Pierre-Franois THOMAS Professeur au lyce jl.domec.free.fr/siteDjl_fichiers/TP-Cours_STIDD/STI2D_HabitaTrans...

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Sections de technicien suprieur Btiment Sections de technicien suprieur tude et conomie de la Construction Sections de technicien suprieur Travaux Publics Sections de technicien suprieur lies aux mtiers du Btiment et des Travaux Publics Instituts Universitaires de Technologie Gnie Civil Pierre-Franois THOMAS Professeur au lyce technique rgional du Btiment et des Travaux Publics PARIS 15me Agrg de Physique Sous la direction de Jean-Luc Azan Ancien lve de lE.N.S. Cachan Agrg de physique applique 1, rue de Rome 93561 Rosny Cedex Dans la mme collection dirige par Jean-Luc Azan Prcis dlectronique Tome 1 1re anne Jean-Luc Azan Prcis dlectronique Tome 2 2e anne Jean-Luc Azan Prcis dlectrotechnique Tome 1 1re anne Michel Pinard Prcis dlectrotechnique Tome 2 2e anne Michel Pinard Prcis de physique et lectricit appliques (BTS M.A.I) Albert Terras Prcis de physique et lectricit appliques (BTS Productique) Albert Terras galement au ditions Bral Expriences dlectronique (agrgation de sciences physiques) Expriences doptique (agrgation de sciences physiques) Expriences de physique (CAPES de sciences physiques) Expriences de chimie (CAPES de sciences physiques) Problmes corrigs de physique (CAPES de sciences physiques) Bral 2006 Toute reproduction mme partielle interdite ISBN : Avertissement au lecteur Le but des lments de correction du Prcis de Physique-Chimie est de permettre au lecteur de vrifier les rsultats quil aura cherchs. Les rponses contiennent essentiellement les applications numriques ainsi quune invitation relire les paragraphes qui permettent de comprendre la dmarche suivre pour aboutir ces rsultats. Vous ny trouverez donc pas de dtails complets des calculs (sauf pour les exercices appartenant la catgorie contrle des connaissances), le but tant dinciter raliser soi-mme les calculs plutt que de recopier tel que un corrig sans parfois avoir essay de le comprendre. Si vous avez des critiques (ou des encouragements) formuler sur le contenu ou la prsentation du Prcis de Physique-Chimie ainsi que sur la correction des exercices, nhsitez pas men faire part en crivant : precispc@orange.fr Bon courage et bonne russite tous ! Lauteur. PS : il ya eu quelques problmes lors de limpression, certaines photos ont t coupes, et certaines fautes normalement corriges apparaissent dans cette premire dition. Sommaire Avertissement au lecteur.................................................................................................................................................................3 Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle. .................................7 Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. ...................................................13 Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique ..............................................................................19 Elments de correction des exercices du chapitre 4 : chimie des solutions. ..............................................................................27 Elments de correction des exercices du chapitre 5 : acides forts et bases fortes.....................................................................33 Elments de correction des exercices du chapitre 6 : oxydorduction : application la protection contre la corrosion et aux dosages rdox..........................................................................................................................................................................43 Elments de correction des exercices du chapitre 7 : chimie organique ; synthse de polymres.............................. 49 Elments de correction des exercices du chapitre 8 : transfert thermique en rgime permanent. .........................................57 Elments de correction des exercices du chapitre 9 : thermodynamique .................................................................................65 Elments de correction des exercices du chapitre 10 : thermodynamique des gaz parfaits ....................................................71 Elments de correction des exercices du chapitre 11 : hydrostatique des fluides incompressibles.........................................79 Elments de correction des exercices du chapitre 12 : hydrodynamique des fluides parfaits ; thorme de Bernoulli ........87 Elments de correction des exercices du chapitre 13 : lments de photomtrie visuelle........................................................95 Elments de correction des exercices du chapitre 14 : lments dacoustique ; application lisolation phonique des btiments......................................................................................................................................................................................101 Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle 7 Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle. Contrle des connaissances Exercice 1 : critures de grandeurs