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Cahier de vacances vers la Tle STL - Lycée Pierre

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Physique – Chimie
Cahier de révisions été 2016
entrée en Tle STL
Avant de commencer l'année de terminale, quelques petites révisions sont les bienvenues. Voici
quelques exercices pour réactiver vos neurones endormis par ces semaines de repos...
Ce cahier comprend :
des rappels de cours
des fiches méthode
des exercices.
Sujets abordés :
• conversions
• équations de réaction acide-base et ox/red
• Calculs de quantités de matière, concentrations
• Réalisation de solutions
• Dosage
• Rendement d'une transformation
• Nomenclature
• Calculs d'énergie
Puissances de 10 et conversions
Rappel : Tableau à connaître par cœur !!!!
10n
Préfixe
Symbole
106
méga
M
103
kilo
k
102
hecto
h
101
déca
da
100 = 1
(aucun)
(aucun)
10-1
déci
d
10-2
centi
c
10-3
milli
m
10-6
micro
μ
10-9
nano
n
Rappel : règles mathématiques
• Multiplication : 10A x10B = 10A+B
• Division : 10A /10B = 10A-B
Ça ne serait pas plus
simple en puissance de 10 ?
1. Convertir dans l'unité de base :
Méthode : Il suffit de remplacer le multiple ou le sous multiple par la puissance de 10 correspondante.
• 2 mm à convertir en m soit 2 mm = 2x10-3 m
• 1,5x102 cm à convertir en m soit 1,5x102 cm = 1,5x102x10-2 m = 1,5x100 m = 1,5 m
Applications : convertir les valeurs suivantes dans l'unité de base demandée :
a) 15 cL en L
d) 1,5x102 nm en m
b) 2,3 kg en g
e) 7,2x10-1 μm en m
c) 20 ms en s
f) 60x10-3 ms en s
2. Convertir des valeurs suivantes dans un multiple ou sous-multiple :
Méthode : Faire apparaître la puissance de 10 correspondant au multiple souhaité (pour faire
apparaître 103 il suffit d'écrire 103x10-3) puis remplacer la puissance de 10 par le symbole du multiple.
Exemples 1 : 15 m à convertir en km soit 15 m = 15 x103 x10-3 km = 15x10-3 km
Exemples 2 : 32x10-2 m à convertir en mm 32x10-2 m = 32x10-2x10-3x103 = 32x10-2x103 mm = 32x101 mm
Applications : Convertir les valeurs suivantes dans le multiple ou sous-multiple demandé :
a) 2,3 g en kg
b) 5 L en mL
c) 1,2 W en MW
d) 6,4x10-5 s en μs
e) 6,25 x106 g en kg
f) 7x10-7 m en nm
Écrire des équations de réactions acide-base
Rappel :
Un acide de bronstëd est une espèce chimique capable de céder un proton.
Une base de bronstëd est une espèce chimique capable de capter un proton.
Une réaction acide-base est un échange de H+ entre l'acide d'un couple et la base d'un autre couple.
1. Compléter les couples en écrivant la formule de l'acide ou de la base conjuguée.
a) H2O / ….....
d) …........./ NH3
b) …..... / H2O
e) H2PO4- / …........
c) HCO3 / …..........
f) C6H8O7 / ….........
2. Écrire les équations des réactions suivantes :
Écrire des équations de réactions d'oxydo-reduction :
Rappel :
Un oxydant est une espèce chimique capable de fixer un ou plusieurs électrons.
Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons.
Une réaction d'oxydo-réduction est un échange d'électrons entre l'oxydant d'un couple et le réducteur d'un autre
couple.
1. Écrire les ½ équations des couples :
a) I2 / Ib) C2H4O2 / C2H6O
c) MnO4- / Mn2+
2. Écrire les équations des réactions suivantes : (on rappelle qu'il faut d'abord écrire les ½ équations de réaction, les
couples sont écrits au dessous)
a) Réaction entre le diiode I2 et l'ion thiosulfate S2O32b) Réaction entre l'ion cuivre Cu2+ et l'aluminium Al.
c) Réaction entre l'eau oxygénée H2O2 et l'ion permanganate MnO4-.
Couples :
I2 / I-
S4O62- / S2O32-
Cu2+ / Cu
Al3+ / Al
O2 / H2O2
MnO4- / Mn2+
Calculer des quantités de matière
Rappel de cours :
La mole est l'unité de quantité de matière. Une mole d'atomes, de molécules, d'ions...est la quantité de
matière d'un système contenant 6,02x1023 atomes , molécules, ions...
