Une bouteille d’ammoniaque du commerce comporte l’indication 22 a Bé, ce qui correspond à une concentration molaire CO 10,9 mol. L-1 . Cette solution sera nommée SO. Dans une solution aqueuse d’ammoniac, l’équilibre entre l’ammoniac NH3 et les ions ammonium NH4+ s’écrit : NH3 (aq) + H20 (I) = HO- (aq) + NH4+ (aq). Données (valeurs à 25 oc): Quotient de la réaction de l’ammoniac avec l’eau à l’équilibre 1,58. 10-5 Produit ionique de l’eau . Ke 1,00. 10—14 La « basicité » de la s mesurée directemen u solution diluée SI de Le pH mesuré de SI or 20 Sv. ivx to vée pour être re 50,0 ml_ d’une 10. 1.
Quel volume de la solution SO doit•onp lever pour préparer la solution SI ? 2. Proposer un mode opératoire pour préparer la solution SI. 3. Montrer que la concentration en ion hydroxyde dans la solution SI est : 4,2. 10-3 mol. -1 4. Compléter le tableau d’avancement donné en annexe pour la réaction de l’ammoniac avec l’eau dans la solution SI en considérant un volume V’l = 1 CIL 5. En déduire la valeur du taux d’avancement final Cll . Commenter le résultat obtenu. 6. Calculer le quotient de réaction Qr,l à l’état final et montrer que le système est à l’équilibre aux incertitudes de mesure près. ??lectrodes (cathode et anode) et d’un électrolyte ; un générateur de tension continue maintient une tension de Pordre de 2 V permettant d’avoir une intensité du courant électrique de plusieurs kiloampères. L’équation de la réaction qui a lieu est : 2 H20(l) = 2 H2(g) 02(g) 1 . 1. La réaction qui a lieu dans l’électrolyseur est-elle une réaction spontanée ? Justifier votre réponse. 1. 2. Les couples d’oxydoréduction qui participent à l’électrolyse sont D 02(g) / H20(I) et H2(g). Écrire la demi-équation électronique correspondant à la formation du dihydrogène. . 3. ? quelle électrode se dégage le dihydrogène : cathode ou anode ? Justifier votre réponse. 1. 4. À quel pôle du générateur cette électrode est-elle branchée? À l’instant to = O, on démarre l’électrolyse. On cherche à connaître l’intensité du courant qui circule dans l’électrolyseur et qui permet d’avoir une production horaire de dihydrogène de 5 mg. À un instant t, la valeur absolue de la charge électrique Q transportée dans l’électrolyseur est donnée par la relation Q —l Dt avec Dt = (t – IO). 2. 1.
On considère la demi-équation électronique correspondant à la formation du dihydrogène. On appelle x l’avancement ? l’instant t de la formation du dihydrogène. Donner la relation entre la quantité de matière de dihydrogène formée n(H2) et l’avancement x. 22. Donner la relation entre la quantité d’électrons mise en jeu ne et l’avancement x à l’instant t. 2. 3. Donner Pexpression de la valeur absolue de la charge électrique Q à l’instant t, en fonction de Favancement x. 2. 4. En utilisant les relations précédente OF électrique Q à l’instant t, en fonction de Pavancement x. . 4. En utilisant les relations précédentes, montrer que l’intensité I du courant qui a circulé dans Pélectrolyseur pour produire la uantité de matière de dihydrogène n(H2) est: = Avec F, le faraday, représentant la charge électrique transportée par une mole délectrons. 2. 5. On rappelle que la quantité de matière d’un gaz est proportionnelle au volume occupé par le gaz: Calculer la valeur de l’intensité I du courant qui circule dans l’électrolyseur quand le débit horaire de dihydrogène est de 5 m3. Données : Dans les condltions de l’électrolyse : Vmolaire = 25 L. nol-l ; F 9,65 0 104 c. rnol-l. Exercice 4 : Une pile est composée de deux demi-piles reliées par un pont salin (papier filtre imbibé d’une solution de chlorure de otassium). La première demi-pile est constituée d’une lame d’aluminium de masse ml 1,0 g qui plonge dans 50 mL de solution de sulfate d’aluminium (2A13+(aq) + 35042-(aq)) de concentration en ion aluminium [A13+(aq)] = 5,0. 10-1 mol. -1. La seconde est constituée d’une lame de cuivre de masse m2 = 8,9 g qui plonge dans 50 mL de solution de sulfate de cuivre (Cu2+(aq) + S042-(aq)) de concentration [Cu2+(aq)] 5,0. 0-1 mol. L-1. On associe a cette pile un ampèremètre et une résistance en série. 1. Réaliser le schéma annoté de la pile. 2. L’ampèremètre indique que le courant circule de la plaque de uivre vers la plaque d’aluminium à l’extérieur de la pile. Préciser, en le justifiant, la polarité de la pile. Compléter votre schéma en indiquant cette polarité. 3. L’équation d’oxydoréduc polarité de la pile. Compléter votre schéma en indiquant cette polarité. 3.