et nombre de chiffres significatifs 1. Grandeur nb de chiffres significatifs M = 40,1 g.mol-1 3 CA = 0,00100000 mol.L-1 6 VM = 22,4 L.mol-1 3 = 350,52 g.L-1 5 n = 0,00153 mol 3 Qr = -520 kJ.mol-1 3 Q = 17 A.h 2 Vgaz = 25,00 L 4 p = 1013,25 hPa 6 T = 6400 K 4 W = 4500 kJ 4 Grandeur nb de chiffres significatifs Q = 4180000 J 7 F= 45550 N 5 m = 1320 tonnes 4 a0 = 0,000 000 000 0529 m 3 = 0,000 457 m 3 I = 0,038 A 2 f1 = 20 Hz 2 f2 = 1250 Hz 4 f3 = 20 000 Hz 5 f4 = 440 000 000 Hz 9 f5 = 3 000 000 000 Hz 10 2. Grandeur En unit SI avec 2 chiffres significatifs M = 40,1 g.mol-1 40.10-3 kg.mol-1 CA = 0,00100000 mol.L-1 1,0 mol.m-3 VM = 22,4 L.mol-1 22.10-3 m3.mol-1 = 350,52 g.L-1 0,35 kg.m-3 n = 0,00153 mol 1,5.10-3 mol Qr = -520 kJ.mol-1 - 0,52.106 J Q = 17 A.h 61.103 A.s Vgaz = 25,00 L 25.10-3 m3 p = 1013,25 hPa 1,0.105 Pa T = 6400 K 6,4.103 K W = 4500 kJ 4,5.106 J Grandeur En unit SI avec 2 chiffres significatifs Q = 4180000 J 4,2.106 J F= 45550 N 46.103N m = 1320 tonnes 1,3.103 kg a0 = 0,000 000 000 0529 m 53.10-12 m = 0,000 457 m 0,46.10-6 m I = 0,038 A 38.10-3 A f1 = 20 Hz 20 Hz f2 = 1250 Hz 1,3.103 Hz f3 = 20 000 Hz 20.103 Hz f4 = 440 000 000 Hz 0,44.109 Hz f5 = 3 000 000 000 Hz 3,0.109 Hz Exercice 2 : Quelques conversions Grandeur En unit SI QV = 10 L.min-1 QV = 0,17.10-3 m3.s-1 Qm = 360 g.min-1 Qm =6,00.10-3 kg.s-1 = 7,89 g.cm-3 = 7,89.103 kg.m-3 VM = 22,4 L.mol-1 VM = 22,4.10-3 m3.mol-1 = 350,52 g.L-1 = 350,52 kg.m-3 C = 2,5 L.mol-1 C = 2,5.10-3 m3.mol-1 Q = 70 A.h Q = 0,25.106 A.s t = 1,00 jour t = 86400 s Grandeur En unit SI V = 30 cm3 V = 30.10-6 m3 Vgaz = 750,0 L Vgaz = 750,0.10-3 m3 p = 1013,25 hPa p = 1013,25.102 Pa p = 820 mm de Hg p = 1,09.105 Pa S= 450 cm2 S= 450.10-4 m2 = 15 g.cm-2 = 0,15.103 kg.m-2 E = 1340 kW.h E = 4,824.109 J V = 20 dm3 V = 20.10-3 m3 8 Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle Exercice 3 : quation aux dimensions 1. [ ]0 -1 -2 -1 -2 -3 -2 -1 -2 -1 -2 -1 -2p p M.L .T M.L .T M.L L.T L M.L .T M.L .T M.L .Tgh= + = + = + = 2. [ ] [ ]2 -2 -2 2 -2M.L .T M L.T L M.L .TE mgh= = = 3. [ ]223 -1 -1 2 -1 3 -14L .T L L.T L L.T L .TVdQ v= = = = 4. -1 -3 3 -1 -1. M.T M.L L .T M.Tm vQ Q= = = 5. 20 012d gt v t d= + + [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ] [ ]2-2 -1L L.T T L.T T LL L L L L = + + = + + =6. [ ] [ ]22-2 -3 -22M.L.T M.L L.T L LhF g l= = [ ]-2 -3 -2 2 -2M.L.T M.L L.T L L M.L.T = = 7. [ ][ ] [ ][ ][ ]2 2-2 -2 -21 12 2 22 2L LM.L.T M.L.T M.L.TL L L + xhF Fh d= + = = [ ] [ ]2 -21-2 2 -2 -2M.L .TM.L.T M.L .T L M.L.TL = = = 8. 2 22 2 2 1 1 11 1p p2 2pompevgh v gh vQ+ + + + = p 32 -32 2-1 -2 -3 -2 -3 -2 -1 -2 -3 -2 -3 -2-1M.L .TM.L .T M.L L.T L M.L L.T M.L .T M.L L.T L M.L L.TL .T + + + + =-1 -2 -1 -2 -1 -2 -1 -2 -1 -2 -1 -2 -1 -2M.L .T M.L .T M.L .T M.L .T M.L .T M.L .T M.L .T + + + + = 9. 0p p 2 cos( )t= + [ ] [ ]( ) [ ]-1 -2 -1 -2 -1 -1 -2 -1 -2cos cosM.L .T M.L .T T T M.L .T M.L .T = + = = Exercice 4 : Calcul littral 1. 24 vvQd= 2. 2211 SI SEeS er r = + + Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle 9 3. 12 232 MrIhh = e 4. 2 2 1 12 22 22 1p pv vpompe vQ Qgh ghQS S+ + + + = p Exercice 5 : Prcision dun rsultat 1. 36,04 V m= 2. 2 32,6.10 V m= 3. 2 10,56 . .thr m K W= 1,1 k th W=p 4. 74 lx=e Exercice 6 : incertitude absolue et relative 1. -31040 1030 5 .2 kg m= = -31035 . ckg m = 2. 3 -35 4,8.10 .1035 ckg m = = Exercices et extraits dannales Exercice 7 : Extrait du BTS Travaux Publics 1975 1. 311 3 1 3cee = + + + 3 3 2100.10 8.10 .W m = 10 Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle 2. 32 2 22 2 3 2 3 2ee = + + + 1 12 250 48 . .W m K = Exercice 8 : Extrait de BTS 1. 3, 2 sT = 2. Il est ncessaire de calculer la longueur 0C pour calculer ensuite la longueur 30C : 100 1CCll = + ; application numrique : 0 62,51 12 10 10Cl = + soit 0 2, 4997 mCl = On peut alors en dduire la valeur 30C : ( )30 0 1C Cl l = + ; application numrique : 30 2,5006 mCl = Remarque : la prcision des rsultats cits na pour but que de faire apparatre leur diffrence. Compte tenu de la trs faible diffrence entre les deux rsultats, on peut supposer la priode comme inchange. 3. Compte tenu de lincertitude sur la valeur de g, il est lgitime de considrer que la priode des oscillations reste inchange. Exercice 9 : Dimension dune grandeur et unit SI 1. [ ] 2 2 1. .C L KT = donc C se mesure en J.kg-1.K-1 (unit drive du systme SI) ou encore en m2.s-2.K-1 2. [ ] 2.k M T = donc k se mesure en N.m-1 (unit drive du systme SI) ou encore en kg.s-2 3. [ ] 3 1..thr K MT = donc rth se mesure en m2.K1.W-1 (unit drive du systme SI) ou encore en s3.K.kg-1 4. [ ] 12 3 1. .. .R M L K molT = donc R se mesure en J.mol-1.K-1 (unit drive du systme SI) ou encore en kg.m2.s-3.K-1.mol-1. Exercice 10 : Calcul dincertitude sur une densit de flux thermique Lincertitude relative se calcule laide des drives logarithmiques : 2intint intSI SEextc ext extSI SEe er rer r + + + = + + + +Numriquement on obtient : 2109 8 .W m = Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle 11 Exercice 11 : Extrait du BTS Travaux Publics 1998 1. Voir 2.5 de ce chapitre. 2. 