Le nombre N d'atomes, de molécules, d'iions...contenus dans un système est propotionnel à la quantité
de matière n correspondante :
N=n×N A
n s'exprime en mol et NA, appelé constante d'AVOGADRO, vaut
La masse molaire atomique M d'un élément est la masse d'une mole d'atomes de cet élément ; elle
s'exprime en g.mol-1.
La masse molaire moléculaire M d'une espèce chimique est la masse d'une mole de ses molécules. Elle
est égale à la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents la molécule. Elle
s'exprime en g.mol-1.
La masse molaire d'un ion polyatomique est égale à la somme des masses molaires atomiques de tous
les éléments présents l'ion et s'exprime en g.mol-1.
1. Un morceau de sucre contient 9,78  1021 molécules de saccharose, quelle est la quantité de matièr de
saccharose présente ?
2. Déterminer la quantité de matière contenue dans une cuillérée de sucre de masse m= 3,0 g.
Formule brute du saccharose C12H22O11
3. Même question pour une pincée de sel de masse m= 150 mg
Formule brute du sel de cuisine (chlorure de sodium) NaCl
Données :
Masses molaires en
g/mol
H
C
O
Na
Cl
1,0
12,0
16,0
23,0
35,5
Calculer des concentrations
Rappels de cours :
La concentration massique (ou teneur massique) d’une espèce chimique est la masse de cette espèce
chimique dissoute dans un litre de solution. Elle s’exprime le plus souvent en g.L -1
La concentration molaire d’une espèce chimique est la quantité de matière de cette espèce dissoute dans
un litre de solution. Elle s’exprime le plus souvent en mol.L-1.
1. Le sérum physiologique peut être utilisé pour le rinçage de l’œil ou des sinus. Il est conditionné en
ampoules de volume Vsol = 5,0 mL contenant une masse m= 45 mg de chlorure de sodium. Calculer la
concentration massique du chlorure de sodium dans le sérum physiologique.
2. Une tasse de café sucré contient 5,6 g pour un volume de 50 mL. Déterminer la teneur en sucre du café.
3. Une perfusion de volume V = 1,5 L contient 4,17 mmol de glucose. Calculer la concentration molaire en
glucose de la perfusion.
4. Sur l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale on peut lire t(Ca2+)= 468 mg.L-1 ; quelle est la
concentration molaire des ions calcium dans la bouteille ? Donnée : M (Ca) = 40,1 g.mol-1
Préparer des solutions
Rappel de cours.
Par dissolution d’un composé solide.
Entrainez-vous à l’aide du site : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/solution_massique.swf
Par dilution d’une solution mère.
Lors d’une dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté (l’espèce dissoute).
La quantité de matière de soluté : n=C 0⋅V 0=C.V
V = volume final de la solution fille (volume de la fiole jaugée).
V0 = volume à prélever de la solution mère (volume de la pipette jaugée) : V 0=
On définit le facteur de dilution F comme le rapport :
F=
C.V
C0
C0 V
=
C V0
Entrainez-vous à l’aide du site : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/solution_massique.swf
Exercices :
1. Un technicien doit préparer une solution aqueuse de permanganate de potassium de volume
Vsol= 2,0 L à la concentration C= 2,0  10-3 mol.L-1
a) Quelle quantité de permanganate de potassium doit-il prélever ?
b) En déduire la masse de permanganate de potassium qu’il doit peser.
Masse molaire du permanganate de potassium ; M= 158 g/mol
2. On veut préparer 200 mL d’une solution de glucose (C6H12O6) à la concentration de 0,50 mol/L.
Décrire le protocole expérimental en précisant les différents calculs et en nommant la verrerie.
Masse molaire du glucose ; M= 180 g/mol
3. On dispose d’une solution de chlorure de sodium de concentration 11,7 g /L. On souhaite obtenir 100
mL d’une solution à la concentration de 1,0  10-2 mol/L.
Masse molaire du chlorure de sodium : M= 58,5 g/mol
a) Quel volume de la solution mère faut-il-prélever ?
b) Quel est le facteur de dilution ?
4. On considère une solution de bétadine de concentration en diiode C0= 6,20  10-3 mol/L. On souhaite
préparer par dilution de la solution mère un volume V= 250 mL de solution à la concentration en diiode
C= 2,48  10-4 mol/L.
a) Calculer le facteur de dilution.
b) Déterminer le volume V0 de solution mère à prélever.
c) Rédiger le protocole expérimental.
Comment interpréter un dosage ?
I.
Rappels :
Définition:
Doser ou titrer une espèce chimique en solution consiste à déterminer la concentration molaire de cette espèce.
