Terminale S Chimie Chapitre 3 : Réaction s effectuant dans les deux sens Page 1 sur 5 Chap 3 : Réaction s effectuant dans les deux sens - Exercices Exercice n 1 p115 1. Les couples acide / base sont : CH 3 CO 2 H (aq) / CH 3 CO aq ; CH 3NH aq / CH 3NH 2(aq) et CO 2, H 2 O (aq) / HCO aq Les autres couples sont des couples oxydant / Réducteur. 2. CH 3 CO 2 H (aq) = CH 3 CO aq + H+ CH 3 NH aq = CH 3NH 2(aq) + H + CO 2, H 2 O (aq) / HCO aq + H+ Exercice n 3 p115 1. Puisque l acide acétylsalicylique est un acide, l eau joue le rôle de base : l acide cède un proton à l eau HA (s) + H 2 O (l) = A + H aq 3O aq : cette transformation est limitée. 2. a. NaHCO 3(s) = Na + aq HCO aq : on obtient la base ion hydrogénocarbonate dans l eau b. HCO + HA aq (s) = CO 2(aq) + H 2 O (l) + A aq : transformation quasi-totale qui permet le dissolution de l aspirine. c. L effervescence observée lors de la dissolution du comprimé est due au dioxyde de carbone qui se dégage! Exercice n 4 p115 Une détermination approchée du ph s effectue à l aide de papier ph. Pour une détermination plus précise, on utilise un ph-mètre. Il est constitué d une sonde de mesure qui doit être rincée à l eau distillée avant d être plongée dans la solution. Avant la mesure, il faut étalonner le ph-mètre. Exercice n 5 p115 1. [H 3 O aq ] = 4,8.10 4 mol.l 1. Or ph = log [H 3 O aq ] = log 4,8.10 4 = 3,3. Le ph de cette solution est de 3,3. 2. ph = log [H 3 O aq ] = log 6,9.10 8 = 7,2. Le ph de cette solution est de 7,2. 3. [H 3 O aq ] = 10 ph = 10 3,92 = 1,2.10 4 mol.l 1. La concentration en ions oxonium de cette solution est 1,2.10 4 mol.l 1. Exercice n 7 p115 1. [H 3 O aq ] = 10 5,6 = 2,5.10 6 mol.l 1 car 10 6 < 10 5,6 < 10 5 2. 10 10 < [H 3 O aq ] < 10 9 donc 9 < ph < 10 ainsi ph = 9,2 Exercice n 8 p115 1. On peut mesurer simplement le ph d une eau de piscine avec une bandelette de papier ph ou un indicateur coloré. 2. a. NaHSO 4(s) = Na + aq HSO aq b. HSO + H aq 2O (l) = SO + H aq 3O aq (HSO aq est un acide, l eau intervient donc en qualité de base). c. La quantité d ion oxonium H 3 O aq augmente par conséquent le ph diminue (le milieu devient plus acide). 3. a. Na 2 CO 3(s) = 2 Na + aq CO aq b. CO + H aq 3O = aq HCO + H aq 2O (l) c. La quantité d ion oxonium H 3 O aq diminue par conséquent le ph augmente (le milieu devient moins acide). Exercice n 10 p116 1. HClO 4(aq) + H 2 O (l) = ClO aq + H 3O aq 2. a. L avancement maximal est = n i (HClO 4 ) = C.V = 7,94.10 3 20,0.10 3 = 1,59.10 4 mol b. [H 3 O aq ] = 10 ph = 10 2,10 = 7,94.10 3 mol.l 1 x f = 7,94.10 3 20,0.10 3 = 1,59.10 4 mol = x f = 1 : le taux d avancement final est de 100 % : la réaction est totale! Exercice n 11 p116 1. La base conjuguée de l acide nitreux est NO aq. 2. HNO 2(aq) + H 2 O (l) = NO aq + H 3O aq 3. a. L avancement maximal est = n i (HNO 2(aq) ) = C.V = 1,0.10 2 50,0.10 3 = 5,0.10 4 mol. b. L avancement final est : x f =. = 0,22 5,0.10 4 = 1,1.10 4 mol. c. [H 3 O aq ] = x f V = 1,1.10 4 50,0.10 3 = 2,2.10 3 mol.l 1. Par conséquent ph = log[h 3 O aq ] = 2,7 Exercice n 12 p116 1. Le ph de la solution est compris entre 3,1 et 4,4. La coloration de l hélianthine est intermédiaire entre le rouge et le jaune. La coloration orange correspond donc à la teinte sensible de l indicateur coloré. 2. Le ph de la solution diminue : il est inférieur ou égale à 3,1. La concentration en ion oxonium a donc augmenté. En effet l ajout d acide benzoïque en poudre dans une solution aqueuse de cet acide entraine une réaction de l acide avec l eau qui se transforme en sa base conjuguée (l ion benzoate) et forme des ions oxonium.
