Exam blanc 1

Classe de terminale S Décembre
2000 Durée : 3 h
30 Physique-Chimie Examen blanc N° 1 TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L'usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d'un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans
la notation.
I°) CHIMIE : sur 4 points. cinétique chimique
On étudie l'action d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de
potassium, K2S2O8, sur une solution aqueuse d'iodure de potassium, KI. Les
couples oxydant / réducteur en présence sont : S2O82( / SO42( et : I2 / I(.
Quand on mélange les solutions, il apparaît progressivement une
coloration jaune due à la formation de diiode.
1°) Montrer que l'équation-bilan de la réaction étudiée s'écrit :
S2O82( + 2 I( ( 2 SO42( + I2
2°) Pour étudier la cinétique de la réaction, on mélange, à la date t =
0, un volume : V = 500 mL de la solution de peroxodisulfate de potassium,
de concentration molaire volumique : C1 = 1,50.10-2 mol.L-1, avec un
volume : V' = 500 mL de la solution d'iodure de potassium, de concentration
molaire volumique : C2.
Déterminer la valeur de C2 pour que la réaction ait lieu dans les
proportions st?chiométriques de son équation-bilan.
3°) à diverses dates, on effectue rapidement des prélèvements que l'on
refroidit dans de la glace fondante. On dose ensuite le diiode formé. On
détermine ainsi la concentration molaire volumique du diiode, à la date t
du prélèvement, dans le mélange réactionnel. On obtient les résultats
rassemblés dans le tableau suivant. |t ( en min ) |0 |2,0 |5,0 |10 |20 |30 |40 |50 |60 |
|[ I2 ] ( en |0,0 |0,50 |1,5 |2,4 |3,5 |4,3 |5,0 |5,5 |5,9 |
|mmol.L-1 ) | | | | | | | | | |
a) Pourquoi refroidit-on le prélèvement avant de le doser ?
b) On place sur un graphe les points expérimentaux correspondant au
tableau ci-dessus.
[pic]
b.1) Définir la vitesse instantanée de formation du diiode à la date
t.
b.2) Déterminer une valeur numérique de cette vitesse à la date : t =
25 min.
4°) Exprimer littéralement, en fonction de [ I2 ], les concentrations
molaires volumiques des espèces sulfate et peroxodisulfate, à la date : t =
25 min. Faire l'application numérique.
... / ...
II°) CHIMIE : sur 5 points. Exercice destiné aux candidats n'ayant pas
choisi l'enseignement de spécialité. le jus de chou rouge : indicateur coloré Le jus de chou rouge a une couleur qui dépend du pH du milieu dans
lequel il se trouve : |pH |0 - 3 |4 - 6 |7 - 8 |9 - 12|13 - |
| | | | | |14 |
|Couleur du |rouge |violet|bleu |vert |jaune |
|jus | | | | | |
On se propose de l'utiliser comme indicateur coloré acido-basique
naturel dans le dosage d'une solution d'acide éthanoïque, CH3COOH, par de
la soude (ou hydroxyde de sodium).
1°) La mesure du pH d'une solution décimolaire d'acide éthanoïque
fournit : pH1 = 2,9.
Montrer que l'acide éthanoïque est un acide faible dans l'eau et écrire
l'équation-bilan de sa réaction avec ce solvant.
2°) On désire préparer : V2 = 100 mL d'une solution d'acide éthanoïque
centimolaire, à partir de la solution mère du 1°).
Proposer, sous forme de schémas légendés, un protocole expérimental pour
cette préparation.
3°) On a réalisé le dosage pH-métrique de : Va = 20,0 mL de la solution
centimolaire d'acide éthanoïque par V mL d'une solution de soude également
centimolaire. La courbe obtenue est figurée ci-contre.
a) Faire un schéma annoté du dispositif de dosage, en indiquant en
particulier les noms des récipients utilisés et les réactifs qu'ils
contiennent.
b) écrire l'équation-bilan de la réaction de dosage.
c) Donner la définition de l'équivalence du dosage et déterminer
les coordonnées du point d'équivalence sur la courbe expérimentale.
En déduire une valeur de la concentration molaire volumique C2 de
la solution d'acide éthanoïque dosée.
d) En l'absence de pH-mètre, aurait-on pu utiliser comme indicateur
coloré le jus de chou rouge ?
Justifier précisément la réponse.
4°) Un logiciel de simulation permet d'obtenir les courbes 1, 2 et 3
figurées ci-contre, qui correspondent aux conditions de dosage du 3°).
Les courbes 2 et 3 représentent les pourcentages des espèces du couple
éthanoïque / éthanoate au cours du dosage.
a) Identifier, en justifiant la réponse, chacune des courbes 2 et
3.
b) Montrer que le point d'intersection des courbes 2 et 3 permet de
déterminer une valeur du pKa du couple éthanoïque / éthanoate.