Mode opératoire :
Il consiste à faire réagir la solution à doser (solution titrée de concentration inconnue) avec une solution
contenant la solution titrante (réactif dont on connaît la concentration)
La réaction de dosage
Le choix d'une réaction de dosage doit satisfaire à trois exigences. Elle doit être:
 unique (non parasitée par une autre réaction ayant les mêmes réactifs mais des produits différents),
 totale (disparition d'au moins l'un des réactifs mis en présence),
 rapide (parvenir à son terme instantanément ou dans un délai très bref).
L’équivalence
Lors d’un dosage, la solution titrante est ajoutée dans le bécher et avant l’équivalence, le réactif titré est en excès
dans le bécher. Puis il arrive un moment où le réactif titré est entièrement consommé par le réactif titrant, c’est
l’équivalence.
L’équivalence est un moment important d’un dosage, car à cet instant précis, les quantités de matière du réactif
titrant et du réactif titré dans le bécher sont nulles
A l’équivalence, les quantités de matière des réactifs titrant et titré ont donc été introduites dans les
proportions des nombres stœchiométriques
Exemple :
Soit A le réactif initialement présent dans le bécher et B le réactif ajouté à la burette graduée. Lorsqu’on
mélange les réactifs A et B, on obtient C et D.
A l’équivalence les réactifs sont mélangés dans les proportions stœchiométriques de l’équation support de
dosage : aA + bB → cC + dD
nA nB
A l’équivalence
=
a
b
Comment repérer l’équivalence ?
Dosage colorimétrique :
A l’équivalence, on observe un changement de couleur d’un des réactifs ou d’un indicateur coloré
judicieusement choisi.
Choix de l’indicateur coloré
Un indicateur coloré convient pour repérer l’équivalence d’un titrage si sa zone de virage contient le pH à
l’équivalence.
Le bleu de bromothymol est l’indicateur qui convient pour ce
dosage.
Dosage pH-métrique :
la méthode des tangentes
Tracer sur papier millimétré la courbe du pH en fonction du volume de solution titrante ajouté :
pH = f(V)
La méthode des tangentes parallèles est une méthode graphique :
 tracer de part et d'autre du saut de pH, deux tangentes à la courbe, parallèles entre elles
 tracer une droite perpendiculaire à ces 2 tangentes : elle coupe en 2 points ces 2 tangentes
 tracer la médiatrice au segment formé, elle coupe la courbe pH = f(V) en un point qui est le point
équivalent
Méthode de la courbe dérivée :
A partir des points expérimentaux, un logiciel de traitement de données permet de tracer la courbe dérivée
de la fonction pH = f(VB) soit dpH/dVB = f(VB). Ce graphe présente un pic dont le sommet a pour
abscisse Vb = Vb équivalent
Dosage conductimétrique :
On trace le graphe G = f (V) ou  = f (V) avec V : volume de solution titrante, G : conductance et 
conductivité. On peut modéliser ce graphe à l’aide de deux droites.
Le volume équivalent est l’abscisse du point d’intersection des deux parties linéaires du graphe.
I.
Exercices
Exercice 1 :
On souhaite vérifier la composition d’un comprimé contenant de l’acide ascorbique ou vitamine C, de
formule C6H8O6.
Pour cela, on dissout un comprimé dans de l’eau distillée. On obtient 100 mL de solution sur lesquels on
prélève 10,0 mL que l’on dose par une solution d’hydroxyde de sodium à 2,0 x 10 – 2 mol / L. Les courbes
correspondant à ce dosage sont représentées ci-après.
a. Représenter le schéma annoté du dosage
b. Ecrire l’équation de dosage
c. Déduire des courbes, la valeur du volume V BE de soude versée à l’équivalence.
d. Calculer la quantité de matière de réactif titrant versé à l’équivalence :
e. En déduire la quantité de matière d’acide ascorbique présente dans le bécher:
f. En déduire la concentration de l’acide ascorbique présent dans le bécher:
g. Calculer la masse de vitamine C contenue dans le comprimé.
Exercice 2 :
Des études réalisées par l’université de Bari (ville au sud de l’Italie) sur des populations âgées ont montré qu’une
alimentation riche en acides gras mono-insaturés (tel que l’acide oléique) prévenait la dégradation de la mémoire
et des fonctions cognitives. Selon sa catégorie, l’huile d’olive peut en être plus ou moins riche. Les qualités
nutritionnelles et diététiques ne sont toutefois avérées que pour des huiles d’appellation « vierge » ou « extra
vierge ».