L’équation d’oxydoréduction de fonctionnement de la pile est : 3 cu2+(aq) + 2AI(S) = 3 + 2 A13+(aq) (1) Écrire les équations des réactions se produisant à chaque électrode. 4. La constante d’équilibre associée à l’équation (1) est K = 1 0200. a. Déterminer le quotient initial de réaction du système ainsi constitué. a. Le sens d’évolution du système étudié est-il cohérent ? 5. Étude de la pile en fonctionnement. a. Déterminer les quantités de matière initiales en moles des réactifs de ‘équation chimique (1).
Compléter le tableau descriptif de l’évolution du système (voir annexe à rendre avec la copie). En déduire la valeur de l’avancement maximal. b. Calculer la quantité maximale d’électricité que peut débiter cette pile. Données 9,6. 104 C. mol-l ; M(AI) 27,0 g. mol-l ; M(Cu) 63,5 g. mol-l Couples redox : Cu2+(aq) / Cu(s) A13+(aq) / Al(s) Exercice 5 : L’acide «butyrique», composé A, est un acide carboxylique de ormule semi-développée CH3-CH2-CH2-COOH. Dans la nomenclature officielle, le nom de la molécule d’acide « butyrique » est l’acide butanoique. . 1. Nommer le groupe caractéristique de cette molécule et l’encadrer sur la formule semi-développée. 1. 2. L’action de pacide butyrique A sur un réactif B conduit à la formation de deux produits C et D. C a pour formule CH3-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH3 1. 2. 1 . Nommer le produit C. À quelle famille appartient-il ? 1. 2. 2. Écrire la formule semi-dévelo ée du réactif g et C. À quelle famille appartient-il ? 1. 2. 2. Écrire la formule semi-développée du réactif B et donner on nom. 1. 2. 3. Quelle est la nature du produit D ?
La butyrine, appelée aussi tributyrate de glycéryle, est un corps gras (ou triester) présent dans le beurre. Cette molécule résulte de l’action de l’acide « butyrique » sur le glycérol. Formule semi-développée du glycérol :CH2-OH CH-OH CH2-OH 2. 1. En utilisant les formules semi-développées, écrire l’équation de synthèse de la butyrine. 2. 2. On réalise et on chauffe le mélange suivant: – une masse ml = 39,6 g d’acide « butyrique » une quantité de matière n2 = 50 mol de glycérol quelques pierres ponces Données : M (glycérol) = 92,0 g. ol-l M (acide butyrique) = 88,0 g. mol-l Le mélange est-il stœchiométrique? 2. 3. Parmi les montages (1 (2) et (3) proposés en annexe 1, lequel utiliseriez-vous pour réaliser cette synthèse? 2. 4. Légender le schéma du montage choisi. 2*5. On obtient une masse m = 29,0 g de butyrine. Calculer le rendement 0 de la réaction. Donnée : M (butyrine) = 302 g. mol-l Exercice 6 L’acétate de butyle a pour formule semi-développée: 2. 1. À quelle famllle de composés organiques appartient cette espèce chimique ? 2*2.
La synthèse de l’acétate de butyle (E) peut être réalisée ? partir d’un acide carboxylique (A) et d’un alcool (3). L’équation associée à la réaction modélisant la synthèse de E s’écrit : PAGF s OF et B. Acide carboxylique Alcool acide méthanoïque HC02H butan-l-ol CH3 – CH2 – CH2 – CH2 acide acétique (ou acide éthanoïque) CH3 – C02H éthanol acide butanoique CH3 – CH2 – CH2 – C02H propan-l -01 CH3 -CH2 – CH2 OH On se propose de synthétiser au laboratoire l’acétate de butyle (E) ? partir des composés A et B et de réaliser un suivi cinétique de cette synthèse. our cela, dans un becher placé dans un bain d’eau glacée, on introduit : – un volume VA = mL d’acide carboxylique A ; – un volume VB = 9,2 mL d’alcool 3 (soit 0,10 mol) ; uelques gouttes d’acide sulfurique concentré. Données: masse molaire M (en g. mol-l) masse volumique LI (en e. mL-1) tableau d’avancement est laissée au choix du candidat. D – Partie 4 : suivi de la synthèse par titrage de l’acide restant On agite le mélange initial et on répartit avec précision le mélange dans 10 tubes à essais placés préalablement dans un bain d’eau glacée ; chaque tube contient ainsi un dixième du volume du mélange initial.
On munit chaque tube d’un réfrigérant. On place ensuite simultanément tous les tubes dans un bain thermostaté à 800C et on déclenche alors le chronomètre (instant e date to = O s). Afin de réaliser un suivi temporel de la synthèse de l’acétate de butyle, on dose, à des dates déterminées, les acides restants (acide sulfurique et acide carboxylique A) dans chacun des tubes par une solution de soude de concentration molaire apportée c = 1,0 mol. L-1, en présence d’un indicateur coloré. Avant chaque titrage, on plonge le tube dans un bain d’eau glacée.