Terminale S Chimie Chapitre 3 : Réaction s effectuant dans les deux sens Page 2 sur 5 3. La solution devient jaune, donc le ph est supérieur ou égale à 4,4 : le ph a augmenté donc la concentration en ion oxonium a diminué! Le benzoate de sodium contient la base conjuguée de l acide benzoïque. Par conséquent la réaction inverse de la réaction explicitée dans le paragraphe 2. va se produire : le benzoate de sodium est consommée avec les ions oxonium et l on obtient de l acide benzoïque et de l eau. Exercice n 15 p116 1. 6,55 < ph réel < 6,65. 2. 10 6,65 < [H 3 O aq ] < 10 6,55 donc 2,2.10 7 mol.l 1 < [H 3 O aq ] réel < 2,8.10 7 mol.l 1 3. [H 3 O aq ] réel = 2,5.10 7 ± 0,3.10 7 mol.l 1 donc [H 3 O aq ] = 0,3.10 7 mol.l 1. 4. [H O aq ] [H O aq ] =,. = 0,12 = 12 %. L incertitude relative sur la concentration en ion oxonium est de 12 %.,. Exercice n 17 p117 1. La formule de l acide benzoïque est C 6 H 5 COOH. C 6 H 5 COOH (aq) + H 2 O ( l) = C 6 H 5 COO aq + H 3O aq 2. = x f C C = 10 2,95 2,0.10 2 = 0,056 = 5,6 %. Le taux d avancement n est pas de 100 % : la réaction n est pas totale! 3. Tableau avec log C : C (mol.l 1 ) 2,0.10 2 1,0.10 2 5,0.10 3 1,0.10 3 5,0.10 4 1,0.10 4 5,0.10 5 1,0.10 5 4. log C 1,7 2,0 2,3 3,0 3,3 4,0 4,3 5,0 ph 2,95 3,10 3,25 3,60 3,75 4,25 4,50 5,10 ph log C 1,7 1,55 1,4 1,2 1,14 1,06 1,05 1,02 Pour comparer deux valeurs, on peut effectuer le rapport de l une par l autre. On s aperçoit que lorsque la concentration molaire apportée diminue, le ph se rapproche de log C. Ce qui signifie que le taux d avancement de la réaction augmente. 4,5pH 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 y = 0,5506x + 1,9874 R² = 0,9922 - log C 0 1 2 3 4 5 Le graphe est quasiment une droite de coefficient directeur a = 0,55! Exercice n 18 p117 1. HNO 2(aq) + H 2 O (l) = NO + H aq 3O aq 2. a. Pour la concentration C : = x f C C Pour la concentration C 1 : = 7,9 % Pour la concentration C 2 : = 20 % Pour la concentration C 3 : = 100 % b. Le taux d avancement dépend de la concentration initiale : plus un acide «faible» est diluée plus le taux d avancement est grand. Quand il est très dilué la transformation peut-être considérée comme totale. Exercice n 20 p117 1. CO (g) + H 2 O (g) = CO 2(g) + H 2(g) 2. a. L avancement maximal est égal à la quantité de matière du réactif limitant. Le système évoluant dans le sens direct, le réactif limitant est soit le monoxyde de carbone, soit la vapeur d eau. Les espèces réagissent mole à mole et sont introduite dans les proportions stœchiométriques. En conséquence = 11,3 mol.
