II. Solution de dichromate de potassium








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titreII. Solution de dichromate de potassium
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Nom: …………………

Prénom: ………………


Devoir n°6A (1h)

1ère S…









CHIMIE

I.Le titane (3 points)


  1. Le titane (Ti) est un métal léger, résistant, utilisé dans l’industrie aéronautique

  2. Données : masse volumique µ = 4,51 g.cm-3 ; M(Ti) = 47,9 g.mol-1 ; µ(eau) = 1000 kg.m-3

  1. Calculer sa densité d. (Question indépendante de la suite)

  2. A quelle masse m de titane correspond un volume V = 1,32 cm3 de titane ?



  3. Quelle quantité de matière n contient 1,32 cm3 de titane ?


II.Solution de dichromate de potassium (4,5 points)


  1. Données : M(K) = 39,1 g.mol-1 ; M(Cr) = 52,0 g.mol-1, M(O) = 16,0 g.mol-1

  2. On dissout une masse m = 14,62 g de dichromate de potassium solide K2Cr2O7(s) dans de l’eau distillée. Le volume total de la solution obtenue est V = 250 mL.

  1. Calculer la masse molaire M du dichromate de potassium.

  2. Calculer la concentration molaire C, en mol.L-1, de soluté apporté avec 3 chiffres significatifs.



  3. La formule de l’ion dichromate est Cr2O72-. En déduire la formule de l’ion potassium. Justifier.

  4. Ecrire l’équation de dissolution du dichromate de potassium dans l’eau.



  5. Calculer la concentration molaire des ions contenus dans la solution préparée. Justifier.


III.Réaction d’une solution de diiode avec des ions hydroxyde (5 points)


  1. En ajoutant une solution électrolytique contenant des ions hydroxyde à une solution aqueuse de diiode, on observe une atténuation de la coloration brune due au diiode.

  2. L’équation chimique associée à la transformation observée est la suivante :
    3 I2 (aq) + 6 HO-(aq)  5 I-(aq) + IO3-(aq) + 3 H2O

  3. Les quantités de matière initiales de réactifs utilisés sont :
    n1 = 0,75 mol de I2 (aq) et n2 = 1,2 mol de HO-(aq)



  1. Compléter le tableau d’avancement ci-dessous.

    équation-bilan

    3 I2 (aq) + 6 HO-(aq)  5 I-(aq) + IO3-(aq) + 3 H2O

    Etat initial

    x = 0

    n1

    n2










    en cours

    x
















    Etat final

    x = xmax
















  2. Déterminer l’avancement maximal xmax. En déduire quel est le réactif limitant.



  3. Faire un bilan de matière à l’état final.



  4. Expliquer pourquoi on obtient une atténuation et non une disparition de la couleur brune.


IV.Soluté inconnu (7,5 points)


  1. Donnée : (H3O+) = 3,498  10-2 S.m2.mol-1

  2. On dispose d’une solution aqueuse obtenue par dissolution dans l’eau d’un soluté de formule HA, où H est l’élément hydrogène et A représente un élément chimique inconnu.

  3. A 25°C, on mesure la conductivité  de cette solution. On obtient  = 231,2 mS.m-1.

  4. La concentration en ions oxonium de la solution a pour valeur : [H3O+] = 5,42  10-3 mol.L-1

  5. L’équation de dissolution dans l’eau du soluté AH peut s’écrire : AH(aq) + H2O  A-(aq) + H3O+

  1. Compléter les deux dernières lignes du tableau d’avancement ci-dessous.

    équation de dissolution

    AH(aq) + H2O  A-(aq) + H3O+

    Etat initial

    x = 0

    n

    solvant

    0

    0

    en cours

    x













    Etat final

    xmax













  2. Exprimer les quantités de matière des ions en solution en fonction de l’avancement x de la dissolution.



  3. A l’état final, trouver une relation entre les concentrations des ions présents et la concentration C en soluté apporté. En déduire la valeur de la concentration C en soluté apporté, exprimée en mol.m-3.

  4. Exprimer la conductivité  de la solution en fonction des concentrations des ions présents et des conductivités molaires ioniques de chaque ion.



