[PDF] Exercices de révisions de chimie

View - Download Exercices de révisions de chimie

Previous PDF

Next PDF

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

1

Banque d"exercices de chimie PCSI Les professeurs de chimie des classes de PCSI mettent à votre disposition des énoncés

d"exercices qui vous permettront, si vous le souhaitez et l"estimez nécessaire, de préparer votre

rentrée en révisant les notions qui constituent les pré requis pour la PCSI. Les exercices qui sont proposés sont classés · par thèmes choix de l"exercice en fonction des besoins de révision.

· selon trois niveaux de difficulté (*) révision des bases mais aussi de se confronter à

(**) exercices demandant plus de réflexion (***) mobilisation de multiples connaissances et compétences. N"hésitez pas à aller consulter vos cours de chimie du secondaire si quelques connaissances vous ont échappé et ont besoin d"être rafraichies !

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

2

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

3

Atomistique - Radioactivité

Constante de Planck h = 6,62 10

-34 J.s Vitesse de propagation de la lumière dans le vide c = 2,99792458 10

8 m.s-1

Unité de masse atomique 1u = 1,66054 10

-27 kg Utiliser si nécessaire une classification périodique pour répondre aux questions.

Conversion 1 J = 1,6 10

-19 eV *Exercice 1 :

L"iode possède un seul isotope stable

1. Donner la composition d"un atome d"iode pour cet isotope. Préciser la composition du

noyau.

2. Faire de même pour l"ion iodure I

**Exercice 2 :

L"atome de sodium

11Na possède 11 électrons.

Le spectre d"absorption de cet élément présente un doublet de raies noires correspondant aux

longueurs d"onde 589,592 nm et 588,995 nm.

1. Calculer la fréquence des radiations électromagnétiques absorbées. Donner les nombres

d"onde correspondants en m -1.

2. Calculer l"énergie des photons absorbés en J puis en eV.

3. Que dire des spectres d"émission et d"absorption d"un atome ?

4. Dans une lampe à vapeurs de sodium, des atomes de sodium sont excités puis se

désexcitent en émettant de la lumière. Quelle est la couleur de la lumière émise ? **Exercice 3 :

1. Un des isotopes artificiels du sélénium Se a pour numéro atomique Z = 34 et un nombre

de neutrons N = 45. Donner la composition du noyau de sélénium et indiquer la notation correspondante pour cet isotope.

2. Le sélénium est en fait composé à l"état naturel de plusieurs isotopes, présentés ci-dessous

avec leurs pourcentages isotopiques. Il y a cinq isotopes stables et le dernier est un isotope

à durée de vie longue. A partir des pourcentages isotopiques des différents isotopes

présents dans la nature, calculer la masse molaire du mélange naturel de sélénium.

Isotopes

Pourcentage

isotopique 0,89 % 9,37 % 7,63 % 23,77 % 49,61 % 8,73 %

Masse molaire

(g.mol -1) 73,9225 75,9192 76,9199 77,9173 79,9165 81,9167 **Exercice 4 : La masse molaire atomique de l"oxygène est 15,9994 g.mol-1. Sachant que le pourcentage de l"isotope

17O est de 0,037%, déterminer les pourcentages des isotopes 16O et 18O dans

l"oxygène. On ne considèrera pour répondre à cette question que ces trois isotopes de

l"oxygène.

Données

Masses molaires g.mol

-1

16O : 15,9949 18O : 17,99916 17O : 16,9991

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

4 *Exercice 5 :

Radioactivité

Donner les équations des désintégrations suivantes ou les compléter. Indiquer le type de

radioactivité dont il est question.

Fission nucléaire

+ + ... Préciser le symbole chimique de X.

Fusion thermonucléaire

Fusion

+ Préciser le symbole chimique de X. **Exercice 6 :

Le sodium est situé dans la première colonne et dans la troisième période de la classification

périodique. Il possède une vingtaine d"isotopes identifiés. Seul le noyau du sodium 23Na est

stable, ce qui en fait un élément mono isotopique, la plupart des autres radio-isotopes du sodium ayant une demi-vie inférieure à une minute, voire une seconde. Le sodium 22Na et le sodium 24Na, dont les abondances naturelles sont très faibles, ont respectivement une demi- vie de 2,6 ans et de 15 heures. Le sodium 22Na, émetteur b+, est utilisé comme source de positrons 0

1e. Le sodium 24Na, émetteur b- d"électrons 0

1e-, est utilisé en médecine nucléaire

pour mesurer notamment le volume sanguin d"un patient.