2 2-2 -2 -1 -2 -1 -2 -2 2 -2-3MM L.T L.T M.L .T M.L .T M L.T L L M.L .TM.L + + = 2 -2 2 -2 2 -2 2 -2M.L .T M.L .T M.L .T M.L .T+ + = Exercice 12 : Extrait du BTS Btiment 1999 1. Voir 2.5 de ce chapitre.2. a. P reprsente une puissance et S une surface. b. lanalyse dimensionnelle de chacune des deux quations permet de montrer : [ ] 3.I M T = Exercice 13 : Extrait du BTS TP 2003 (quation aux dimensions & hydrodynamique) 1. 1.1 Voir 2.1 et 2.2 du chapitre 12. Pour les dimensions, voir 2.5 de ce chapitre. 1.2 Voir 4.1 du chapitre 12. 1.3 Voir 4.1 du chapitre 12. 2. 2.1 Voir 3.2 du chapitre 12. 2.2 ( )2 22 1 1 212p p v v = 2.3 22 12 1 1 22112Sp p vS = 2.4 Voir 5.2 du chapitre 12. 12 Elments de correction des exercices du chapitre 1 : mesures et incertitudes. Analyse dimensionnelle Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. 13 Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. Contrle des connaissances Exercice 1 : Symbole des lments chimiques Les parties grises indiquent la bonne rponse pour le caractre mtallique (ou non) de llment chimique : lment Symbole chimique Mtal Non-mtal lment Symbole chimique Mtal Non-mtal Hydrogne H Cuivre Cu Sodium Na Zinc Zn Potassium K Argent Ag Magnsium Mg Mercure Hg Calcium Ca Aluminium Al Carbone C Plomb Pb Azote N Fluor F Oxygne O Chlore Cl Silicium Si Brome Br Soufre S Iode I Chrome Cr Hlium He Manganse Mn Non Ne Fer Fe Argon Ar Cobalt Co Krypton Kr Nickel Ni Xnon Xe Exercice 2 : criture de formules chimiques de molcules Diazote : N2 Dioxyde de carbone : CO2 Dichlore : Cl2 Eau : H2O Chlorure dhydrogne : HCl Ammoniaque : NH3(aq) Monoxyde de carbone : CO Dioxygne : O2 Ammoniac : NH3(g) Acide sulfurique : H2SO4 Dihydrogne : H2 Dibrome : Br2 Acide nitrique : HNO3 Diiode : I2 Exercice 3 : criture de noms de molcules HCl Chlorure dhydrogne H2O Eau O2 Dioxygne I2 Diiode NH3(g) Ammoniac CO2 Dioxyde de carbone Br2 Dibrome N2 Diazote CO Monoxyde de carbone HNO3 Acide nitrique H2 Dihydrogne Cl2 Dichlore 14 Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. H2SO4 Acide sulfurique CH4 Mthane Exercice 4 : Nomenclature des ions Na+ : ion sodium NH4+ : ion ammonium SO42- : ion sulfate NO3- : ion nitrate OH- ou HO- : ion hydroxyde Mg2+ : ion magnsium H3O+ : ion oxonium MnO4- : ion permanganate Cl- : ion chlorure Ca2+ : ion calcium Fe2+ : ion fer (II) K+ : ion potassium CO32- : ion carbonate Br- : ion bromure Al3+ : ion aluminium (III) Zn2+ : ion zinc (II) SiO44- : ion silicate I- : ion iodure Cu2+ : ion cuivre (II) Fe3+ : ion fer (III) Exercice 5 : Formules chimiques de quelques ions Formule Charge lectrique Formule Charge lectrique ion fer (II) Fe2+ +2 ion nitrate NO3- -1 ion chlorure Cl- -1 ion potassium K+ +1 ion oxonium (ou hydronium) H3O+ +1 ion ammonium NH4+ +1 ion sulfate SO42- -2 ion permanganate MnO4- -1 ion cuivre (II) Cu2+ +2 ion calcium Ca2+ +2 ion carbonate CO32- -2 ion bromure Br- -1 ion aluminium (III) Al3+ +3 ion zinc (II) Zn2+ +2 ion hydroxyde OH- -1 ion iodure I- -1 ion sodium Na+ +1 ion silicate SiO44- -4 ion fer (III) Fe3+ +3 ion sodium Na+ +1 Exercice 6 : A propos du nombre dAvogadro 1. Il faudra : 9 23 1510.10 10 10t s= = , soit environ 32 millions dannes ! 2. 11 92310 1000 100,176,02.10n mol = = 3. Le volume dune mole de grain de sable est donn par : 9 23 12 30,01.10 6,02.10 6.02.10V m= = La longueur de larrte du cube est donne par : 13a V= soit : ( )112 336.02.10 18.10 18 a m km= = 4. Calculons le volume occup par les 5,2.10-9 mol de feuilles : 3 2318 331,5.10 6,02.10 37,9.10500V m = = Le nombre de camions est alors donne par : 18 31537,926.10 998.1038mN camions= = !!! Exercice 7 : Calcul de masses molaires 1. Seules quelques formules littrales sont indiques (la charge dun ion nintervient pas dans le calcul de sa masse molaire) : Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. 15 Masse molaire : formule littrale Rsultat NaOH NaOH Na O HM M M M= + + NaOH140, 0 .M g mol = KMnO4 KMnO4M = KMnO41158 .M g mol= CH4 CH4M = 4116, 0 .CHM g mol= C4H10 C H4 10M = 4 10158, 0 .C HM g mol= Fe(OH)3 Fe(OH)3M = Fe OH 31( ) 106,8 .M g mol= Fe2(SO4)3 Fe SO2 4 3( ) 2 3 12Fe S OM M M M= ++ Fe SO2 4 31( ) 339, 6 .M g mol= Al(OH)4- Al OH 4( )4 4Al O HM M M M = ++ Al OH 41( )95, 0 .M g mol= NH4+ NH+4M = NH+4118, 0 .M g mol= Ca2SiO4 Ca SiO2 4M = 2 4Ca SiO1172, 3 .M g mol = Ca5(AlO4)2 Ca (AlO )5 4 2M = 5 AlO4 21( ) 382, 5 .CaM g mol= 2. Seules les rponses numriques sont donnes : Masse molaire : formule littrale Rsultat Eau .............M = 2118, 0 .H OM g mol= Dioxyde de carbone .............M = 2144, 0 .COM g mol = Diazote .............M = 2128, 0 .NM g mol = Dichlore .............M = 2171, 0 .ClM g mol = Chlorure dhydrogne .............M = 136, 5 .HClM g mol= Monoxyde de carbone .............M = 128, 0 .COM g mol= Dihydrogne .............M = 212, 0 .HM g mol = 3. Seule la premire formule littrale est donne : C Cn 2 2(2 2) 12 (2 2) 1 14 2nH HM nM Mn n n n+= + + = + + = + Cn 2 214 2nHM n+= + ALCENEM = Cn 214nHM n= ALCYNEM = Cn 2 214 2nHM n= Exercice 8 : Calcul de volumes molaires ; comparaison entre gaz et liquide 1. Le volume molaire se calcule en supposant le gaz parfait (formule p23, 4.4.) : Pression Temprature Volume molaire m3.mol-1 Volume molaire L.mol-1 P = 1 bar = 25 C 25.10-3 P = 1,0 MPa = 25 C 2,5 P = 100 MPa = 25 C 0,248 P = 105 Pa = -5,0 C 22.10-3 22 P = 105 Pa = 230 C 42 P = 105 Pa = 1750 C 0,17 16 Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. 