1) L ion borate est une base, écrire la demi-équation acido-basique correspondante : BO 2

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1 Chimie : Séance n 2 I. Réaction entre l acide acétique et l ion borate : On mélange 25,0 ml d une solution d acide acétique de concentration 2, L 1 et 75,0 ml d une solution de borate de sodium de concentration 1, L 1. 1) L ion borate est une base, écrire la demiéquation acidobasique correspondante : BO 2 HBO 2 (aq) = BO 2 (aq) + H + 2) Ecrire l équation de la réaction qui se produit lors du mélange des deux solutions. solution d acide acétique : CH 3 CO 2 H (aq) la base correspondante est : CH 3 CO 2 (aq) CH 3 CO 2 H (aq) = CH 3 CO 2 (aq) + H + BO 2 (aq) + H + = HBO 2 (aq) CH 3 CO 2 H (aq) + BO 2 (aq) CH 3 CO 2 (aq) + HBO 2 (aq) 3) Etablir la composition du système en fin de réaction, en quantités de matière puis en concentrations. état avancement CH 3 CO 2 H (aq) + BO 2 (aq) CH 3 CO 2 (aq) + HBO 2 (aq) initial 0 n o (CH3CO2H) n 0 (BO2 ) 0 0 en cours x n o (CH3CO2H) x n 0 (BO2 ) x x x final x m n o (CH3CO2H) x m n 0 (BO2 ) x m x m x m Etat initial : acide acétique : n o (CH3CO2H) = C 0 (CH3CO2H).V 1 = 2, = 6, Borate de sodium : n 0 (BO2 ) = C 0 (BO2 ).V 2 = = 7, Etat final : Calcul de l avancement maximal : soit n o (CH3CO2H) x m = 0 d où x m = 6, Soit n 0 (BO2 ) x m = 0 d où x m = 7, Le réactif limitant est donc l acide acétique et x m = 6, Il restera : 7, , = 1, d ions borate Il se sera formé : 6, d ions acétate et 6, d acide borique état avancement CH 3 CO 2 H (aq) + BO 2 (aq) CH 3 CO 2 (aq) + HBO 2 (aq) final x m 0 1, , , n Concentrations : ions borate : [BO 2 ] f = f (BO2 ) = 1, L 1 + n f ions acétate et acide borique : : [CH 3 CO (CH3CO2 ) 2 ] f = [HBO 2 ] f = V = 6, L V 2 n 0 (BO2 ) + ne pas oublier les ions sodium : : [Na + ] f = = 7, L 1 +

2 II. Acide lactique et méthylamine : On mélange 12,0 ml d une solution d acide lactique CH 3 CH(OH)CO 2 H(aq), noté AH, de concentration 0,16.L 1 avec 23 ml d une solution basique de méthylamine CH 3 NH 2 (aq) de concentration L 1. 1) Avec quelle verrerie peut on mesurer les volumes indiqués? pipettes graduées de 25 ml ou burettes graduées 2) Ecrire les demiéquations acidobasiques correspondant aux couples acidebase mis en jeu. acide lactique CH 3 CH(OH)CO 2 H(aq) : CH 3 CH(OH)CO 2 H(aq) = CH 3 CH(OH)CO 2 (aq) + H + méthylamine CH 3 NH 2 (aq) : CH 3 NH 3 + (aq) = CH 3 NH 2 (aq) + H + 3) Ecrire l équation de la réaction qui peut se produire. CH 3 CH(OH)CO 2 H(aq) = CH 3 CH(OH)CO 2 (aq) + H + CH 3 NH 2 (aq) + H + = CH 3 NH + 3 (aq) CH 3 CH(OH)CO 2 H(aq) + CH 3 NH 2 (aq) CH 3 CH(OH)CO 2 (aq) + CH 3 NH 3 + (aq) 4) Etablir la composition finale du système en quantités de matière puis en concentrations. On note le couple CH 3 CH(OH)CO 2 H(aq) / CH 3 CH(OH)CO 2 (aq) : AH(aq) / A (aq) état avancement AH(aq) + CH 3 NH 2 (aq) A (aq) + CH 3 NH 3 + (aq) initial x = 0 n 0 (AH) n 0 (CH3NH2) 0 0 en cours x n 0 (AH) x n 0 (CH3NH2) x x x final x max n 0 (AH) x m n 0 (CH3NH2) x m x m x m Etat initial : acide lactique : n o (AH) = C 0 (AH).V 1 = 0, = 1, méthylamine : n 0 (CH3NH2)= C 0 (CH3NH2).V 2 = = 1, Etat final : Calcul de l avancement maximal : soit n 0 (AH) x m = 0 d où x m = 1, Soit n 0 (CH3NH2) x m = 0 d où x m = 1, Le réactif limitant est donc la méthylamine et x m = 1, Il restera : 1, , = 7, d acide lactique Il se sera formé : 1, d ions lactate et 1, d ion méthylammonium état avancement AH(aq) + CH 3 NH 2 (aq) A (aq) + CH 3 NH 3 + (aq) final x max 7, , , n f (AH) Concentrations : acide lactique : [AH] f = = 2, L 1 n f (A ) ions lactate et méthylammonium : : [A ] f = [CH 3 NH + 3 ] f = = 3, L 1 +

3 III. Réaction avec l aluminium : On introduit une masse m 1 = 0,21 g de grenaille d aluminium dans un volume V 2 = 25 ml de solution d acide chlorhydrique de concentration C 2 = 1,00.L 1. Des ions aluminium (III) sont ainsi formés dans la solution et il se dégage du dihydrogène. 1) a. Quelle est la nature de la réaction qui se produit? Ecrire son équation La transformation subie par l aluminium peut se schématiser ainsi : Al(s) = Al 3+ (aq) + 3.e Il y a donc un transfert d électrons : c est une réaction d oxydoréduction Le second couple redox mis en jeu est H + (aq) / H 2 (g) ded demiéquation : 2.H + (aq) + 2.e = H 2 (g) L équation de la réaction est donc : Al(s) = Al 3+ (aq) + 3.e (x2) 2.H + (aq) + 2.e = H 2 (g) (x3) 2.Al(s) + 6.H + (aq) 2.Al 3+ (aq) + 3.H 2 (g) b. Préciser le rôle de l aluminium et des ions hydrogène hydratés l aluminium cède des électrons, c est un réducteur, il subit une oxydation. l ion hydrogène hydraté capte des électrons, c est un oxydant, il subit une réduction. 2) Déterminer la composition finale en quantités de matière du système considéré. état avancement 2.Al(s) + 6.H 3 O + 2.Al 3+ (aq) + 3.H 2 (g) + 12.H 2 O initial x = 0 n 0 (Al) n 0 (H 3 O + ) 0 0 excès en cours x n 0 (Al) 2.x n 0 (H 3 O + ) 6.x 2.x 3.x excès final x max n 0 (Al) 2.x m n 0 (H 3 O + ) 6.x m 2.x m 3.x m excès m(al) Etat initial : M(Al) = 27 g. 1 n 0 (Al) = M = 7, n 0 (H + ) = C 2.V 2 = = Etat final : soit n 0 (Al) 2.x m = 0 et x m = 3, soit n 0 (H 3 O + ) 6.x m = 0 et x m = 4, l Aluminium est donc le réactif limitant et x m = 3, Il reste donc : n f (H 3 O + ) = 1,6 m d ions hydrogène hydraté Il a été formé : n f (Al 3+ ) = 7,8 m d ions alimunium III et n f (H 2 ) = 11,7 m de dihyrdogène 3) Quel est le volume de dihydrogène dégagé dans les conditions de l expérience? ( V m = 24 L. 1 ) V(H 2 ) = n f (H 2 ).V m = 0,28 L

4 IV.Gravure à l eau forte : La gravure à l eau forte est une méthode de reproduction très ancienne. L artiste dessine à l aide d une pointe en métal sue une plaque de cuivre recouverte de vernis. Lorsque la gravure est terminée, la plaque de cuivre est plongée dans une solution d acide nitrique, anciennement appelée eau forte : les parties de cuivre non protégées par le vernis sont alors attaquées par les ions nitrate et la solution utilisée devient bleue. La plaque est ensuite rincée à l eau et le vernis qui reste est enlevé : la gravure est terminée. 