1. Écrire la configuration électronique du sodium dans son état fondamental et nommer la

famille à laquelle appartient cet élément. Préciser la composition du noyau du sodium 23Na.

2. Écrire les équations de réaction modélisant les transformations nucléaires des isotopes du

sodium

22Na et 24Na. Ces éléments sont radioactifs : s"agit-il de radioactivité naturelle ou

artificielle ?

3. Définir la " demi-vie » notée T d"un radionucléide.

4. Quel isotope utiliser en médecine nucléaire et pourquoi ?

**Exercice 7 :

1. Ecrire l"équation de la réaction de désintégration de l"oxygène 15 radioactif b

2. Le noyau fils est émis dans un état excité. Quelle est la nature du rayonnement émis

lorsqu"il se désexcite ?

3. La demi-vie de l"oxygène 15 est de 2 minutes. L"activité d"un échantillon d"oxygène 15 est

de 2,30 10 -1 Bq. Quelle sera cette activité après 10 minutes ?

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

5

Etats de la matière

*Exercice 1 : La masse volumique du plomb solide vaut r = 11,34 g.cm -3. Calculer le volume molaire du plomb sachant que sa masse molaire est de 207,2 g.mol -1. *Exercice 2 : Quel volume occupera 1,0 L d"eau liquide lorsqu"elle aura gelé ?

Donnée

densité de la glace 0,91 **Exercice 3 :

1. Déterminer parmi les matériaux suivants, le plus dense :

volume molaire v(Ni) = 6,59 10 -3 L.mol-1 masse volumique r(Fe) = 7,86 kg.L -1 r(Al) = 2,70 106 g.m-3 densité d(Pb) = 11,3

2. Pour les quatre composés précédents, lequel possède la densité moléculaire la plus forte ?

(densité moléculaire = quantité de molécules par unité de volume)

3. Les prix des métaux sont toujours donnés en masse. Le chimiste préfère utiliser des

quantités de matière ... Lequel de ces métaux est le moins cher (en quantité de matière) ?

Données

Ni Fe Al Pb

M (g.mol-1) 58,69 55,85 26,98 207,20

prix en €/tonne 18485 83 2001 2245 ***Exercice 4 :

1. On considère 1,0 kg d"un alliage fer/nickel pour lequel le pourcentage massique de fer

vaut 85%. Déterminer le pourcentage molaire de fer dans cet alliage.

2. Déterminer le pourcentage massique de fer dans 1 mole d"un alliage à 60% de fer en

quantité de matière.

Données voir exercice précédent

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

6

Solution aqueuse, dissolution, solubilité

*Exercice 1 : On introduit une masse m = 3,5 g de chlorure cuivrique solide CuCl

2 dans une fiole jaugée de

250,0 mL. On ajoute de l"eau distillée. Après dissolution complète du solide, on ajuste au trait

de jauge avec de l"eau distillée.

1. Calculer la concentration massique puis molaire de la solution en chlorure cuivrique.

2. Calculer la concentration molaire des ions cuivre Cu

2+ et chlorure Cl-.

3. On dispose d"une solution de chlorure cuivrique CuCl

2 de concentration 0,10 mol.L-1 (en

chlorure cuivrique). Comment préparer à partir de cette solution 20,0 mL de solution à

0,050 mol.L

-1?

Masses molaires atomiques

Cu : 63,5 g.mol

-1

Cl : 35,5 g.mol

-1 *Exercice 2 : Quelle masse de sulfate de cuivre pentahydraté CuSO

4, 5 H2O faut-il utiliser pour préparer

100,0 mL d"une solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration 0,10 mol.L

-1 ?

Masses molaires atomiques (g.mol

-1)

Cu 63,5

S 32,0

O 16,0

H 1,0

*Exercice 3 : On veut préparer une solution de concentration 1,00 10-3 mol.L-1 de sel de Glauber, nom que l"on donne au sulfate de sodium décahydraté Na

2SO4, 10 H2O solide.

1. Quelle est la concentration des ions sulfate SO

42- et sodium en solution ?

2. Quelle masse de solide doit être dissoute dans une fiole jaugée de 100,0 mL ?

3. Quelle est alors la concentration massique de la solution en Na

2SO4, 10 H2O ?