2. Le volume molaire des liquides ou solides se calcule partir de la formule p24, 4.5 : Produit Masse molaire masse volumique = 20 C Volume molaire m3.mol-1 Volume molaire L.mol-1 Eau M(H2O)=18g.mol-1 eau = 1000 g.L-1 18.10-3 Mercure M(Hg)=200,6g.mol-1 Hg = 13,5.103 kg.m-3 14,9.10-6 Br2 M(Br2)=159,8g.mol-1 Dibrome = 3,1 g.cm-3 52.10-6 52.10-3 thanol M(C2H6O)=46g.mol-1 thanol = 774 g.L-1 59.10-6 H2SO4 M(H2SO4)=98g.mol-1 acide sulfurique = 1,84 g.cm-3 53.10-3 3. Le volume molaire des gaz est gnralement largement suprieur celui des liquides et solides courants. Ce rsultat traduit le fait que les gaz offrent une distance entre molcules plus importante que pour les solides et liquides. Pour ces derniers, lagencement des molcules (ou ions) est plus compact. Exercice 9 : Calculs de quantits de matire 1. On peut utiliser le volume molaire de leau : mVnV= avec MMV= , do VnM= Numriquement : 3 331.10 1055,5 18.10n mol= = soit 56 n mol 2. Ce calcul se mne facilement partir de la formule p23, 4.3. Il sagit de la dfinition de la mole (p22, 4.1.) Numriquement : 121 12n mol= = soit 1 n mol= 3. Calculons tout dabord la masse de cuivre prsente dans une tonne de minerai : 6 30,02.10 20.10Cum g= = le calcul de la quantit de matire est ensuite ralis partir de la formule p23, 4.3. Numriquement : 320.10314 63,5n mol= = soit 30,3.10 n mol= 4. Le chlorure dhydrogne est un gaz, nous pouvons donc appliquer (en le supposant parfait) : PVnRT= Numriquement : 320.10314 63,5n mol= = soit 30,3.10 n mol= Exercice 10 : Taux dalcoolmie dans le sang 1. La quantit de matire dthanol contenue dans le sang sexprime par : sang thanolthanolVnM= Numriquement : 35 0,554,3.1046n mol= = soit 354.10n mol= 2. Le pourcentage volumique permet de calculer le volume dthanol contenu dans chacun des verres. La suite de la rsolution se fait comme la question 1 de lexercice 9 de ce chapitre. Par comparaison avec la question prcdente, ces rsultats indiquent quaucune de ces boissons ne pourrait tre consomme par un conducteur pour tre conforme la lgislation ! Bires (25cl 5%) Apritifs (3cl 43%) Verres de vin (10cl 12%) Digestifs (3cl 43%) 0,21 n mol= 0, 22 n mol= 0, 21 n mol= 0, 22 n mol= Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. 17 3. Le nombre maximum de verres bus et permettant de conduire est de deux (voire moins de deux pour certaines personnes). 4. La totalit de lthanol ingr ne passe peut-tre pas dans le corps humain. Dautre part, le volume deau ne se limite pas au seul volume sanguin. Pour un individu de 70 kg, en supposant 4/5 deau dans le corps, le volume considrer devient de lordre de 10 fois le volume sanguin. En prenant n = 0,44 mol pour deux verres bus, mais dissous dans 55 litres deau , on obtient un rsultat beaucoup plus proche de la question 1. 5. 0,07 L.kg-1 ou en unit SI : 0,07.10-3 m3.kg-1 Exercice 11 : Mlange dhydrocarbures 1. La seconde relation p23, 4.3 permet de calculer la masse totale : 310,0.10totalem g= Les autres masses sen dduisent en utilisant les pourcentages massiques : 6 1432,00.10C Hm g= 7 1633,00.10C Hm g= 8 1835,00.10C Hm g= 2. Le calcul de la quantit de matire est ensuite ralis partir de la premire formule p23, 4.3 : 6 1423,3 C Hn mol= 7 1630,0 C Hn mol= 8 1843,9 C Hn mol= 3. Le pourcentage volumique en dioxygne permet le calcul de son volume. Les relations p23 4.4 et p26 4.6 permettent de calculer la quantit de matire de dioxygne prsente dans le volume dair : 231,1.10 On mol= On en dduit alors la masse correspondante laide de la masse molaire : 2335.10 gOm = 4. La donne de la masse permet de calculer la quantit de matire correspondante. lutilisation du volume molaire permet de connatre le volume de CO2 form : 2315,5 COV m= Exercice 12 : Composition dun minerai 1. M(Al2O3) =102 g.mol-1 ; M(Fe2O3) =159,6g.mol-1 ; M(SiO2)= 60,1g.mol-1 2. Les quantits de matire se calculent laide des pourcentages massiques et des masses molaires. a. 2 3324.10 Al On mol= 18 Elments de correction des exercices du chapitre 2 : rappels et notions de base en chimie. b. 2 336,3.10 Fe On mol= c. 234,2.10 SiOn mol= Exercice 13 : Lair un mlange de gaz 1. Voir p223 (pour largon) et p224 (pour les trois autres) pour crire les formules chimiques correspondantes. 2. Le volume total ainsi que les pourcentages volumiques permettent de calculer le volume de chaque gaz : 2320 NV m= 235,5 OV m= 30,24 mArV = 23 38,7.10 COV m= 3. Le volume molaire permet de calculer chaque quantit de matire. Les masses molaires de chaque gaz permettent de calculer les masses correspondantes : 2326.10 gNm = 237,9.10 gNm = 230,43.10 gNm = 217 gCOm = 4. La masse volumique sobtient en appliquant la seconde relation p23 4.3 lensemble des gaz : -333,92 =1,29 g.m26,25airk = soit : -31,3 g.mair k = 5. La masse molaire moyenne sobtient par : totaleairtotalemMn= Numriquement : 31333,92.1028,9 .1,171.10airM g mol= = soit : 129 .airM g mol= Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. 