Données :
- masse volumique de l’huile d’olive : ρhuile d’olive = 0,92 g.mL-1 ;
- l’huile d’olive est miscible à un mélange d’éthanol et d’éther et elle est non miscible à l’eau ;
- taux d’acidité libre :
Le taux d’acidité libre représente la proportion d’acides gras libres. Ce taux est exprimé en « grammes d’acide
libre pour 100 g d’huile ».
Type d’huile d’olive
Huile d’olive extra vierge
Huile d’olive vierge
Huile d’olive vierge courante
Huile d’olive raffinée
Taux d’acidité
≤ 0,8%
≤ 2%
≤ 3%
≤ 0,3%
D’après http://www.olivierdeprovence.com
Le technicien d’un laboratoire d’analyse cherche à déterminer la catégorie d’une huile d’olive. Pour cela, il
effectue les opérations décrites ci-après :
• Dans un erlenmeyer de 250 mL, il verse Vethanol = (40 ± 1) mL d’éthanol et un volume Vether = (40 ± 1) mL
d’éther éthylique. Ce mélange sert de solvant.
• Il ajoute dans l'erlen un volume Vhuile = (20,0 ± 0,1) mL d’huile d’olive, et quelques gouttes d’indicateur coloré.
• Il agite pour homogénéiser le mélange.
• Il ajoute progressivement au mélange contenu dans l’erlenmeyer une solution S de potasse alcoolique
(hydroxyde de potassium, K+(aq) + HO–(aq), en solution dans l’éthanol) de concentration molaire Cb = (1,00 ±
0,02) ×10–1 moL.L-1, contenue dans une burette.
• Il observe un virage de l’indicateur coloré pour un volume Ve de solution S d’hydroxyde de potassium versé
égal à (10,4 ± 0,1) mL.
1. Analyse des opérations réalisées par le technicien.
1.1. Les volumes d’huile et d’éthanol ont-ils été prélevés avec la même verrerie ? Justifier.
1.2. Le technicien du laboratoire doit-il prendre des mesures de précautions particulières ?
2. Exploitation de l’analyse.
L’équation de la réaction intervenant entre l’acide oléique présent dans l’huile et les ions hydroxyde contenus
dans la solution S est la suivante :
RCOOH + HO–  RCOO– + H2O
I.1. En utilisant le résultat du dosage, déterminer la masse ma d’acide oléique contenu dans le volume d’huile
prélevé.
Un peu d’aide : Méthode pour exploiter ce dosage
 Schématiser le dosage, ne pas oublier les formules, les volumes et les concentrations des réactifs titrant et titré.
 Ecrire l’équation de la réaction du dosage
 Calculer la quantité de matière de réactif titrant versé à l’équivalence
 En déduire la quantité de matière de réactif titré
 Et enfin déterminer la masse ma.
2.2. Donner un encadrement de la masse ma d’acide oléique contenu dans l’huile sachant que la valeur de
l’incertitude U(ma) sur la masse est donnée par la relation : .
2.3. En admettant que l’ordre de grandeur de la masse ma soit égale à 0,3 g, déterminer à quelle catégorie d’huile
d’olive cette huile appartient.
Présente-elle des atouts nutritionnels et diététiques ?
Déterminer le rendement d'une transformation chimique
Rappel :
• On cherche la quantité maximale de produit que l'on peut former
• on calcule les quantité de matière de réactif initialement présents
• On construit le tableau d'avancement de la réaction
• On cherche le réactif limitant et on calcule xmax
• On calcule la masse maximale de produit obtenue en théorie grâce au tableau d'avancement
• Connaissant la quantité réelle de produit formé, on calcule le rendement :
n
mreel
Rendement= reel =
nthéorique mthéorique
On exprime le rendement en pourcentage (résultat du calcul x 100)
Si vous avez oublié comment remplir un tableau d'avancement, allez voir le site :
http://physique.ursule.free.fr/livres.html
1. On réalise une réaction d'estérification entre l'acide ethanoïque et l'ethanol :
On mélange pour cela 0,10 mol d'éthanol avec 0,30 mol d'alcool isoamylique et quelque gouttes d'acide
sulfurique concentré. On obtient à l'issue de la synthèse 9,7 g d'éthanoate d'isoamyle.
Calculer le rendement de la transformation chimique.
2. On synthétise la dibenzylideneacétone selon la réaction :
On a mélangé 10,0 mL de benzaldéhyde et 15 mL de propanone. A l'issue de la synthèse, on a obtenu 6,5 g
de dibenzylideneacétone.
Calculer le rendement de la synthèse chimique.