4. Quelle est la concentration massique en sulfate de sodium ?

Masses molaires atomiques g.mol

-1

H : 1,0 O : 16,0 Na : 23,0 S : 32,0

*Exercice 4 :

Dilution

1. Déterminer le volume de solution A à prélever pour obtenir 100,0 mL d"une solution de

concentration 0,010 mol.L -1 par ajout d"eau : a. C A = 1,0 mol.L-1 b. CA = 0,50 mol.L-1 c. CA = 50,0 mol.m-3 d. CA = 0,020 mol.L-1 Indiquer le matériel employé pour obtenir la meilleure précision.

2. Déterminer le volume des deux solutions A et B à prélever pour obtenir 100,0 mL de

solution à C A = CB = 0,010 mol.L-1 par ajout d"eau, avec initialement deux solutions distinctes A et B pour lesquelles on a : a. C

A = 1,0 mol.L-1 et CB = 1,0 mol.L-1

b. C

A = 0,50 mol.L-1 et CB = 1,0 mol.L-1

c. C

A = 50,0 mol.m-3 et CB = 0,02 mol.L-1

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

7 **Exercice 5 : Le chlorure de sodium NaCl solide se dissout dans l"eau pour donner une solution aqueuse de même concentration en ions Na + et Cl-. La solubilité du chlorure de sodium dans l"eau à température ambiante est de 357 g.L -1 c"est à dire que l"on peut dissoudre 357 g de chlorure de sodium NaCl dans un litre d"eau. On observe un effet volumique c"est-à-dire que le volume obtenu n"est pas d"un litre.

1. Calculer la fraction massique du chlorure de sodium dans la solution obtenue (masse de

chlorure de sodium /masse totale).

La masse volumique de l"eau est de 1000 g.L

-1.

2. Calculer la fraction massique de chacun des ions du chlorure de sodium dans la solution

obtenue.

Données

Masses molaires atomiques (g.mol

-1)

Na 23,0

Cl 35,5

*Exercice 6 :

Une boisson alcoolisée correspond à un mélange eau-éthanol à 44,7° c"est à dire qu"un litre de

cette boisson renferme 447 mL d"éthanol pur.

1. Quelle est la masse d"éthanol dans un litre de cette boisson ?

2. En déduire la concentration massique d"éthanol dans la boisson.

Données

Densité de l"éthanol = 0,7904

Masse volumique de l"eau 1,0 kg.L

-1 *Exercice 7 : On dissout 31,2 g de chlorure de baryum solide dans 100,0 g d"eau distillée. La densité de la solution obtenue est de 1,24.

Données

Masse molaire atomique (g.mol

-1)

Cl 35,5

Ba 137

1. Calculer la fraction massique du chlorure de baryum (composé d"ions Ba

2+ et Cl-) dans la

solution obtenue.

2. Calculer la masse de la solution obtenue et en déduire le volume de la solution obtenue.

3. Déterminer la concentration molaire des ions Ba

2+ et Cl- dans cette solution.

***Exercice 8 : Une solution aqueuse d"acide sulfurique fumant a un titre massique en H

2SO4 de 95 %. Cela

signifie que pour 1000 g de solution aqueuse, il y a 950 g d"acide sulfurique. Déduire sa densité sachant que sa concentration molaire est de 17,8 mol.L -1.

Données

Masses molaires g.mol

-1 H2SO4 : 98 H2O : 18

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

8 ***Exercice 9 : Solution aqueuse d"acide phosphorique

1. Les solutions aqueuses commerciales d"acide phosphorique de qualité alimentaire ont une

densité de 1,6. Indiquer comment préparer (matériel, précautions ...) 1,00 L d"une solution

d"acide phosphorique à 0,10 mol.L -1 à partir d"une solution commerciale.

2. En fait, l"acide étant très hygroscopique, on ne peut l"avoir pur. Indiquer alors le volume à

prélever pour obtenir la solution précédente si le pourcentage massique d"acide phosphorique est de 75 % dans la solution commerciale.

M(acide phosphorique) = M(H

3PO4) = 98 g.mol-1

***Exercice 10 :

Une solution aqueuse de chlorure de sodium à 20 % est une solution préparée à partir de 20 g

de chlorure de sodium pour 100 g de solution obtenue. Elle a une densité d = 1,148 à 20°C. Déterminer la fraction massique, la fraction molaire, la concentration en masse, la concentration molaire en chlorure de sodium de cette solution.