19 Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. Contrle des connaissances Exercice 1 : Oxydation par le dioxygne 1. Pour la colonne de gauche, il faut complter le ractif manquant en ajoutant le mtal ( ltat de corps pur) qui est prsent dans loxyde ct produit. Pour la colonne de droite, il faut ajouter du dioxygne ct ractif. On peut ensuite quilibrer lquation bilan suivant la technique de la page 30. Il est possible de multiplier tous les cfficients stchiomtriques par 2 de faon faire disparatre les (la rponse la question 2 donne des exemples ce propos). ( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( ) ( )( )( ) ()2 222 22 2 32 3 412Na2121Na24 3 23 2SgSSSSSSgg Sg Sg SO OO CaOO MnOO Fe OO FeCeOaMnFFe+ =+ =+ =+ =+ =( )( )( )( ) ( )( ) (( )()( ) ( )( ) ())( ) ( )2222222 342 3122121223223 2gggggS SS SS SS SS SCu Cu OCu CuOAg Ag OAl Al OPb Pb OOOOOO+ =+ =+ =+ =+ = 2. Il faut ajouter du dioxygne ct ractif. On peut ensuite quilibrer lquation bilan suivant la technique de la page 30. ( )(( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( ))( )( )4 2 23 8 2 24 10 2 24 10222 2 222 25 3 4134 522 13 8 1 0 g ggg gggggggg ggg gCH CO H OC H CO H OC H CO H Oou C H COOOO O H O+ = ++ = ++ = ++ = +( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( )( )( )( )( )2222 4 2 23 6 2 23 6 2 22 2 2 22 2 2 2223 2 293 322 9 6 65222 5 4 2 g gggggg ggggggg ggg gggC H CO H OC H CO H Oou C H CO H OC H CO H OouOOOC H CO HOO O+ = ++ = ++ = ++ = ++ = + 3. Aprs avoir correctement crit les ractifs et produits, on ajuste les cfficients stchiomtriques en fonction de n (nombre datomes de carbones prsents dans lalcane) : ( )( )( ) 2 2 (2 )2 23 1( 1)2 gg gn n gnO nC CO n H OH + + =+ + + 4. Aprs avoir correctement crit les ractifs et produits, on ajuste les cfficients stchiomtriques en fonction de n (nombre datomes de carbones prsents dans lalcne) : ( )( )( ) 22 2 2 ( )32 ggg gn nnO nCC H O nH O= ++ 20 Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. 5. Aprs avoir correctement crit les ractifs et produits, on ajuste les cfficients stchiomtriques en fonction de n (nombre datomes de carbones prsents dans lalcyne) : ( )( )( ) 2 2 (2 )2 23 1( 1)2 gg gn n gnO nC CO n H OH = + + Exercice 2 : crire puis quilibrer une quation bilan La nomenclature page 224 permet de connatre toutes les formules chimiques ncessaires. Lire page 30 pour quilibrer une quation bilan. 1. ( ) ( ) ( )2 2 31 32 2g g gN H NH+ = 2. ( )( )( )3 2 2 ( )52 2 32 ggg gNH O NO H O+ = + 3. ( ) ( )( )( ) 24 1 2094 52 g gggO CC O HH O= ++ 4. ( )( )( )3 2 SgSCaCO CO CaO= + 5. ( ) ( )2 2 ( ) 6 12 6 26 6 6g ggCO H O C H O O+ = + 6. ( ) ( )6 12 6 4 23 3g gC H O CH CO= + Exercice 3 : quilibrer une quation bilan Lire page 30 pour quilibrer une quation bilan. 8 18 2 2 28 18 2 2 2-3 22 23-4 3 42 2 42 -22 222 2 3 23 4258 922 25 16 1824 2 232 2 222 ( )( ) 22 2C H O CO H Oou C H O CO H OH O OH H OLi O Li OK PO K POTiO C Cl TiCl COCa OH Ca OHNa S HCl NaCl H SZn OH H O H O ZnOFe O++++ + = ++ = ++ =+ =+ =+ + = ++ =+ = ++ = ++ 22 2 3 22 2 3 22 2 333222 6 4 3 C CO FeN H O NH Oou N H O NH O= ++ = ++ = +2 3 2 3-2 2 2 2-2 2 2 22 4 2 43 -43 2 2 2 223 3 2 212 22 11 2 23 3 2 312 222 2 4 4 22 2422 32. ( )( )4 12 11 24Cr O C Cl CrCl CONa O H O Na OH Oou Na O H O Na OH OH SO KCl K SO HClAl OH Al OHNH CO NH CO H OCaCO H O Ca CO H OC H O CuO CO H O CuCu++++ ++ + = ++ = + ++ = + ++ = ++ =+ = ++ = + ++ = + +223 3 42 35 2 3 4 (43 24)5NH Cu NHS Al Al SPCl H O H PO HCl++ + =+ =+ = +Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. 21 Exercice 4 : Proportions stchiomtriques quation bilan proportions stchiomtriques 4 2 2 2TiCl Mg Ti MgCl+ = + 24max 22MgClMgTiCl Tinnx n n= = = = ( )2 2 2 3 2 21124gFeS O Fe O SO+ = + 2 2 24 2 3max2112 4FeS O SOTiCl Fe On n nx n n= = = = = 3 2 2 25232NH O NO H O+ = + 3 2 2max 3252 2NH O H ONOn n nnx = = = = 2-3 2 3 2Ag CO Ag CO+ + = 2-2 33max 2AgAg COCOnx n n+= = = 8 18 2 2 2 8 9252C H O CO H O+ = + 2 2 28 18max225 98O CO H OC Hn n nx n= = = = 2-2 4 42Na SO Na SO+= + 2-2 4 4max 2NaNa SO SOnx n n+= = = Remarque : la modification des valeurs des cfficients stchiomtriques (en les multipliant (ou divisant) tous par une mme valeur) change de fait la relation des proportions stchiomtriques, ainsi que la valeur de lavancement maximal. Les rsultats des exercices nen demeurent pas moins identiques quel que soit le jeu de cfficients stchiomtriques utilis (et satisfaisant la conservation de chaque lment chimique). Exercice 5 : Proportions stchiomtriques ou pas ? Toutes les ractions sont supposes totales, c'est--dire quau moins un des ractifs disparat totalement au cours de la raction. Le ractif limitant est dtermin en rsolvant les deux quations suivantes : 4-8 xmax = 0 3-3 xmax = 0 La fin de la rsolution se fait avec la plus petite des deux valeurs trouves. quation de la raction 8 Al + 3 Fe3O4 = 4 Al2O3 + 9 Fe tat du systme avancement nAl nFe3O4 nAl2O3 nFe tat initial 0 4 3 0 0 tat