Une étude préalable a permis de connaitre le volume de soude nécessaire au titrage de l’acide sulfurique présent dans chacun des tubes. Les résultats expérimentaux des titrages successifs sont donnés ci-dessous. On désigne par Veq le volume de soude nécessaire au titrage de l’acide carboxylique seul. t (en min) 10 15 20 30 45 60 75 7 OF associée au titrage de l’acide carboxylique seul par la soude est la suivante : RC02H(aq) + HO -(aq) = RC02-(aq) + H20(l) Définir l’équlvalence correspondant à ce titrage. 4. 4.
En raisonnant sur le contenu d’un tube (c’est-à-dire sur un volume égal au dixième du volume du mélange réactionnel initial), exprimer la quantité d’acide carboxylique présent dans un tube ? un instant de date t en fonction de cet Veq- Pour la résolution de cette question, le candidat pourra, s’il le souhaite, utiliser un ableau d’avancement. 4. 5. Pour la totalité du mélange initialement préparé (5,8 ml_ d’acide carboxylique A et 9,2 mL d’alcool B} . 4. 5. 1 . préciser la relation existant entre l’avancement de la réaction de synthèse de l’ester et la quantité d’ester formé.
Pour la résolution de cette question, l’utilisation ou non d’un tableau d’avancement est laissée au choix du candidat. 4. 5. 2. Montrer qu’à une date t donnée, l’avancement de cette réaction de synthèse de l’ester est donné par la relation: x —0,10— 10 . c. Veq oscillateur mécanique susceptible d’être excité par une onde ismique longitudinale L’onde sismique longitudinale est modélisée par une onde sinusoidale d’amplitude AS et de période TS qui se propage suivant une direction horizontale.
On peut considérer que cette onde agit sur un oscillateur mécanique horizontal et provoque des oscillations horizontales d’amplitude A et de période T. On cherche à savolr comment l’amplitude AS et la période TS de l’onde sinusoïdale vont agir sur l’amplitude et la période des oscillations de l’oscillateur mécanique. On étudie le 8 OF agir sur l’amplitude et la période des oscillations de l’oscillateur mécanique. On étudie le comportement de l’oscillateur horizontal dans différentes situatlons.
I – Oscillateur libre Lioscillateur mécanique horizontal est constitué d’un ressort de constante de raideur k et d’un solide de masse m. La masse du ressort est négligeable devant la masse m du solide. L’extrémité E du ressort est fixe. L’autre extrémité est accrochée au solide. L’ensemble se déplace sur une surface plane et horizontale comme schématisé ci-dessous : Schéma de l’oscillateur horlzontal en mouvement. gauche droite Le centre d’inertie G du solide est repéré sur un axe horizontal x’x ‘origine O par l’abscisse x(t).
Le point d’origine O correspond à la projection de la position de G à l’équilibre du système solide – ressort au repos. Tous les frottements sont négligés. Dans ces conditions, on détermine le mouvement du solide. B. l. l . Donner le nom des forces qui s’exercent sur le solide lorsqu’il occupe sa position d’équilibre. Faire un schéma illustrant la réponse. B. 1. 2. Le système étant mis en oscillation, donner le nom des forces qui s’exercent sur le solide à un instant t, date à laquelle l’élongation du centre d’inertie est x(t). Faire un schéma illustrant a réponse en considérant x(t) > O.
B. 1. 3. En appliquant la deuxième loi de Newton au solide, écrire l’équation différentielle du mouvement du centre d’inertie. La solution de l’équation diff e la forme :x(t) =xmax PAGF OF cos() et correspond au mouvement du centre d’inertie de l’oscillateur. B. 1. 4. Donner le nom, la signification et l’unité des grandeurs dans le système d’unités internationales (SI) qui interviennent dans cette équation : xmax, TO, t et O . B. l. 5. Donner l’expression de la période propre de l’oscillateur en fonction de la constante de raideur k et de la masse m.
Exercice 8 diffraction On réalise une expérience de diffraction à l’aide d’un laser émettant une lumière monochromatique de longueur d’onde h. À quelques centimètres du laser, on place successivement des fils verticaux de diamètres connus. On désigne par a le diamètre d’un fil La figure de diffraction obtenue est observée sur un écran blanc situé à une distance D = 1,60 m des fils. Pour chacun des fils, on mesure la largeur L de la tache centrale. À partir de ces mesures et des données, il est possible de calculer l’écart angulaire e du faisceau diffracté (voir figure 1 ci-après). 2. 1.
L’angle a étant petit, 8 étant exprimé en radian, on a la relation: tan 3 z e. Donner la relation entre L et D qui a permis de calculer a pour chacun des fils. 2. 2. Donner la relation liant e, X et a. Préciser les unités de a, X et 2. 3. On trace la courbe a Celle-ci est donnée sur la figure 2 ci- dessus :Montrer que la courbe obtenue est en accord avec l’expression de e donnée à la question 2,2. 2. 4. Comment, à partir de la courbe précédente, pourrait-on déterminer la longueur d’onde de la lumière monochromatique utilisée ? 25. En utilisant la figure 2, préciser armi les valeurs de longueurs d’onde proposées ci