1) a. Pourquoi la solution devient elle bleue? Le cuivre est oxydé en ion Cu 2+ (aq) en milieu acide. Ce sont ces ions cuivre II qui sont à l origine de la couleur bleue de la solution obtenue. b. Quel est le rôle joué par le cuivre? Atil été oxydé ou réduit? Le cuivre métallique est donc le réducteur et il a été oxydé c. Ecrire la demiéquation redox du couple mis en jeu. Cu 2+ (aq) + 2e = Cu(s) 2) a. Quel est le rôle joué par les ions nitrate? ontils été oxydés ou réduits? Les ions nitrate (NO 3 ) jouent le rôle d oxydant, ils ont donc été réduits b. L espèce conjuguée de l ion nitrate est le monoxyde d azote gazeux. E crire la demiéquation redox correspondante. NO 3 (aq) / NO (g) NO 3 (aq) / NO (g) + 2H 2 O (l) NO 3 (aq) + 4H + (aq) + 3e = NO (g) + 2H 2 O (l) 3) En déduire l équation de la réaction ayant lieu entre le cuivre et l acide nitrique. Cu(s) = Cu 2+ (aq) + 2.e (x3) NO 3 (aq) + 4H + (aq) + 3e = NO (g) + 2H 2 O (l) (x2) 2NO 3 (aq) + 8H + (aq) + 3Cu(s) 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l) 4) Pourquoi utilise ton une solution d acide nitrique et non une solution de nitrate de potassium? La réaction nécessite une quantité importante d ions hydrogène hydratés H + qui sont apportés par la solution d acide nitrique et qui ne le seraient pas par une solution de nitrate de potassium (K + + NO 3 ) (aq) 5) On utilise 500mL de solution d acide nitrique de concentration 1,0.L 1. Lors de la gravure, une masse m = 1,5 g de cuivre est oxydée. état avancement 2NO 3 (aq) + 8H + (aq) + 3Cu(s) 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l) initial x = 0 n 0 (NO 3 ) n 0 (H 3 O + ) n 0 (Cu) 0 0 excès en cours x n 0 (NO 3 ) 2x n 0 (H 3 O + ) 8x n 0 (Cu) 3x 3x 2x excès final x max n 0 (NO 3 ) 2x m n 0 (H 3 O + ) 8x m n 0 (Cu) 3x m 3x m 2x m excès Etat initial : n 0 (NO 3 ) = C.V = 0,5.1 = 0,5.L 1 n 0 (H 3 O + ) = 0,5.L 1 n 0 (Cu) = 1,5/63,5 = 2, L 1 a. Quelles sont les concentrations finales des ions cuivre (II) et des ions nitrate dans la solution? Etat final : soit n 0 (NO 3 ) 2x m = 0 et x m = 0, 25 soit n 0 (H 3 O + ) 8x m = 0 et x m = 0,0625 soit n 0 (Cu) 3x m = 0 et x m = 0,00787 Le cuivre joue le rôle du réactif limitant et x m = 7, n f (Cu 2+ ) = 2, d où [Cu 2+ ] = n f (Cu 2+ ) V 1 = 4, L 1 n f (Cu 2+ ) n f (NO 3 ) = 4, d où [NO 3 ] = = 0,98.L 1 b. Quel est le volume de monoxyde d azote dégagé? V(NO) = n(no).v m = 0,38 L V 1

5 V.Contre le mal à la tête : Lorsque l on met un comprimé d aspirine dans un verre d eau, il se produit une réaction acidobasique entre l acide acétylsalicylique C 9 H 8 O 4 et l ion hydrogénocarbonate. On met en contact, dans une enceinte fermée (V= 300 ml), un comprimé d aspirine contenant 500 mg de C 9 H 8 O 4 et une solution d hydrogénocarbonate de sodium (V 1 = 10 ml et C 1 = 0,5.L 1 ). La réaction est suivie par une mesure de pression à l intérieur de l enceinte. La température expérimentale est constante et égale à 26 C. 1) a. Après avoir écrit les demiéquations acidobasique mises en jeu, écrire l équation acidobasique qui se produit lors de l expérience. Couple C 9 H 8 O 4 (aq) / C 9 H 7 O 4 (aq) C 9 H 8 O 4 (aq) = C 9 H 7 O 4 (aq) + H + (aq) Couple HCO 3 (aq) / CO 2,H 2 O (aq) HCO 3 (aq) + H + (aq) = CO 2,H 2 O (aq) C 9 H 8 O 4 (aq) + HCO 3 (aq) C 9 H 7 O 4 (aq) + CO 2,H 2 O (aq) b. Le CO 2 est peu soluble dans l eau. Justifier la méthode utilisée pour suivre la réaction. Utilisation d une enceinte fermée car le CO 2,H 2 O (aq) va s échapper sous forme de CO 2 (g) 2) a. En utilisant un tableau d avancement, vérifier que la solution d hydrogénocarbonate de sodium utilisée permet la consommation totale de l aspirine contenue dans le comprimé état avancement C 9 H 8 O 4 (aq) + HCO 3 (aq) C 9 H 7 O 4 (aq) + CO 2,H 2 O (aq) initial x = 0 n 0 (C 9 H 8 O 4 ) n 0 (HCO 3 ) 0 0 en cours x n 0 (C 9 H 8 O 4 ) x n 0 (HCO 3 ) x x x final x max n 0 (C 9 H 8 O 4 ) x m n 0 (HCO 3 ) x m x m x m m(c 9 H 8 O 4 ) Etat initial : n 0 (C 9 H 8 O 4 ) = M(C 9 H 8 O 4 ) = 2, et n 0 (HCO 3 ) = 0, = La solution d hydrogénocarbonate est bien en excès. b. Comment aton mesuré les 10 ml de la solution : à l éprouvette ou à la fiole jaugée? justifier il suffit de mesurer à l éprouvette 3) Montrer que si la pression en CO 2 est exprimée en Pascal, alors on a n(co 2 ) = 1, p(CO 2 ) P(CO 2 ).V(CO 2 ). P(CO 2 ) n(co 2 ) = = = 1, p(CO 2 ) R.T 8,31.( ) 4) On suppose que pour t = 600 s, la réaction est terminée. Déterminer la quantité de dioxyde de carbone formé au cours de la réaction. D après la courbe, p(co 2 ) = 210 hpa n f (CO 2 ) = 1, = 2, ) Etablir la relation entre la quantité de dioxyde de carbone formé et la quantité d aspirine consommée. D après le tableau d avancement : n consommé (C 9 H 8 O 4 ) = n 0 (C 9 H 8 O 4 ) n f (C 9 H 8 O 4 ) = n 0 (C 9 H 8 O 4 ) (n 0 (C 9 H 8 O 4 ) x m ) = x m = n f (CO 2 ) = 2, ) En déduire la masse d aspirine contenue dans un comprimé. m 0 (C 9 H 8 O 4 ) = n consommé (C 9 H 8 O 4 ).M(C 9 H 8 O 4 ) = 2, = 457 mg

6 VI. Un engrais azoté : Le chlorure d ammonium NH 4 Cl est un solide utilisé comme engrais. 1) Ecrire l équation de sa dissolution dans l eau. NH 4 Cl(s) NH 4 + (aq) +Cl (aq) 2) Si on répand du chlorure d ammonium sur un sol basique contenant du calcaire ( carbonate de calcium ), quelle est la réaction qui se produit? Ecrire son équation NH 4 + (aq) est la forme acide du couple : NH 4 + (aq) / NH 3 (aq) L ion carbonate CO 3 2 est la base du couple : HCO 3 (aq) / CO 3 2 (aq) NH 4 + (aq) = NH 3 (aq) + H + (aq) CO 3 2 (aq) + H + (aq) = HCO 3 (aq) CO 3 2 (aq) + NH 4 + (aq) NH 3 (aq) + HCO 3 (aq) Pour les rosiers, on utilise un engrais liquide contenant des ions nitrate (NO 3 ), des ions phosphate (PO 4 3 ), des ions ammonium (NH 4 + ), des ions potassium (K + ) et des ions sulfate (SO 4 2 ). 3) Quel est le seul acide parmi ces 5 ions? les ions ammonium (NH 4 + ), 4) Donner l acide conjugué de l ion nitrate et la base conjuguée de l ion ammonium. Donner le nom des solutions correspondantes HNO 3 (aq) / NO 3 (aq) NH + 4 (aq) / NH 3 (aq) 5) a. Pourquoi l ion sulfate est une «dibase»? Ecrire les deux couples acide/base correspondants. Dibase car : 2 SO 4 + H + HSO 4 et HSO 4 + H + H 2 SO 4 2 HSO 4 / SO 4 H 2 SO 4 / HSO 4 b. Pourquoi l ion phosphate est une «tribase»? Ecrire les trois couples acide/base correspondants 3 tribase car : PO 4 + H HPO 4 et HPO 4 + H + H 2 PO 4 et H 2 PO 4 + H + H 3 PO HPO 4 / PO 4 H 2 PO 2 4 / HPO 4 H 3 PO 4 / H 2 PO 4 VII. Fonctionnement des alcootests : Les solutions aqueuses contenant des ions dichromates Cr 2 O 7 2 (aq) sont de couleur orange et celles contenant les ions Cr 3+ (aq) sont vertes. 