 S.m 2.mol -1 2
3 Exercice 2 : L acide propanoïque ( 9 pts) On se propose d étudier deux propriétés chimiques de l acide propanoïque de formule brute C 3 H 6 O 2 : la réaction de cet acide avec l eau et sa réaction avec l alcool le butan-1-ol de formule brute C 4 H 10 O. 1. Étude de la réaction entre l acide propanoïque et l eau On verse 0,1 mol d acide propanoïque pur dans de l eau distillée pour obtenir 500mL d une solution notée S 0 de concentration molaire en soluté apporté C 0. On réalise par la suite qu il est nécessaire de disposer de solution moins concentrée. On souhaite donc obtenir V = 1,00L de solution S de concentration C = 2, mol.l On donne la liste du matériel disponible : béchers et erlenmeyers de diverses capacités, pipettes jaugées de 10 et 20 ml avec un système de pipetage, fioles jaugées de 50,0 ml, 100 ml et 1000mL. Indiquer le protocole expérimental à suivre pour réaliser la solution S à partir de S Écrire l équation de la réaction de l acide propanoïque avec l eau en notant l acide HA. 1.3 Compléter le tableau d avancement (se trouvant sur la feuille annexe) de la transformation de 2, mol d acide propanoïque dans un volume d eau tel qu on obtient V = 100 ml de S. 1.4 La mesure du ph de la solution à l équilibre donne ph = 3,8. En déduire les concentrations : [A - ]éq, [HA]éq et [H 3 O + ]éq. 1.5 Déterminer la valeur de K A et déduire la valeur du pk A du couple acide propanoïque/ion propanoate. 2. Réaction de l acide propanoïque avec l alcool L acide propanoïque réagit avec l alcool, le butan-1-ol, selon une réaction d estérification lente et limitée pour donner un ester liquide(c 7 H 14 O 2 ) et de l eau à l état liquide. On prélève 0,2 mol d acide propanoïque liquide pur et 0,2 mol d alcool liquide pur qu on verse dans un ballon. 2.1 Écrire l équation de la réaction d estérification entre l acide propanoïque et l alcool en utilisant les formules brutes des espèces. 2.2 Calculer l avancement à l équilibre xéq sachant que la constante d équilibre K = 4, Déterminer le rendement de cette réaction en ester. 2.4 On demande à un groupe d élèves de formuler des propositions pour augmenter le rendement en ester. On relève les propositions suivantes : a) On chauffe le milieu réactionnel pendant un certain temps. b) On ajoute un catalyseur. c) On réalise une distillation fractionnée pour éliminer l eau au fur et à mesure de sa formation. d) On ajoute un excès d acide. Parmi ces quatre propositions, choisir, en justifiant, celle(s) qui vous semble(nt) correcte(s). Données :températures d ébullition : de l eau : 100,0 C, de l ester : 146,0 C. 3
4 Exercice 3 : Les pluies acides ( 4 ½ pts) Document 1: ph naturel de l eau de pluie Le ph «naturel» de l eau de pluie est d environ 5,6 en raison de la disssolution de dioxyde de carbone gazeux CO 2 présent dans l atmosphère. CO 2 dissous dans l eau provoque la formation d acide carbonique CO 2, H 2 O (aq)selon la réactionde dissolution : CO 2 (g) + H 2 O (l) CO 2, H 2 O (aq) Réaction (1) L acide dissous dans l eau réagit avec l eau selon : CO 2, H 2 O (aq) + H 2 O (l) HCO - 3 (aq)+ H 3 O + (aq) Réaction (2) Document 3: L acropole d Athènes Les monuments en pierre de l acropole d Athènes sont en danger! La pierre contient du calcaire CaCO 3 solide, qui subit une érosion accélérée à cause des pluies acides. En premier lieu, il se produit un phénomène de solubilisation modélisée par la réaction(5) : CaCO 3 (s) +2 H 3 O + (aq) Ca 2+ (aq) + CO 2 (aq)+ 3H 2 O les produits formés étant entraînés par le ruisellement. D autre part, le calcaire se transforme en gypse, une roche beaucoup plus friable, selon la réaction(6) : CaCO 3 (s) +2 H 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) CO 2 (aq)+ 3H 2 O(l) +CaSO 4 (s) (gypse) Document 4 :Origine et conséquences des pluies acides Document 2: Acidification de l eau de pluie Dans le nord-ouest de l Europe, le ph des eaux de pluie est de 4,5 en moyenne, mais il descend jusqu à 2,0 dans certaines régions. Cette acidification a pour origine le rejet dans l atmosphère de certains polluants comme les oxydes d azote NO X et Le dioxyde de soufre SO 2. En effet, ces polluants subissent des transformations chimiques qui mènent à la formation d acide nitrique HNO 3 et d acide sulfurique H 2 SO 4 dans les gouttes de pluie. L acide nitrique est un acide fort, l acide sulfurique est un diacide : une molécule d acide peut libérer successivement 2 ions H + au cours des réactions 3 et 4 suivantes: H 2 SO 4 (l) + H 2 O (l) HSO 4 - (aq)+ H 3 O + (aq) (3) HSO 4 - (aq)+ H 2 O (l) SO 4 2- (aq)+ H 3 O + (aq) (4) Questions 1. a. Calculer la concentration des ions oxonium H 3 O + dans l eau de pluie du nord-ouest de l Europe. b. L acide carbonique est-il fort ou faible? donner une justification. c. Formuler des hypothèses pour expliquer que le ph n est que de 4,5 au lieu de 5,6 dans le nord-ouest de l Europe. 2.Quelle est la formule de la base conjuguée de l acide nitrique?.en déduire l équation de la réaction de l acide nitrique avec l eau. 3. Quelles sont les causes des pluies acides?. Donner des exemples de leurs effets. 4. Quels sont les acides impliqués dans la solubilisation du calcaire?. Quel acide est responsable de la transformation du calcaire en gypse?. Cette réaction estelle une réaction acido-basique?. 4
5 Classes : TSV, TSM Nom :.. Annexe (À présenter avec la copie) Équation de la réaction + + État du système État initial Avancement En cours État final Tableau d avancement de la réaction de l acide propanoïque avec l eau. 5
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