Contrôle N° 05 bis

Les acides et les bases.

Oxydoréduction.

Les aventures d'une valise.

Correction

Énoncé

   

 

 

I- Les acides et les bases.

1)- Définir un acide et une base selon Brönsted.

-  Acide : entité chimique capable de céder un ou plusieurs protons.

-  Base : espèce chimique capable de capter un ou plusieurs protons.

 

2)- Donner la définition d’une réaction acido-basique.

-  Une réaction acido-basique est un transfert de protons en un acide d’un couple acide / base

et une base d’un autre couple acide / base

 

3)- Les entités H3O + et HO constituent-elles un couple acide / base ? Justifier votre réponse.

-  Les entités H3O + et HO ne constituent pas un couple acide / base conjuguée.

-  L’ion H3O + est l’acide du couple H3O + / H2O et HO est la base du couple H2O /  HO .

 

4)- Identifier les formes acides et bases conjuguées parmi les entités chimiques ci-dessous.

 Préciser, pour chacun des couples, la forme acide et la forme basique.

HClO (aq)

HClO2  (aq)

H2PO3 (aq)

H3PO4 (aq)

ClO (aq)

H2PO4 (aq)

ClO2 (aq)

H3PO3 (aq)

HPO42– (aq)

-  Quelle particularité possède l’ion H2PO4 (aq) ? Comment nomme-t-on les entités chimiques qui possèdent cette particularité ?

-  Particularité de l’ion dihydrogénophosphate H2PO4 (aq) :

HClO (aq) /ClO(aq)

HClO2 (aq) /ClO2(aq)

H3PO3(aq) /H2PO3(aq)

H3PO4(aq) /H2PO4(aq)

H2PO4 (aq) /HPO42 (aq)

-  L’ion H2PO4(aq) est l’acide d’un couple et la base d’un autre couple.

-  C’est une espèce amphotère ; c’est un ampholyte.

II- Oxydoréduction.

1)- Qu’appelle-t-on réaction d’oxydoréduction ? Comment appelle-t-on un réactif qui fournit des électrons ?

Un réactif qui capte des électrons ?

-  Une réaction d’oxydoréduction résulte d’un transfert d’électrons entre l’oxydant d’un couple Ox / Red

et le réducteur d’un autre couple Ox / Red.

-  Un réactif qui fournit des électrons est un réducteur : Red = Ox   +   n e  

-  Un réactif qui capte des électrons est un oxydant car : Ox   +   n e  = Red.

 

2)- Constitution de l’eau de Javel.

L’eau de Javel est préparée en faisant agir du dichlore avec une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium.

a)- Deux couples oxydant réducteur du dichlore sont mis en jeu simultanément :

ClO (aq) / Cl2 (g) et Cl2 (g) / Cl (aq)

-  Écrire les demi-équations électroniques correspondantes.

-  Demi-équations :

-  Couple : ClO (aq) / Cl2 (g) :       

2 ClO (aq)  +   2 e    +  4  + (aq)    =   Cl2 (g)  +   2 H2O

-  Couple : Cl2 (g) / Cl (aq)    :     

Cl2 (g)    +   2 e    =  2 Cl (aq)   

 

b)- À partir de ces deux demi-équations, proposer une équation chimique ayant

pour seuls réactifs Cl 2 (g) et H 2O.

Quelle originalité présente cette équation chimique ?

-  Originalité de cette équation chimique :

2 Cl2 (g)    +    2 H2O    =    2 Cl(aq)    +    2 ClO(aq)   +  4  + (aq)    

-  Le dichlore joue le rôle d’oxydant et de réducteur dans cette réaction (dismutation).

Dismutation

Réaction d'oxydoréduction au cours de laquelle une espèce chimique joue

 à la fois le rôle d'oxydant et de réducteur (ici le dichlore Cl2 )

Couple 1 : Cl2 (g) / Cl(aq)  et le couple 2 : ClO(aq) / Cl2 (g)

c)- En combinant l’équation chimique précédente avec l’équation chimique représentant la réaction entre

les ions + (aq) et HO (aq), écrire l’équation de la réaction du dichlore avec les ions HO (aq).

-  Équation de la réaction du dichlore avec les ions HO (aq).

       2 Cl2 (g)    +    2 H2O    =    2 Cl(aq)    +    2 ClO(aq)   +  4  + (aq)    

+ (aq)     +    4 HO(aq)    =    4 H2O   

     2 Cl2 (g)    +   4 HO(aq)    =  2 Cl(aq)    +    2 ClO(aq)   +  2 H2O   

 

d)-   Quels ions sont essentiellement présents dans l’eau de Javel ?

-  Les ions présents dans l’eau de Javel :

-  Les ions chlorure Cl (aq)    ,  les ions hypochlorite ClO (aq)   et  les ions sodium Na + (aq)    

 

e)-   L’ion chlorure est-il oxydant ? Justifier la réponse.

En déduire l’ion oxydant contenu dans l’eau de Javel.

-  L’ion chlorure n’est pas un oxydant, c’est le réducteur du couple Cl2 (g) / Cl (aq).

-  L’ion oxydant contenu dans l’eau de Javel est l’ion : ClO (aq) (et Na + (aq))

 

3)- Degré chlorométrique.