intermdiaire x 4-8 x 3-3 x 0+4 x 0+9 x tat final xmax = 0,5 mol 0 1,5 2 4,5 Le ractif limitant est dtermin en rsolvant les deux quations suivantes : 2- xmax = 0 22-11 xmax = 0 Les deux solutions sont ici identiques, ce qui signifie que les proportions sont stchiomtriques. quation de la raction C7H16 + 11 O2 = 7 CO2 + 8 H2O tat du systme avancement nC7H16 nO2 nCO2 nH2O tat initial 0 2 22 0 0 tat intermdiaire x 2- x 22-11 x 0+7 x 0+8 x tat final xmax = 2 mol 0 0 14 16 22 Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. Le ractif limitant est dtermin en rsolvant les deux quations suivantes : 1- xmax = 0 6-3 xmax = 0 La fin de la rsolution se fait avec la plus petite des deux valeurs trouves. quation de la raction Fe3+ + 3OH = Fe(OH)3 tat du systme avancement nFe3+ nOH nFe(OH)3 tat initial 0 1 6 0 tat intermdiaire x 1- x 6-3 x 0+ x tat final xmax = 1 mol 0 3 3 Exercice 6 : Nature dune raction Le paragraphe 2 permet de reconnatre la nature de chacune de ces ractions chimiques : quation bilan de la raction Nature de la raction 3 22 3 = 2 3Fe Mg Fe Mg+ ++ + Raction doxydorduction (oxydation du magnsium et rduction des ions fer (III) 4 9 4 9Cl = C H HI HCl C H I+ + Raction de substitution (un atome diode se substitue un atome de chlore sur la molcule organique) 3 2 ( )( ) ( ) 2 laq aqH O OH H O+ + = Raction acido-basique (raction entre des ions oxonium et hydroxyde) ( ) ( )2 4 2 5( ) g sgC H HCl C H Cl+ = Raction daddition (la molcule de chlorure dhydrogne ragit avec la double liaison de lthylne pour ne former quune seule molcule) ( )3( ) ( )3 3 ( )saq aqFe OH Fe OH+ + =Raction de prcipitation (les ions fer (III) et les ions hydroxyde ragissent pour former un solide prsent dans leau) n = Raction de polymrisation par polyaddition (raction daddition sur la double liaison entre molcules identiques (ici du styrne) pour obtenir une seule longue molcule (ici le polystyrne), n dsigne le degr moyen de polymrisation) 2( ) ( )2( ) 2aq aqSMgCl Mg Cl+ = + Raction de dissolution (un solide ionique (ici le chlorure de magnsium) se dissocie pour librer des ions (ion magnsium et ion chlorure) solvats dans leau. ( ) ( )( )( )3 8 2 2 25 3 4g gggC H O CO H O+ = +Combustion complte dun alcane : oxydorduction (raction entre le dioxygne et lhydrocarbure, pour une combustion complte, les seuls produits de la raction sont de leau et du dioxyde de carbone) 4 10 ( ) 2 ( ) 3 3 = l lC H O H O CH CH CH CH+ = Raction dlimination (raction au cours de laquelle une molcule organique se scinde en deux molcules. Lune de ces deux molcules est organique et contient une double liaison, lautre molcule est petite (H2O, HCl, HI) CHCH n CHCH Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. 23 Exercices et extraits dannales Exercice 7 : Extrait du BTS Travaux Publics TP 1975 Le plus simple est de raliser dans un premier temps un bilan chimique dans les proportions stchiomtriques sans tenir compte du rendement. 2 244 Hgn mol+ = On obtient ainsi pour la masse ncessaire de fer : 13,7 Fem kg= En tenant compte du rendement, la masse de fer introduite doit tre suprieure celle prcdemment calcule : 17 Fem kg= Exercice 8 : Extrait du BTS Travaux Publics 2001 1. quation bilan non quilibre : 2 3 2 Fe O C Fe CO+ = + 2. Valeurs arrondies des rsultats : 2 331,3.10 Fe On mol= 32,5.10 Cn mol= On dtermine le ractif limitant comme dans lexercice 5. Ici il sagit est Fe2O3. Le ractif en excs est donc le coke (C). Les rsultats des questions suivantes supposent que le carbone est en excs. 3. Le bilan de matire montre que : 32,5.10 Fen mol= , on en dduit : 21,4.10 Fem kg= 4. Le bilan de matire montre que : 231,875.10 COn mol= , on en dduit : 2345 COV m= Exercice 9 : Extrait du BTS tude et conomie de la construction 1999 1. La combustion complte dun alcane donne comme seuls produits du dioxyde de carbone et de leau. Dans lair seul le dioxygne ragit, le diazote restant inerte, il ne figure pas dans lquation bilan. Lquation bilan non quilibre donne donc : 4 2 2 2 CH O CO H O+ = + 2. 2.1. Le dbit massique permet de calculer la masse consomme, do lon dduit la quantit de matire : 4100 CHn mol= 2.2. Pour la suite des questions, il faut raliser un bilan chimique classique dans les proportions stchiomtriques : 26, 4 Om kg= 2.3. 234,5 OV m= 2.4. Lair ne contient que 20% (valeur approche) de dioxygne, do : 322 airV m= 24 Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. 3. La combustion incomplte dun hydrocarbure devient largement incomplte en cas de dfaut de comburant par rapport aux conditions stchiomtriques. Il se forme alors du monoxyde de carbone, gaz inodore et mortel. Exercice 10 : Synthse de lacide nitrique : procd dOstwald 1. 