1) Ecrire la demiéquation redox du couple Cr 2 O 7 2 (aq) / Cr 3+ (aq) Cr 2 O 7 2 (aq) / 2Cr 3+ (aq) + 7H 2 O(l) Cr 2 O 7 2 (aq) + 14H + (aq) / 2Cr 3+ (aq) + 7H 2 O(l) Cr 2 O 7 2 (aq) + 14H + (aq) + 6e = 2Cr 3+ (aq) + 7H 2 O(l) 2) L éthanol est l alcool contenu dans les boissons alcoolisées. C est le réducteur conjugué de l acide éthanoïque. Ecrire la demiéquation redox correspondante. C 2 H 4 O 2 (aq) / C 2 H 6 O (aq) C 2 H 4 O 2 (aq) / C 2 H 6 O (aq) + H 2 O (l) C 2 H 4 O 2 (aq) + 4H + (aq) / C 2 H 6 O (aq) + H 2 O (l) C 2 H 4 O 2 (aq) + 4H + (aq) + 4e = C 2 H 6 O (aq) + H 2 O (l) 3) En déduire l équation de la réaction qui se produit entre l ion dichromate et l éthanol en milieu acide. 2 Cr 2 O 7 (aq) + 14H + (aq) + 6e = 2Cr 3+ (aq) + 7H 2 O(l) (x2) C 2 H 6 O (aq) + H 2 O (l) = C 2 H 4 O 2 (aq) + 4H + (aq) + 4e (x3) 2Cr 2 O 7 2 (aq) + 16H + (aq) + 3C 2 H 6 O(aq) 4Cr 3+ (aq) + 11H 2 O(l) + 3C 2 H 4 O 2 (aq) 4) Un alcootest est positif si la teneur en alcool de l air expiré est suffisante pour réduire les ions dichromate de l alcootest, responsables de sa couleur orangée, en ions chrome III responsables de la coloration verte.

7 VIII.Attention aux produits d entretien : L eau de javel est fabriquée par réaction entre le dichlore et une solution d hydroxyde de sodium (soude). l eau de Javel est donc une solution aqueuse de chlorure de sodium (Na + (aq) + Cl (aq)) et d hypochlorite de sodium (Na + (aq) + ClO (aq)). 1) Ecrire l équation correspondant à cette réaction. Cl 2 (aq) + 2(Na + + HO ) aq (Na + + Cl ) aq + (Na + + ClO ) aq + H 2 O(l) 2) L ion chlorure appartient au couple Cl 2(aq) /Cl (aq). Cl 2 (aq) + 2e = 2Cl (aq) L ion hypochlorite appartient au couple ClO (aq)/cl 2(aq). ClO (aq) / Cl 2 (aq) Ecrire les demiéquations correspondant à ces couples. 2ClO (aq) / Cl 2 (aq) 2ClO (aq) / Cl 2 (aq) + 2H 2 O(l) 2ClO (aq) + 4H + (aq) + 2e = Cl 2 (aq) + 2H 2 O(l) 3) Vous voulez nettoyer votre baignoire et vous décidez d utiliser de l eau de javel pour désinfecter ainsi qu un détartrant à base d acide chlorhydrique pour enlever le calcaire qui s est déposé. Quant on mélange l eau de Javel et le détartrant, une réaction d oxydoréduction a lieu entre les ions chlorures et les ions hypochlorites en présence des ions H + (aq) apportés par le détartrant. Ecrire l équation de cette réaction Réactifs possibles : Na + (aq) ; ClO (aq) ; Cl (aq) ; H + (aq) ; H 2 O On comprend que Cl est oxydé par ClO. 2ClO + 4H + + 2e = Cl 2 + 2H 2 O 2Cl = Cl 2 + 2e 2ClO (aq) + 4H + (aq) + 2Cl (aq) 2Cl 2(g) + 2H 2 O (l) 4) Le dichlore (gaz vert toxique Cl 2 ) fut utilisé lors de la guerre de 1418 comme gaz de combat. Il faut donc faire très attention à l utilisation de l eau de javel et surtout ne pas lui associer une substance acide.

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