On a vu dans la question précédente que le dichlore donne, en milieu basique, des ions chlorure Cl(aq)

et des ions hypochlorite ClO(aq).

 En milieu acide, c’est la réaction inverse qui a lieu :

ClO (aq)    +    Cl(aq)     +    2 H+ (aq)     →    Cl2 (g)     +    H2O

On appelle degré chlorométrique d’une eau de Javel, le volume de dichlore gazeux que peut libérer,

par cette réaction, un litre d’eau de Javel.

a)- Calculer la quantité de matière n (Cl2) de dichlore que peut libérer 1,0 litre d’eau de Javel

contenant n1 = 0,30 mol d’ions hypochlorite ClO (aq) et autant d’ions chlorure Cl (aq),

en présence d’un excès d’ions H+ (aq).

-  Quantité de matière n (Cl2) de dichlore que peut libérer 1,0 litre d’eau de Javel :

Tableau d’avancement de la réaction :

Équation :

ClO(aq)

+    Cl(aq)

+    2 H+ (aq)

Cl2 (g)

+    H2O

E.I

n1 = 0,30 mol

n1 = 0,30 mol

excès

0

solvant

E.F

n1 – xmax = 0

n1 – xmax = 0

excès

xmax

solvant

 

-  En conséquence : n (Cl2) = xmax = n1 = 0,30 mol

b)- Calculer la valeur du degré chlorométrique de cette eau de Javel.

On prend  m = 24 L / mol comme volume molaire.

-  Volume de dichlore dégagé par 1,0 L de solution :

-  V (Cl2) = n (Cl2) . V m

-  V (Cl2) = n1 . Vm = 0,30 x 24

-  V (Cl2) ≈ 7,2 L

-  Cette solution titre 7,2 ° chlorométrique.

c)- L’eau de Javel commerciale titre 48 ° chlorométriques.

Calculer la concentration molaire en ions hypochlorite et en ion chlorure de cette solution.

-  Quantité de matière en ion hypochlorite de 1,0 L de solution à 48 °.

-  quantité de matière d'ions hypochlorite

-  Concentration de la solution en ion hypochlorite :

-  [ClO ] = [ClO ] 2,0 mol / L

III- Les aventures d’une valise.

Au service de tri des bagages d’un aéroport, une valise de masse

 = 12 kg est posée au sommet d’un toboggan rectiligne incliné

 d’un angle α = 30 ° par rapport à l’horizontale.

La valise glisse vers le bas à vitesse constante.

On donne : g = 9,8 N / kg

1)- Faire le bilan des forces extérieures exercées sur la valise.

-  On peut considérer que la valise est soumise à trois forces :

le poids Vecteur Poids ,

la réaction perpendiculaire au support Vecteur réaction du support et

la force de frottement force de frottement.

-  Caractéristiques des différentes forces :

Force

Vecteur Poids Vecteur réaction du support force de frottement

Point

d’application

G

Centre C de la

surface de contact

Centre C de la

surface de contact

Direction

Verticale passant

par G

Perpendiculaire

au support

Direction

du support

Sens

Haut vers bas

Du support

vers le haut

Opposé

au mouvement

Valeur

P = m.g

R =

f =

 

2)- Faire un schéma de la situation à l’instant t.

-  Schéma à l’instant t :

 

3)- Calculer les travaux effectués par les différentes forces au cours

du déplacement AB de longueur d = 6,0 m de la valise sur le toboggan.

-  Travaux effectués par les différentes forces au cours du déplacement AB :

-  travail du poids sur le chemin AB

-  Travail de la réaction du support sur le chemin AB :

-  

-  Pour le travail de la force force de frottement, il faut utiliser le fait que le mouvement de la valise est

rectiligne uniforme.

-  D’après la réciproque du principe de l’inertie, la valise est soumise à des forces dont

les effets se compensent :

-  

-  On peut travailler dans le repère repère d'espace lié au référentiel d’étude (le toboggan)

Force

Vecteur Poids

Vecteur réaction du support

force de frottement

Coordonnées

Px = - P sin α

Rx = 0

fx = f

Py = - P cos α

Ry = R

fy = 0

-  coordonnées des différents vecteurs

 

-  

4)- Indiquer si le travail de chacune des forces est moteur ou résistant.

-  Le travail du poids Vecteur Poids est moteur, le travail de la réaction Vecteur réaction du support est nul et le travail

de la force force de frottement est résistant.

5)- Énoncer le théorème de l’énergie cinétique.

-  Énoncé :

-  Dans un référentiel galiléen, la variation de l’énergie cinétique d’un solide en mouvement

de translation entre deux instants tI et tF est égale à la somme des travaux des

forces extérieures qui lui sont appliquées entre ces deux instants.

-  On écrit : expression littérale du théorème de l'énergie cinétique

6)- En appliquant le théorème de l’énergie cinétique à la situation décrite, calculer la valeur

de la force de frottement f supposée constante exercée sur la valise.

-  Grâce au théorème de l’énergie cinétique, on peut facilement résoudre la question précédente :

-  Comme le mouvement est rectiligne uniforme, la vitesse du système ne varie pas entre

les deux instants considérés.

La variation de l’énergie cinétique est nulle :

-  On écrit :

-   or  

-  On en déduit que :

-  

-  On retrouve la valeur de f :

-  

Résolution sans utiliser le théorème de l'énergie cinétique