  5. Exprimer la conductivité molaire ionique (A-(aq)) de l’ion inconnu en fonction de , C et (H3O+)



  6. Calculer la conductivité molaire ionique de l’ion inconnu en utilisant le tableau de valeurs ci-dessous, identifier cet ion.

  7. Donner la formule et le nom du soluté.



Extrait du tableau des conductivités molaires ioniques  à 25°C

Nom de l’ion

Symbole

(mS.m2.mol-1)

bromure

Br-(aq)

7,81

iodure

I- (aq)

7,68

chlorure

Cl-(aq)

7,63

fluorure

F- (aq)

5,54

V.Réactions d’oxydoréduction (4 points)


  • En milieu suffisamment acide, l’ion permanganate MnO4- peut être réduit en Mn2+. Si le milieu est moins acide il est parfois réduit en MnO2 (solide brun).

  1. Ecrire les demi-équations correspondant aux deux situations.



  • Le couple MnO4-/Mn2+ intervient, en milieu suffisamment acide, dans l’oxydation de l’eau oxygénée H2O2 (aq) en dioxygène O2 (g) (couple à considérer : O2/H2O2).

  1. En écrivant d’abord les demi-équations correspondant aux deux couples, trouver l’équation-bilan de la réaction.



  • En déduire ce que l’on observera en pratique si l’on verse de l’eau oxygénée en excès dans une solution (suffisamment acidifiée) de permanganate de potassium (l´ion permanganate est violet en solution aqueuse, les autres espèces chimiques considérées sont incolores)



  • Lorsqu’une solution d’acide chlorhydrique attaque le fer ou le zinc ou l’aluminium, ces métaux sont oxydés et l’on observe un dégagement gazeux.

  1. Quel est le gaz qui se dégage ? Etablir l’équation-bilan lorsque le métal est l’aluminium (rappel : l’ion aluminium est Al3+).



      PHYSIQUE

      Mesure de la masse de la terre par Cavendish (6 points)


  • Henry Cavendish, physicien britannique, installe en 1798 dans une petite cave, une expérience destinée à... peser la Terre ! Des balles en plomb de masse mb = 730 g chacune sont suspendues aux extrémités d'un fléau*, fléau lui-même suspendu pour constituer un pendule de torsion*. Les balles sont soumises à l'attraction de la Terre et à l'attraction de deux grosses boules en plomb («les poids») de masse mp = 158 kg (voir schéma). Lorsqu'on approche les poids des balles, le fléau adopte une nouvelle position d'équilibre. La mesure de la déviation α, d'environ 0,25°, conduit à la valeur de la force d'attraction entre les balles et les poids. Cavendish mesure une force entre les poids et les balles de valeur 1,59.10-7 N.



Source: Pierre Lauginie, «La pesée de la Terre», Pour la Science, dossier « La gravitation», janvier 2003.

  • D
    éfinitions
     : Fléau: pièce rigide maintenue en équilibre grâce au fil de torsion (fil de cuivre solidement fixé au mur). Pendule de torsion : il est constitué du fléau et du fil de torsion. Lorsqu'on écarte le fléau de sa position d'équilibre, le fil de torsion l'y ramène.



Données. Rayon terrestre RT = 6380 km ; Distance (centre à centre) entre le poids et la balle r = 22,0 cm ; g = 9,81 N.kg-1.


  1. Donner l'expression de la valeur de la force d'attraction F1 exercée par la Terre sur chaque balle, en fonction de MT, masse de la Terre, m b, RT, rayon de la Terre, et G.



  1. Donner une autre expression de la valeur de la force F1 d’attraction exercée par la terre sur chaque balle en fonction de mb et g (intensité de la pesanteur). Calculer sa valeur.



  1. Donner l'expression de la valeur de la force d'attraction F2 exercée par les poids sur les balles, en fonction de mb, mp, r, distance entre le centre d'une balle et le centre d'un poids, et G.



  1. Exprimer le rapport en fonction de RT, r, MT et mp.



  1. En déduire la masse de la Terre MT. Il sera tenu compte dans la notation si le résultat littéral de MT est donné avant le résultat numérique.



  1. Déterminer, en utilisant les résultats expérimentaux de Cavendish, la valeur de la constante gravitationnelle G. Il sera tenu compte dans la notation si le résultat littéral de G est donné avant le résultat numérique.

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