II°) CHIMIE : sur 5 points. Exercice destiné aux candidats ayant choisi
l'enseignement de spécialité. dosages sur un vin Le vin est un milieu très complexe contenant en particulier des ions
chlorure et l'élément fer sous forme d'ions Fe3+ et Fe2+. Les ions chlorure
peuvent donner une saveur désagréable au vin, tandis que les ions fer
(III) sont responsables de la « casse ferrique » par formation d'un dépôt
de phosphate de fer (III). On se propose de doser ces deux types d'ions
dans un vin du commerce.
A ] Dosage des ions chlorure.
Les ions chlorure sont dosés par la méthode de Charpentier-Volhard.
Après élimination par oxydation des tannins du vin (matières organiques
colorées qui gênent le dosage), on prélève : Vvin = 20,0 mL du vin à tester
que l'on place dans un erlenmeyer de 100 mL. On ajoute au contenu de
l'erlenmeyer 10 mL d'une solution concentrée d'acide nitrique et : V = 10,0
mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration molaire volumique :
C = 0,0500 mol.L-1. On ajoute enfin 5 mL d'une solution d'alun de fer
(III).
Il faut verser : Vthio = 13,4 mL d'une solution de thiocyanate de
potassium, de concentration molaire volumique : C' = 0,0500 mol.L-1, pour
obtenir l'équivalence du dosage. .../ p. 3
Terminale S Examen blanc. N° 1 Page 3
1°) a) Avec quelle verrerie doit-on prélever les solutions qui
remplissent l'erlenmeyer réactionnel ? Justifier les choix et
dessiner le matériel choisi.
b) Faire le schéma légendé du dispositif de dosage du milieu
réactionnel étudié par le thiocyanate de potassium.
2°) écrire les équations-bilan des réactions chimiques qui se produisent
au cours de l'ensemble du processus de dosage de l'échantillon de vin.
Préciser s'il s'agit de réactions acido-basique, de précipitation ou de
complexation.
3°) Déterminer l'expression littérale, en fonction des données, de la
concentration molaire volumique des ions chlorure contenus dans
l'échantillon de vin étudié. Faire l'application numérique.
4°) À quelle titre massique, en g.L-1, de chlorure de sodium ce dernier
résultat correspond-il ?
On donne : MNaCl = 58,5 g.mol-1.
B ] Dosage spectrophotométrique de l'élément fer.
On oxyde la totalité de l'élément fer contenu dans un échantillon du
vin testé sous forme d'ions fer (III), en traitant 10,0 mL de vin par 1,00
mL d'une solution d'eau oxygénée à 20 volumes. On ajoute ensuite au contenu
du réacteur 2,00 mL d'une solution d'acide sulfurique à 2,0 mol.L-1 et 2,00
mL d'une solution de thiocyanate de potassium à 2,0 mol.L-1. On complète
enfin avec de l'eau distillée pour obtenir 20,0 mL de solution colorée.
On réalise ensuite une échelle de teintes dans 7 récipients contenant
une quantité connue d'ions fer (III), 2,00 mL d'une solution d'acide
sulfurique à 2,0 mol.L-1, 2,00 mL d'une solution de thiocyanate de
potassium à 2,0 mol.L-1 et suffisamment d'eau distillée pour compléter à
20,0 mL le contenu des récipients.
On mesure alors, grâce à un spectrophotomètre, l'absorbance A des
différentes solutions colorées préparées.
Les résultats sont reportés sur le graphe ci-dessous où C représente la
concentration massique volumique en ions fer (III) dans les mélanges.
[pic]
L'absorbance AVin de la solution préparée à partir du vin blanc est
trouvée égale à : 0,64.
1°) établir l'équation numérique de la fonction : A = f (C) dont on a
obtenu le graphe, en précisant les unités qui interviennent dans cette
équation.
2°) Déterminer la concentration massique volumique des ions fer (III)
dans le mélange, en expliquant la méthode utilisée.
3°) En déduire la concentration massique volumique totale de l'élément
fer dans le vin étudié et dire si celui-ci peut éventuellement subir la
casse ferrique, si celle-ci se produit à partir d'un titre massique en ions
fer (III) égal à 15 mg.L-1. III°) PHYSIQUE : sur 5 points. automobile en panne
Dans cet exercice, les résultats numériques seront donnés avec 3,00
chiffres significatifs.
Une automobile, en panne de démarrage, assimilable à un solide en
translation, a une masse : M = 1,20 tonnes.
Elle est poussée par un véhicule de dépannage. On prendra : g = 9,81
m.s-2.
1°) Le redémarrage de l'automobile en panne se fait