Donnée

M

NaCl = 58,44 g.mol-1

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

9

Réactions

*Exercice 1 :

1. Equilibrer les équations de réaction suivantes :

N

2(g) + H2 (g) = NH3(g)

C

2H6 (g) + O2 (g) = CO2 (g) +H2O (g)

C xHy (g) + O2 (g) = CO2 (g) +H2O (g)

2. Equilibrer les demi-équations d"oxydoréduction :

Cu

2+(aq) = Cu(s)

IO

3- (aq) + H+ (aq) = I2 (aq) + H2O

MnO

4- (aq) + H+ (aq) = Mn2+ (aq) + H2O

En déduire les équations de réaction suivantes (H + (aq) et H2O pouvant intervenir) IO

3- (aq) + Cu(s) = I2 (aq) + Cu2+(aq)

MnO

4- (aq) + I2 (aq) = Mn2+ (aq) + IO3- (aq)

***Exercice 2 :

L"électrolyse de l"eau salée permet la production industrielle du dihydrogène (à l"anode de

l"électrolyseur) et du dichlore (à la cathode de l"électrolyseur). Cependant, il faut absolument

éviter le mélange de ces deux gaz car on observe la réaction explosive suivante : H

2(g) + Cl2(g) ® 2 HCl(g)

1. Donner le tableau d"avancement en fonction de l"avancement x.

On notera a et b respectivement les quantités de matière initiales en H

2(g) et Cl2(g).

2. En déduire l"expression de la quantité totale de matière en phase gaz dans le système n

totale gaz en fonction de a, b et de l"avancement.

La loi des gaz parfait est la suivante :

P totale Vgaz = ntotale gaz RT avec P la pression dans le système en Pa

V volume de la phase gaz en m

3

R constante des gaz parfait = 8,314 J.mol

-1.K-1 n totale gaz quantité totale de matière en phase gaz en mole

T température en K

3. Que peut-on en déduire sur l"évolution de la pression au cours du temps si la température

et le volume sont constants ?

4. La réaction est exothermique (produit de la chaleur), ce qui explique son caractère

dangereux. Des études montrent que l"on peut modéliser la relation entre l"avancement x et la température T par : - 0,60 *x*184,6 10

3+[(a - x)*28,8 + (b - x)*33,9 + x*29,1]*(T - 298) = 0

avec a et b définis en 1. En déduire la pression observée dans une enceinte fermée, à volume constant, pour un avancement de 1,0 mole si V = 120 L, a = 2,0 mole et b = 3,0 mole.

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

10

Conductimétrie

Rappels

· La conductance de la solution est reliée à la conductivité par G = s/k

G en S

s conductivité en S.m-1 k constante de cellule caractéristique de la cellule conductimétrique (m -1)

· Lorsque la solution est diluée s =

iiic0l c i concentration de l"espèce ionique Ai dans la solution (mol.m-3) l i° conductivité ionique molaire limite de l"espèce ionique Ai (S. m2.mol-1) **Exercice 1 :

Saponification d"un ester

On étudie la saponification de l"éthanoate d"éthyle CH

3-COO-C2H5 noté E par la suite.

L"équation de cette réaction s"écrit :

CH

3-COO-C2H5 + HO- ⇌ CH3-CO2- + C2H5OH

A t = 0, on mélange dans un bêcher maintenu à température constante une quantité n

1 = 10,0

mmol de soude et une quantité n

2 d"ester E en excès. On note V le volume de solution

obtenue.

Le déroulement de cette réaction est suivi par conductimétrie, la conductance du mélange est

mesurée régulièrement. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau ci-dessous.

t (s) 0 15 30 60 90 120

G (mS) 46,2 28,6 18,6 14,0 12,3 11,5 10,7

1. Pourquoi la conductance mesurée diminue-t-elle au cours de la transformation chimique ?

2. Donner l"expression de la conductance initiale G

0 en fonction de k, n1, V et des

conductivités ioniques molaires limites l0i.

3. On note x l"avancement de la réaction à la date t. Etablir le tableau d"avancement à t = 0, t

et t¥. Donner l"expression de la conductance G à la date t en fonction de x.