Terminale S Chimie Chapitre 3 : Réaction s effectuant dans les deux sens Page 3 sur 5 b. x f =. = 4,37 mol. Dans l état final 4,37 mol de réactifs ont été consommées et 4,37 mo de produits ont été formées : n(co (g) ) = 6,9 mol ; n(h 2 O (g) ) = 6,9 mol ; n(co 2(g) ) = 15,7 mol et n(h 2(g) ) = 15,7 mol. Exercice n 21 p117 1. Déterminons la quantité d ion chromate dans l état initial : n(cro ) = C aq A.V A = 2,00.10 2 50.10 3 = 1,0.10 3 mol. Déterminons la quantité d ion argent dans l état initial : n(ag ) = C aq B.V B = 4,00.10 2 50.10 3 = 2,0.10 3 mol. Le mélange est stœchiométrique. En effet l équation de la précipitation du chromate d argent est : 2 Ag + aq CrO = Ag aq 2CrO 4(s) Il faut deux fois plus d ions argent que d ions chromate. Ce qui correspond bien à l état initial. 2. La masse de chromate d argent obtenu est m = 0,21 g ce qui correspond à une quantité de matière n = m M. La masse molaire du chromate d argent est : M(Ag 2 CrO 4 ) = 2.M(Ag) + M(Cr) + 4.M(O) = 2 107,9 + 52,0 + 4 16,0 : M(Ag 2 CrO 4 ) = 331,8 g.mol 1. La quantité de matière correspondante est : n(ag 2 CrO 4 ) =,, = 6,3.10 4 mol. L avancement maximal est = 1,0.10 3 mol et l avancement final est x f = n f (Ag 2 CrO 4 ) = 6,3.10 4 mol. Le taux d avancement est donc = x f = 63 %. La réaction est limitée. 3. Dans l état final, la composition du système chimique est : n(ag 2 CrO 4 ) = 6,3.10 4 mol ; n(cro aq ) = 1,0.10 3 6,3.10 4 = 4.10 4 mol ; n(ag aq ) = 2,0.10 3 2 6,3.10 4 = 7.10 4 mol ; n(k aq ) = 2.C A.V A = 2,0.10 3 mol et n(no aq ) = C B.V B = 2,0.10 3 mol. Exercice n 22 p118 1. Le chlorure d hydrogène étant gazeux : n(hcl) = V HCl c = n HCl V sol = V HCl = 0,20 V m.v sol 24 0,25 = 3,3.10 2 mol.l 1. 2. a. HCl (g) + H 2 O (l) = Cl + H aq 3O aq b. = x f C C = 1,0 c. La réaction est totale. 3. a. La solution est diluée 33 fois. Le facteur de dilution est donc F = 33. Rappel : F = C C = V V 1. V m Il faut donc prélever un volume V = V F = 100 = 3,0 ml de solution S. 33 On prélève 3,0 ml à l aide d une pipette graduée. On introduit ce volume dans une fiole jaugée de 100,0 ml, puis on complète avec de l eau distillée jusqu au trait de jauge. On homogénéise la solution en retournant la fiole, bouchée, plusieurs fois. b. La réaction entre l acide chlorhydrique et l eau peut-être considérée comme totale, pour une concentration C en acide chlorhydrique. La solution S 1 étant plus diluée tout l acide chlorhydrique est dissocié dans S 1. ph = log C = log (1,0.10 3 ) = 3,0. 4. a. CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) = CH 3 COO + H aq 3O aq b. = x f = 13 %. La réaction entre l acide éthanoïque à la concentration C 2 et l eau est une C 2 C 2 transformation limitée. c. ph(s 1 ) < ph(s 2 ) : la solution S 1 est une solution d un acide totalement dissociée, alors que la solution S 2 est une solution d un acide partiellement dissocié : 1 > 2. Exercice n 23 p118 1. a. Le réducteur conjugué de l ion argent I est l argent métal Ag (s). L oxydant conjugué de l ion fer II est l ion fer III Fe 3+. Ag + aq Fe = Ag aq (s) + Fe aq
Terminale S Chimie Chapitre 3 : Réaction s effectuant dans les deux sens Page 4 sur 5 b. n(ag aq ) = C 1.V 1 = 0,10 10.10 3 = 1,0.10 3 mol n(fe aq ) = C 2.V 2 = 0,10 20.10 3 = 2,0.10 3 mol D après l équation de la réaction les ions argent et les ions fer II réagissent mole à mole. Par conséquent, le réactif limitant est l ion argent. 2. a. On fait bouillir le mélange afin d accélérer la réaction chimique entre les ions argent et les ions fer II. On filtre afin d éliminer du filtrat le solide qui s est formé pendant la réaction chimique entre les ions argent et les ions fer II : le métal argent est retenu dans le papier filtre. b. La coloration rouge témoigne de la présence d ion fer III : la réaction en formant ce résultat est logique. Le précipité bleu témoigne de la présence d ion fer II. Ce réactif étant en excès, le résultat est cohérent. Le précipité blanc indique la présence d ion argent I : ceci signifie qu il reste en fin de transformation des ions argent. Par conséquent la réaction n est pas totale! 