1.1. Lquation bilan non quilibre donne : 2 2 3 N H NH+ = 1.2. Lquation bilan non quilibre donne : 3 2 2 ONH O NO H+ = + 1.3. Lquation bilan non quilibre donne : 2 2 NO O NO+ = 1.4. Lquation bilan non quilibre donne : 2 2 3 NO H O HNO NO+ + = + 2. le bilan chimique dans les proportions stchiomtriques pour chaque quation bilan permet de montrer que : 2 394H HNOn n= et 2 334N HNOn n= En tenant compte du rendement global (c'est--dire pour toutes les oprations), on obtient : 212 37,15.10 HV m= et 212 32,38.10 HV m= 3. Lair contient de faon approche 80% de diazote. Le volume ncessaire dair sera donc : 12 32,98.10 airV m= Exercice 11 : Extrait du BTS Travaux Publics 1996 1. La combustion complte dun alcane donne comme seuls produits du dioxyde de carbone et de leau. Dans lair seul le dioxygne ragit, le diazote restant inerte, il ne figure pas dans lquation bilan. Lquation bilan non quilibre donne donc : 7 16 2 2 2 C H O CO H O+ = + 8 18 2 2 2 C H O CO H O+ = + 2. 2.1. Les pourcentages massiques ainsi que la masse volumique permettent de calculer la masse de chacun des composs prsents : 7 16504 C Hm g= et 8 18 216 C Hm g= 2.2. Un bilan chimique dans les proportions stchiomtriques pour chaque quation bilan permet de calculer le volume de dioxyde de dioxygne ncessaire chacune des deux combustions compltes. On en dduit alors le volume total de dioxygne ncessaire : 231,77 OV m= 2.3. Lair ne contient que 20% (valeur approche) de dioxygne, do : 38,86 airV m= Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. 25 Exercice 12 : Extrait du BTS Btiment 1994 1. 1.1. Lquation bilan non quilibre donne : 2 4 2 2 4 2 2 C H HCl O C H Cl H O+ + = + 1.2. Lquation bilan non quilibre donne : 2 4 2 2 3 C H Cl C H Cl HCl= + 1.3. Lquation bilan non quilibre donne : 2 3 2 3 ( )nn C H Cl C H Cl= 2. Le bilan chimique dans les proportions stchiomtriques sans tenir compte du rendement permet dobtenir la masse minimale ncessaire dthylne : 2 444,8 C Hm kg= En tenant compte du rendement global de toutes les oprations, on obtient : 2 464 C Hm kg= Exercice 13 : Corrosion de laluminium 1. Lquation bilan non quilibre donne : 2 2 3 ( )Al H O O Al OH+ + = 2. 2.1. Un bilan chimique dans les proportions stchiomtriques pour chaque quation bilan permet de calculer la masse daluminium qui sest oxyd : 5, 4 Alm g= 2.2. 25, 4 H Om g= 2.3. Lair ne contient que 20% (valeur approche) de dioxygne, do : 18airV L= 3. Le chlorure de sodium nintervient pas dans lquation bilan de la raction chimique, il ne fait quaugmenter la vitesse de raction. Lquation bilan reste donc inchange par rapport aux questions prcdentes. Il reste raliser le bilan chimique. Attention, la masse aprs corrosion comprend la fois laluminium non corrod et lhydroxyde daluminium. Les 30 g supplmentaires correspondent donc la somme des masses de dioxygne et deau ayant ragi. Le bilan chimique dans les proportions stchiomtriques en tenant compte de ces indications permet dobtenir la masse daluminium corrod : 15,9 Alm g= 26 Elments de correction des exercices du chapitre 3 : la raction chimique. Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions 27 Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions. Contrle des connaissances Exercice 1 : quations de dissolution et de prcipitation Lorsque le solide ionique est ct ractif, il sagit dune raction de dissolution. Lorsquil se situe ct produit, il sagit dune raction de prcipitation. Pour nommer les solides ioniques, voir p224. Une bonne connaissance de la nomenclature des ions est indispensable pour complter les quations bilans et les quilibrer. Nature de la raction Nom du solide ionique quation de la raction Dissolution Chlorure de sodium -( ) )( () aq aqs Na ClNaCl+= + Prcipitation Hydroxyde daluminium ( )3( ) ( ) 3 3 Saq qa Cl AlClAl+ + = Prcipitation Nitrate de plomb ( )2( ) 3( )3 22 ( ) Saq aq Pb NONO Pb ++ = Prcipitation Sulfate de calcium 2 2-( ) 4 4( ) ( ) aq aq SCa SO CaSO+ + = Dissolution Chlorure de magnsium 2 -( )2( )) (2aqS aqMMgC g Cll+= + Dissolution Hydroxyde de sodium -( ) ( )( ) aq aqSNaOH Na OH+= + Prcipitation Sulfate de fer (III) 3 2-( ) 4 2 4 3( ) ( )2 3 ( )aq aq sFe SO Fe SO+ + = Dissolution Sulfate de fer (II) 2 2-( )4 4( ) ( )aqs aqFeSO Fe SO+= + Prcipitation Carbonate de magnsium 2 2-( ) 3 ( ) 3 ( ) aq Saq MgCMg C OO+ + = Prcipitation Chlorure dargent ( )( ) ( ) Saq aqAg Cl AgCl+ + = Exercice 2 : Calculs sur les concentrations molaires et massiques dune solution Les formules des paragraphes 2.4 et 2.7 de ce chapitre permettent de raliser tous les calculs. Il manque un lment dans la ligne du chlorure dhydrogne pour faire les calculs. Solut VSolution mSolut MSolut nsolut CSolution Solution NiCl2 500 mL 13 g M(NiCl2)=129,7g.mol-1 0,1 mol 159 mol.L-1 26 g.L-1 Al2(SO4)3 100 cm3 34,2 g M(Al2(SO4)3)=342g.mol-1 0,1 mol 1 mol.L-1 342 g.L-1 Na2CO3 563 mL 39,75 g M(Na2CO3) =106g.mol-1 0,375 mol 1,5 mol.L-1 159 g.L-1 NaOH 500 mL 10 g M(NaOH) = 40g.mol-1 0,25 mol 2 mol.L-1 80 g.L-1 HCl M(HCl) =36,5g.mol-1 H2SO4 250 mL 24,5 g M(H2SO4) =98g.mol-1 0,25 mol 1 mol.L-1 98 g.L-1 Ca(OH)2 2 L 2,6 g M(Ca(OH)2)=74,1g.mol-1 35.10-3 mol 18.10-3 mol.L-1 1,3 g.L-1 AgNO3 1,0 mL 16,99 g M(AgNO3) =169,9g.mol-1 10-1 mol 1.10-2 mol.L-1 1,7 g.L-1 KOH 750 cm3 4,2 g M(KOH) =56,1g.mol-1 75.10-3 mol 1.10-2 mol.L-1 5,6 g.L-1 HNO3 2 dm3 252 g M(HNO3) = 63g.mol-1 4 mol 2 mol.L-1 126 g.L-1 28 Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions Exercice 3 : Concentration molaires dions en solution 1. La masse dhydroxyde de sodium