Réactions acido-basiques - Free

DS5
TS2 31 janvier 2008
RENDRE LE SUJET AVEC LA COPIE Exercice n°1 (10 points) RÉACTIONS ACIDO-BASIQUES
1. Identification d'un indicateur coloré. On dispose d'un flacon d'indicateur coloré avec comme seule indication sa
concentration molaire :
C0 = 2,90.10-4 mol.L-1
On mesure son pH: 4,18.
Le couple acide/base présent dans cet indicateur coloré sera noté HInd/Ind-
.
La solution d'indicateur coloré a été préparée à partir de la forme acide
de l'indicateur : HInd.
L'équation de la réaction entre HInd et l'eau est : HInd + H2O = Ind-
+ H3O+
1. Calculer la concentration molaire en ions oxonium, [H3O+].
2. Faire un tableau d'avancement puis déterminer le taux
d'avancement final de la réaction de l'acide HInd avec l'eau.
Cet acide est-il totalement dissocié dans l'eau ? Justifier
votre réponse.
1.3 Donner l'expression littérale de la constante d'acidité KA de la
réaction de l'acide HInd sur l'eau.
1.4 Calculer le KA de ce couple et en déduire le pKA.
1.5 Identifier l'indicateur à l'aide des données du tableau suivant :
|Indicateur |Couleur acide |Zone de virage|Couleur |pKA |
| | | |basique | |
|Hélianthine |Jaune orangé |3,1 - 4,4 |rouge |3,7 |
|Vert de |jaune |3,8 - 5,4 |bleu |4,7 |
|Bromocrésol | | | | |
|Bleu de |jaune |6,0 - 7,6 |bleu |7,0 |
|Bromothymol | | | | |
|Phénolphtalé|incolore |8,2 - 10,0 |fuschia |9,4 |
|ine | | | | |
2. Dosage d'une solution d'acide chlorhydrique concentrée.
Dans le laboratoire d'un lycée, on dispose d'un flacon d'une solution
d'acide chlorhydrique concentrée où est notée sur l'étiquette l'indication
suivante : 33% minimum en masse d'acide chlorhydrique.
On appellera cette solution S0.
On veut connaître la concentration molaire c0 de cette solution.
Première étape :
On dilue 1000 fois la solution S0 . On obtient alors une solution S1
de concentration C1.
Deuxième étape :
On prélève précisément un volume V1=100,0 mL de solution S1.
On dose par conductimétrie la solution S1 par une solution titrante
d'hydroxyde de sodium de concentration CB= 1,00.10-1 mol.L-1. La
représentation graphique de la conductance de la solution en fonction
du volume V de solution titrante versé est donnée dans l'annexe 2, document
n°1.
2.1 On ajoute la solution d'hydroxyde de sodium pour doser la solution S1.
Écrire l'équation de la réaction acido-basique.
2.2 Déterminer graphiquement, sur le document n°1 de l'annexe 2, le volume
versé VE à l'équivalence.
2.3 A l'équivalence, écrire la relation existant entre C1, CB, VE et V1 en
la justifiant et calculer la concentration molaire C1 de la solution
d'acide chlorhydrique diluée S1.
2.4 En déduire la concentration molaire C0 de la solution d'acide
chlorhydrique concentrée S0.
2.5 Calculer la masse m0 d'acide chlorhydrique HCl dissous dans un litre de
solution.
On donne la masse molaire de l'acide chlorhydrique M(HCl) = 36,5
g.mol-1.
La solution S0 a une masse volumique (0 = 1160 g.L-1.
Le pourcentage massique de la solution S0 représente la masse d'acide
chlorhydrique dissous dans 100 g de solution.
2.6 Quelle est la masse m d'un litre de solution S0 ?
2.7 Calculer le pourcentage massique de la solution S0. L'indication de
l'étiquette du flacon de solution d'acide chlorhydrique concentrée est-elle
correcte ?
3. Une simulation du dosage par suivi pH-métrique de la solution S1 est
donnée dans l'annexe 2, document n°2.
3.1 Faire le schéma annoté du montage de suivi pHmétrique.
3.2 Déterminer graphiquement le point équivalent E en expliquant votre
méthode. En déduire VE.
3.3 Sur le document n°2, indiquer la zone de virage de l'indicateur
identifié à la question 1.4. En utilisant cet indicateur pour le dosage de
la solution S1, décrire le changement de couleur observé.
3.4 Dans la liste donnée à la question 1.3, y-a-t-il un indicateur coloré
mieux adapté pour repérer l'équivalence du dosage ? Justifiez votre
réponse.
Attention : L'annexe 2 est à rendre avec votre copie.
Annexe 2 : À rendre avec la copie
Document n°1 : Dosage de la solution diluée d'acide chlorhydrique S1 par
conductimétrie
Document n°2 : Simulation du dosage de la solution diluée d'aide
chlorhydrique S1 par pH-métrie
EXERCICE 2 : le piège Photo -10 POINTS
Cet exercice étudie le principe de fonctionnement d'un piège photo réalisé
par un ornithologue afin d'identifier le prédateur d'une espèce d'oiseaux
en voie de disparition.
Le circuit de charge (Fig.2), outre le condensateur de capacité C, est
constitué d'un conducteur ohmique de résistance R et d'un générateur idéal
de tension de force électromotrice E = 8,0 V.