Données :
Masse molaire en g.mol-1
Masse volumique en g.mL-1
Benzaldéhyde
106,1
1,04
Acétone
58,1
0,79
Dibenzylidèneacétone
234,3
Nommer les alcanes et les alcools
Rappel : les 9 premiers alcanes :
Rappel de quelques groupes ramifiés :
méthyl
éthyl
propyl
- CH3
- CH2 - CH3
- CH2 – CH2 – CH3
Alcanes.
 Déterminer le nombre d’atomes de carbone de la chaîne carbonée principale.
 Repérer les ramifications.
 Numéroter les atomes de carbone de la chaine principale, de sorte que les numéros des atomes
porteurs des ramifications soient les plus petits possibles.
 Le nom de l’alcane ramifié est constitué du nom de l’alcane linéaire de même chaîne principal
précédé du nom des ramifications elles même précédée de leur indice de position.
Alcools Identifier la chaine principale (la plus longue chaîne carbonée contenant l’atome de carbone
porteur du caractéristique hydroxyle –OH)
 Numéroter les atomes de la chaîne principale de sorte que le numéro de l’atome porteur du
groupe caractéristique (carbone fonctionnel) ait le plus petit indice possible.
 Pour un alcool le suffixe –ane est remplacé par la terminaison –an suivie du numéro de l’atome de
carbone porteur du groupe hydroxyle –OH puis du suffixe –ol.
Exercice : Compléter le tableau suivant :
Formule de la molécule
Nom de la molécule
3-Ethyl-4,5-diméthylhexane
2,3,3,4-tétraméthylhexane
2-méthylbutane
3,3-diméthylbutan-1-ol
3-méthylbutan-2-ol
Pour les autres fonctions :
Il faut utiliser les même règles de nomenclature que celle utilisée pour les alcools :
Groupe
Nom de la
fonctionnel ou
famille ou
Formules
terminaiso
préfixe
groupe
de la
générales
n
caractéristique
fonction
Hydroxyle
alcool
R-OH
…. ol
hydroxy…
Carbonyle
Aldéhyde
… al
Exemples
oxo…
Pentan-3-one
cétone
…one
oxo..
Carboxyle
Acide propanoïque
Acide
carboxylique
Acide …..
oïque
amino ou
amine
Ethanamine
amine
… amine
amino…
Butanamide
amide
ester
… amide
… oate de
…yle
propanoate d’éthyle
Exercice : Compléter le tableau ci-dessous :
Formule de la molécule
Groupe
caractéristique
(fonction
chimique si elle
ne possède pas le
même nom )
Nom de la molécule
CH3 – CH2 - CH2 – NH2
Énergie interne :
Un nettoyeur vapeur haute-pression utilisé pour le nettoyage des sols a un réservoir contenant 2800 g
d'eau. Pour obtenir la vapeur nécessaire au nettoyage des sols, l'eau contenue dans le réservoir doit être
chauffée à une température de 160°C. La température initiale de l'eau contenue dans le réservoir est égale
à 15°C.
Remarque : dans le nettoyeur vapeur la température de vaporisation de l'eau est supérieure à 160°C.
1. Calculer l'énergie interne ΔU nécessaire au chauffage de l'eau.
2. La puissance de chauffe est de 2100 W. Combien de temps devra-t-il fonctionner pour chauffer
l'eau ?
Donnée : capacité thermique massique de l'eau Ceau = 4180 J.kg-1.K-1
Énergie mécanique :
Lors du championnat du monde de pétanque à Marseille en 2012, une boule de pétanque de masse m =
750 g a été filmée entre l'instant où elle est lancée par un joueur et l'instant où elle a touché le sol. Les
images obtenues ont ensuite été traitées pour visualiser l'évolution temporelle de l'énergie cinétique Ec,
de l'énergie potentielle de pesanteur Epp et de l'énergie mécanique Em.
L'origine du repère de l'énergie potentielle est le sol. Les courbes obtenues sont représentées ci-contre.
Données :
1.
2.
3.
4.
5.
Intensité de pesanteur : g = 9,8 N.kg-1
Énergie cinétique : Ec = ½ .m.v²
(masse en kg ; vitesse en m.s-1)
Énergie potentielle de pesanteur : Epp = m.g.z
(masse en kg ; altitude en m)
Au bout de combien de temps la boule de pétanque touche-t-elle le sol ?
Identifier, en justifiant, les courbes correspondant à chacune des énergies.
Donner la valeur de l'énergie cinétique de la boule de pétanque au moment de son lancer.
En déduire la valeur de la vitesse initiale v0 de la boule de pétanque.
Donner la valeur maximale de l'énergie potentielle de pesanteur de la boule de pétanque au cours
de son mouvement.
6. En déduire la valeur de l'altitude maximale atteinte par la boule de pétanque.
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