permet de calculer la quantit de matire. On suppose la raction totale (limite de solubilit non atteinte). le calcul des concentrations molaires des ions se fait conformment au paragraphe 2.6 de ce chapitre. quation de la raction NaOH = Na+ + OH tat du systme avancement nNaOH nNa+ nOH tat initial 0 1 0 0 tat intermdiaire x 1 - x x x tat final xmax = 1 mol 0 1 1 110 .Na mol L+ = et 110 .OH mol L = 2. La technique de rsolution est identique celle de lexemple prcdent. quation de la raction CuCl2 = Cu2+ + 2 Cl tat du systme avancement nCuCl2 nCu2+ nCl tat initial 0 25.10-3 0 0 tat intermdiaire x 25.10-3 - x x 2 x tat final xmax = 25.10-3 mol 0 25.10-3 50.10-3 2 10,10 .Cu mol L+ = et 10, 20 .Cl mol L = 3. La technique de rsolution est identique celle de lexemple prcdent. quation de la raction Fe2(SO4)3 = 2 Fe3+ + 3 SO42 tat du systme avancement nFe2(SO4)3 nFe3+ nSO42 tat initial 0 0,10 0 0 tat intermdiaire x 0,10 - x 2 x 3 x tat final xmax = 0,1 mol 0 0,20 0,30 2 10, 20 .Fe mol L+ = et 2 14 0,30 .SO mol L = Exercice 4 : dilution dune solution Voir la fiche de lacide chlorhydrique sur le site : http://www.inrs.fr/ dont voici un extrait : Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions 29 1. La formule du paragraphe 3.4 de ce chapitre permet de calculer la concentration molaire : 19,5 .acideC mol L= 2. Une possibilit est dintroduire 53 mL ( laide de plusieurs pipettes jauges) de la solution commerciale dans une fiole jauge de 500 mL moiti remplie deau distille. On complte ensuite au trait de jauge avec de leau distille. Exercice 5 : lectroneutralit et criture dune solution ionique 1. Nom de la solution ionique Formule de la solution ionique quation dlectroneutralit Chlorure de nickel (II) ) (2 -( )2aq aqNi Cl+ + -( ) ( )22 aq aqNi Cl+ = Hydroxyde de potassium -( ) ( )aq aqK OH+ + -( ) ( ).aq aqK OH+ = Nitrate de fer (II) ) )2-( (32aq aqFe NO+ + -( )2 ( )32 aq aqFe NO+ = Chlorure daluminium ) (3 -( )3aq aqAl Cl+ + -( ) ( )33 aq aqAl Cl+ = Iodure de potassium -( ) ( )aq aqK I+ + -( ) ( ) aq aqK I+ = 2. Nom de la solution quation dlectroneutralit Chlorure de fer (III) -( ) ( ) ( (3 ) )33 aq aq aq aqFe H O Cl OH+ + + = + Sulfate daluminium -( ) ( ) ( ) ( )3 43 223 aq aq aq aqAl H O SO OH+ + + = + Nitrate de plomb -( ) ( ) ( ) ( )3 322 aq aq aq aqPb H O NO OH+ + + = + Carbonate de sodium -( ) ( ) ( ) ( )323 2aq aq aq aqNa H O CO OH+ + + = + Bromure de cuivre (II) -( ) ( ) ( (2 ) )32 aq aq aq aqCu H O Br OH+ + + = + 30 Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions Exercice 6 : Molcules organiques charges formule chimique dessin de la molcule Tte(s) polaires ou polarisables : oui/non compos anionique : oui/non compos cationique : oui/non C9H19NH3+ oui non oui C12H25C6H4SO3- oui oui non C18H37OC2H4OH oui non non C10H22 non non non oui oui non Exercices et extraits dannales Exercice 7 : Extrait de BTS 1. 2 3 150.10 .Ni mol L+ = 2. 1 11,0.10 .Cl mol L = 3. 2 3 120.10 .Ni mol L+ = 4. -( ) ( ) ( ) (2) ( )32 aq aq aq aq aqCa Na H O Cl OH+ + + + + = + 5. 3 180.10 .Cl mol L = Exercice 8 : Solide anhydre et solide hydrat 1. M(Cu(SO4)) = 159,5g.mol-1 ; M(Cu(SO4),5H2O) = 249,5g.mol-1 2. Les masses mesurer sont : 4( )39,9 gCu SOm = et 4 2( ),5 62,4 gCu SO H Om = n SO OO-Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions 31 3. Pour raliser jusqu 6 solutions le produit anhydre est le moins cher, au-del cest le sulfate de cuivre partiellement hydrat qui est le plus intressant financirement. Exercice 9 : Extrait du BTS Travaux Publics 1991 1. 1.1. Le pH est suprieur 7, cette eau est donc basique. 1.2. ( ) ( )2 32 aq aqH O H O OH+ = + 1.3. La donne du pH permet de calculer les concentrations molaires en ions hydroxyde et oxonium : 8 13 1,0.10 .H O mol L+ = et 6 11,0.10 .OH mol L = 1.4. Lutilisation des masses molaires permet de calculer la concentration molaire de chaque ion cit : 6 156.10 .Cl mol L = 2 5 14 73.10 .SO mol L = 3 6 14 1,1.10 .PO mol L = 2. ( ) ( ) ( )aq aq sAg Cl AgCl+ + = Le volume minimum pour prcipiter la totalit les ions chlorure correspond aux conditions stchiomtriques : 3 ' arg 28, 2.10 nitrate d entV L= Exercice 10 : Raction de prcipitation 1. Rsultats pour les concentrations molaires de chaque ion : 12 .Na mol L+ = et 12 .OH mol L = 2 12 .Cu mol L+ = et 14 .Cl mol L = Remarque : les concentrations en ion oxonium peuvent tre ngliges. 2. Pour la solution S1 : ( ) ( )aq aqNa OH+ = ; pour la solution S2 : -( ) ( )22 aq aqCu Cl+ = 3. 3.1. ( )2 -( ) ( ) 22 ( ) Saq aqCu OH Cu OH+ + = , les autres ions sont spectateurs et ne participent pas la raction. 3.2. Le plus grand avancement possible vaut : 0,1 x mol= . Les ions cuivre (II) sont donc en excs. 3.3. le bilan chimique permet de calculer la masse de prcipit form : 2( )9,8 gCu OHm = . Pour obtenir le solide anhydre, il faut le chauffer pour le dshydrater. 3.4. Dans ltat final, les concentrations des ions restants sont donnes par : 2 10,8 .Cu mol L+ = 10,8 .Na mol L+ = 12,4 .Cl mol L = 32 Elments de correction des exercices du chapitre 4 : Chimie des solutions

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