I - Armement du dispositif Le dispositif s'arme en plaçant le commutateur en position 1 pendant la
durée nécessaire à la charge du condensateur. Cette opération réalisée,
I'?uf est déposé sur le bras du commutateur à bascule qui est ainsi
maintenu en position 0.
1. Recopier soigneusement le schéma du circuit de charge du condensateur
sur votre copie. Indiquer sur ce schéma le sens réel du courant lors de la
charge du condensateur.
Établir l'équation différentielle vérifiée par la tension uC(t) aux bornes
du condensateur lors de sa charge.
Vérifier que cette équation différentielle est de la forme uc(t) +
([pic]= E .
En déduire l'expression de la constante ( en fonction des paramètres du
circuit.
2. Montrer par une analyse dimensionnelle que le constante ( est homogène à
un temps.
3. Déduire de l'équation différentielle la valeur Uc de uC(t) en régime
permanent.
4. Montrer que l'expression uC(t) = A.(1 - [pic]) est solution de
l'équation différentielle à condition que la constante A soit égale à la
valeur E de la force éIectromotrice du générateur.
5. Montrer que pour une durée égale à 5( on peut considérer que la charge
du condensateur est totale.
6. Un enregistrement de la tension uC(t) a été réalisé (graphique 1, annexe
à rendre avec la copie). Évaluer le plus précisément possible la valeur de
( sur cet enregistrement en expliquant la méthode utilisée.
En déduire la durée minimale durant laquelle l'opérateur doit maintenir
l'interrupteur en position 1 afin de réaliser la charge du condensateur.
II - Déclenchement du piège Lorsque I'?uf est prélevé par le prédateur, le commutateur bascule de la
position 0 dans laquelle l'opérateur l'avait placé après la charge du
condensateur, à la position 2.
Un enregistrement de la tension uC(t) aux bornes du condensateur est
réalisé lors de l'étude de ce dispositif (graphique 2, annexe à rendre avec
la copie ).
1. On admet que la décharge du condensateur dans la bobine de
l'électroaimant est apériodique. C'est l'énergie transférée qui provoque le
déplacement du barreau de l'électroaimant.
Le " temps de réaction " du piège peut être caractérisé par la durée notée
t1/2 au bout de laquelle la tension du condensateur est réduite de moitié.
Déterminer cette durée caractéristique en exploitant l'enregistrement
(graphique 2, annexe).
2. Afin que le barreau de l'éIectroaimant soit éjecté et percute avec la
meilleure efficacité le déclencheur de l'appareil photo, l'énergie
initialement emmagasinée par le condensateur doit être la plus importante
possible.
En justifiant vos choix, indiquer, parmi les paramètres ci-dessous, quels
sont ceux sur lesquels on peut agir pour atteindre cet objectif :
- la force électromotrice E du générateur idéal de tension,
- la capacité C du condensateur,
- la résistance R.
III - Détermination de l'inductance L de la bobine qui constitue
l'électroaimant Afin de déterminer l'inductance L de la bobine qui constitue
l'électroaimant, on place cette bobine en série avec un condensateur de
capacité C' = 10 nF initialement chargé sous une tension de 6 V et une
résistance R' tel que ( R' + r) = 50 (, le circuit ainsi constitué est
représenté ci-dessous.
L'évolution de la tension aux bornes du condensateur a été enregistrée à la
fermeture de l'interrupteur, elle figure sur le graphique 3 de l'annexe.
1. Comment nomme-t-on le régime correspondant à cette évolution de la
tension uC(t) aux bornes du condensateur.
2. Utiliser l'enregistrement pour déterminer I'inductance L de la bobine.
Justifier votre démarche. EXERCICE 2 : ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE
Graphique 1 : Évolution de la tension uc aux bornes du condensateur lors de
sa charge. Graphique 2 : Évolution apériodique de la tension uC aux bornes du
condensateur lors de sa décharge dans la bobine de l'électroaimant.
Graphique 3 : Évolution de la tension uC aux bornes du condensateur.
2003 Afrique Exercice n°3 RÉACTIONS ACIDO-BASIQUES
Corrigé
1. Identification d'un indicateur coloré. 1.1. [pic]
1.2 ( = [pic]
Si la transformation est totale HInd est totalement consommé, soit xmax =
C0×V
Dans l'état final d'équilibre, xf = [H3O+]éq×V
[pic]
[pic] = 23%
( < 100%, donc la transformation est limitée, toutes les molécules de la
forme acide de l'indicateur coloré ne sont pas dissociées. 1.3. [pic] 1.4. [pic] pKA = -log(KA) pKA = -log(1,9.10-5) = 4,7 1.5 L'indicateur coloré est le vert de bromocrésol 2. Dosage d'une solution d'acide chlorhydrique concentrée. 2.1. L'acide chlorhydrique et la soude sont entièrement dissociés dans
l'eau.
H3O+(aq) + HO-(aq) = 2 H2O(l)
2.2. L'équivalence lors d'un dosage conductimétrique correspond au point
d'intersection des deux droites (voir figure), soit VE = 11,2 mL 2.3. A l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions
st?chiométriques, soit [pic]initiale=[p