3. a. n(ag aq ) = C 1.V 1 = 0,10 20.10 3 = 2,0.10 3 mol n(fe aq ) = C 2.V 2 = 0,10 10.10 3 = 1,0.10 3 mol Le réactif limitant est cette fois-ci l ion fer II. b. Tous les ions sont présents dans l état final. Il reste donc des ions fer II. Ceci signifie que la réaction est limitée et donc que l état final est un état d équilibre. Exercice n 25 p119 1. le titre massique correspond à la masse d espèce dissoute divisée par le volume de solution : t = m. La masse d acide V glycolique à peser pour obtenir V = 250,0 ml de solution est donc m = t.v. A.N. : m = 1,52 250,0.10 3 = 0,380 g soit 380 mg. Il faut peser précisément 380 mg d acide glycolique. On introduit cette masse dans une fiole jaugée de 250,0 ml, à l aide d un entonnoir. On rince l entonnoir et la coupelle de pesée à l eau distillée, en récupérant l eau distillée dans la fiole jaugée. La fiole est remplie au 2/3 par de l eau distillée. On dissout totalement le solide en agitant la fiole. Une fois la dissolution effectuée, on complète la fiole avec de l eau distillée jusqu au trait de jauge (les dernières gouttes sont introduites avec une pipette pour plus de précision). On homogénéise la fiole pour finir en la retournant plusieurs fois. 2. Pour effectuer la mesure du ph, on utilise un ph-mètre, préalablement étalonné et dont la sonde (constituée de deux électrodes) ont été préalablement rincée à l eau distillée et séchée sur du papier absorbant. 3. t = m V et m = n.m donc t = n.m V or n V = c donc t = c.m. Par conséquent c = t M. M(HOCH 2 COOH) = 2.M(C) + 3.M(O) + 4.M(H) = 76,0 g.mol 1. c = 1,52 76,0 = 2,00.10 2 mol.l 1. [H 3 O aq ] = 10 ph = 10 2,80 = 1,58.10 3 mol.l 1 4. = x f = 7,92 %. La réaction entre l acide glycolique à la concentration c et l eau est limitée. c 5. a. protocole de dilution détaillée dans un des exercices précédents (volume de solution mère S à prélever pour préparer S : V = V F = 250,0 = 5,0 ml). 50 b. c = 2,00.10 2 50 = 4,0.10 4 mol.l 1. = x f = 56 %. c c Le taux d avancement a augmenté : la réaction a évolué dans le sens direct. Au cours d une dilution, on ajoute de l eau, ce qui a pour effet de consommer de l acide qui se transforme en sa base conjuguée : la réaction a évolué dans le sens direct. Exercice n 26 p119 1. Il faut étalonner le ph-mètre et rincée la sonde de mesure à l eau distillée. 2. On dilue 5,0 fois : il faut prélever 20 ml de solution. 3. a. CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) = CH 3 COO aq + H 3O aq b. CH 2 ClCOOH (aq) + H 2 O (l) = CH 2 ClCOO aq + H 3O aq 4. a. le taux d avancement final d une réaction est : = x f b. HA (aq) + H 2 O (l) = A aq + H 3O aq
Terminale S Chimie Chapitre 3 : Réaction s effectuant dans les deux sens Page 5 sur 5 c. = C.V et x f = [H 3 O ].V donc = x f aq C C Concentration C (mol.l 1 ) 5,0.10 2 1,0.10 2 1,0.10 3 ph d une solution d acide acétique 3,02 3,37 3,87 1,9 % 4,3 % 13 % ph d une solution d acide chloroacétique 2,13 2,37 3,18 15 % 43 % 66 % 5. Pour une transformation limitée, lorsque la concentration d un acide diminue, le taux d avancement final augmente. 6. a. À la même concentration, deux acides différents n ont pas le même taux d avancement final : le taux d avancement final dépend de la nature de l acide. b. A la concentration C = 1,0.10 2 mol.l 1 : = 0,85 pour l acide dichloroacétique et = 0,43 pour l acide monochlororacétique. Lorsque le nombre d atome de chlore augmente le taux d avancement final augmente, à la même concentration.