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Page 1 sur 4 Niveau : 2BAC science Physique et chimie Année scolaire 2017/2018

Page 1 sur 4 Niveau : 2BAC science Physique et chimie Année scolaire 2017/2018 Durée :2 Heures Nom et prénom : ………………………………………..………………….Niveau : ………..2ème BAC……………………… N° : ………………………………………………………………….……….….Discipline: ……..Physique-chimie………...…… EXERCICE 1  Le but de cet exercice est de comprendre pourquoi le pH d’une eau distillée laissée à l’air libre diminue. 1. pH de l’eau pure à 25 °C 1.1. Dans toute solution aqueuse se produit la réaction d’autoprotolyse de l’eau. l’équation de cette réaction est:  : 2 H2O(l) H3O+ (aq) + OH- (aq)  : H3O+ (aq) 2 H2O(l) + OH- (aq)  : H3O+ (aq) + OH- (aq) 2 H2O(l) 1.2. La constante d’équilibre KE associée à l’équation précédente. : Ke = : Ke = [H3O+]. [HO-] : Ke = 1.3. À 25°C, des mesures de conductivité montrent que pour de l’eau pure : [H3O+]éq,= [HO-]éq=107mol.L-1 . la valeur de KE à 25 °C est : : Ke = 2.107 : Ke = 1014 : Ke = 107 2. Eau distillée laissée à l’air libre  De l’eau fraîchement distillée et laissée quelque temps à l’air libre dans un bécher, à 25 °C, voit son pH diminuer progressivement puis se stabiliser à la valeur de 5,7.  La dissolution lente et progressive dans l’eau distillée du dioxyde de carbone présent dans l’air permet d’expliquer cette diminution du pH. Un équilibre s’établit entre le dioxyde de carbone présent dans l’air et celui qui est dissous dans l’eau distillée noté CO2, H2O.  Dans la suite de l’exercice on ne tiendra pas compte de la réaction entre les ions hydrogénocarbonate HCO3 - (aq) et l’eau.  Le couple dioxyde de carbone dissous / ion hydrogénocarbonate est CO2, H2O/ HCO3 - (aq) . 2.1. L’équation de la réaction entre le dioxyde de carbone dissous et l’eau s’écrit : CO2 , H2O + H2O (l) HCO3 - (aq) + H3O+ Exprimer la constante d’acidité KA associée à l’équation précédente. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………  On peut montrer qu’à partir de l’expression de KA on peut écrire : pH = pKA + log       [HCO3 - ](éq) [CO2, H2O](éq) 2.2. Sachant que pKA = 6,4 et en utilisant la relation, a) calculer la valeur du quotient [HCO3 - ](éq) [CO2, H2O](éq) pour de l’eau distillée de pH = 5,7. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b) Parmi les espèces CO2, H2O et HCO3 - (aq), quelle est celle qui prédomine dans de l’eau distillée de pH = 5,7 ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.3. Tracer le diagramme de prédominance des espèces CO2, H2O et HCO3 - (aq). ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Page 2 sur 4 2.4. Tableau d’avancement 2.4.1 Compléter littéralement le tableau d’avancement en fonction de V (volume considéré d’eau distillée) et de c (concentration molaire apportée en dioxyde de carbone de l’eau distillée). Équation de la réaction CO2, H2O + H2O (l) HCO3 - (aq) + H3O+ État du système chimique Avancement État initial (mol) 0 solvant 0 0 État final (à l’équilibre) xéq solvant 2.4.2 Quelle est la relation entre [HCO3 -]éq et [H3O+]éq ? En déduire la valeur de [HCO3 -]éq. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.4.3 Déterminer la valeur de [CO2, H2O]éq en utilisant l’expression de la constante d’acidité . ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.4.4 En déduire la valeur de c. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… EXERCICE 2 Dans un bécher on introduit Vb = 20 mL d'une solution S d'ammoniaque de concentration inconnue Cb, puis, à la burette, on ajoute progressivement une solution d'acide chlorhydrique de concentration Ca = 0,10 mol / L. Toute la manipulation est réalisée à 25 °C. On donne, à 25 °C, pKa (H3O +/ H2O) = 0,0 et pKa (NH4 +/ NH3) = 9,2 1. Légender le schéma du dispositif expérimental. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Ecrire l'équation de la réaction. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Calculer la constante K associée à cette réaction. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Page 3 sur 4 4. Déterminer, d’après le graphe, le volume d'acide versé à l’équivalence. En déduire la concentration Cb de la solution d’ammoniac. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Quel indicateur coloré, parmi ceux proposés ci-dessous, conviendrait le mieux si ce titrage pH-métrique était remplacé par un titrage colorimétrique ?  Phénolphtaléine (8,1 – 9,8)  Hélianthine (3,2 – 4,4)  Rouge de méthyle (4,2 – 6,2) EXERCICE 3 A-Pour déterminer la capacité d’un condensateur on monte en série aux bornes d’un générateur de courant idéal délivrant un courant d’intensité constante I=1mA , un condensateur de capacité C inconnue initialement déchargé, un résistor de résistance R inconnue un interrupteur K ouvert et un voltmètre pour mesurer la tension aux bornes du condensateur uC( figure 1). A l’instant t = 0, on ferme K et on mesure à différents instants la tension uC ce qui nous permet de tracer la courbe q=f(uC) ( figure2). 21- Etablir graphiquement l’équation de la courbe uC = f(t). ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3- 2- En déduire la valeur de la capacité C. ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 3- La tension du condensateur ne doit pas dépasser 40V.Déterminer la durée maximale tmax de la charge ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… B- On remplace dans le montage de la figure-1-, le générateur de courant par un générateur de tension idéal délivrant une tension constante E. figure-3-. Pour visualiser l’évolution de la tension uC, on utilise un oscilloscope à mémoire. A l’instant t = 0, on ferme l’interrupteur, on obtient les deux courbes représentées sur le figure-4-. Page 4 sur 4 1- Représenter sur le schéma du montage les branchements à l’oscilloscope pour visualiser la tension aux bornes du condensateur uC sur la voie Y1 et celle aux bornes du générateur sur la voie Y2. 2- Indiquer, en justifiant la réponse, le numéro de la courbe visualiser sur la voie Y1 et celui de la courbe visualisée sur la voie Y2. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3- Etablir l’équation différentielle qui réagit l’évolution de la tension uC aux bornes du condensateur. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4- Vérifier que uC(t) = E.( 1 – e-t/ ) est une solution de l’équation différentielle précédente. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5- Déterminer graphiquement la tension E. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6- Déterminer par une méthode que vous expliquez,  la constante de temps du circuit . En déduire la valeur de la résistance R. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7- Calculer : 7-1- La valeur de l'intensité de courant maximale ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7-2- La charge maximale Qm du condensateur. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7-3- L’énergie électrique emmagasinée dans le condensateur pendant le régime permanent. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… www.hammoumouna.jimdo.com Bonne chance uploads/Finance/ devoir-4 9 .pdf