4. La saponification d"un ester pouvant être considérée comme une réaction totale, exprimer

la conductance finale G

5. Exprimer alors l"avancement en fonction de n

1, G(t), de G0 et G¥. Compléter ensuite le

tableau ci-dessus avec les valeurs d"avancement.

Données

Conductivités ioniques molaires limites à 25°C l

0 (mS.m2.mol-1)

Na + : 5,01 HO- : 19,9 CH3-CO2- : 4,09 **Exercice 2 :

Dissolution du phosphate de magnésium

A 25°C, la conductivité s d"une solution saturée de phosphate de magnésium obtenue par agitation dans de l"eau distillée d"une masse m de Mg

3(PO4)2 vaut 105 mS.m-1. Le volume de

solution est V = 100,0 mL.

1. Ecrire l"équation de dissolution de ce sel (composé ionique). Qu"est-ce qu"une solution

saturée ?

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

11

2. Etablir une relation entre avancement à l"équilibre et conductivité de la solution.

3. Calculer l"avancement à l"équilibre et en déduire les concentrations des ions magnésium

Mg

2+ et phosphate PO43-.

4. En déduire la masse minimale de phosphate de magnésium utilisée pour préparer cette

solution.

Données

Conductivités ioniques molaires à 25°C l (mS.m

2.mol-1)

Mg

2+ : 10,6 PO43- : 28,0

Masse molaire du phosphate de magnésium 262,9 g.mol -1 **Exercice 3 : Cinétique de décomposition de l"acide nitreux Soit la réaction en phase aqueuse d"équation : 3 HNO

2aq ® NO3-aq + 2NO(g) + H+aq + H2O

Initialement, on considérera que l"on a : [HNO

2]0 = 1,00 10-2 mol.L-1

1. Après avoir donné le tableau d"avancement, exprimer la conductivité de la solution en

fonction de l"avancement.

2. La concentration du réactif suit une loi de type exponentielle :

[HNO

2] = [HNO2]0 exp(- kt) avec t le temps et k une constante.

Montrer que l"on a la relation :

ln() *ss s

¥-=-k t

avec s ¥ la conductivité à t¥ et s la conductivité à l"instant t. ***Exercice 4 :

Dosage conductimétrique par étalonnage

Pour compenser ses carences magnésiennes, un patient peut absorber des solutions buvables de Magnogène ®. Celles- ci sont des solutions aqueuses, vendues en flacons de volume V =

125,0 mL contenant chacun m g de chlorure de magnésium MgCl

2.

Afin de déterminer m, on réalise un dosage par étalonnage. Pour cela, on réalise une courbe

d"étalonnage avec des solutions de concentrations massiques connues.

H Préparation des solutions

On prépare avec de l"eau déminéralisée 100,0 mL d"une solution S

0 de titre massique t0 = 8,00

g.L -1 de chlorure de magnésium. Par dilution, on prépare ensuite les solutions filles S1, S2, S3, S

4 de concentrations massiques t1 = t0 /10, t2 = t0 /20, t3 = t0 /50 et t4 = t0 /100 en chlorure de

magnésium.

H Etalonnage

A l"aide d"un conductimètre équipé d"une cellule conductimétrique, on mesure la conductance

G i des quatre solutions étalons. Les résultats obtenus sont les suivants : t i t1 t2 t3 t4

Gi (mS) 2,18 1,11 0,442 0,225

H Dosage de la solution de Magnogène ®

On dilue quatre cent fois la solution commerciale et on mesure avec le même dispositif

expérimental, la conductance de la solution S" ainsi obtenue. On trouve G" = 0,848 mS.

1. Décrire la préparation de la solution mère S

0. Pourquoi utilise-t-on de l"eau

déminéralisée ?

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

12

2. Choisir dans la liste ci-après et en justifiant votre choix, la verrerie nécessaire à la

préparation des solutions filles sachant que l"on souhaite disposer de 50 mL de chacune des solutions. Fioles jaugées de 50 mL, pipettes jaugées de 1,0 mL, 2,0 mL, 5,0 mL, 10,0 mL, 20,0 mL et 25,0 mL.

3. A l"aide d"un graphe, établir la relation G = f(titre massique t) pour les solutions étudiées.

4. En déduire la concentration massique de S" puis celle de la solution commerciale.

L"étiquette du flacon indique : " masse de chlorure de magnésium contenu dans le flacon : m = 15,625 g ». Conclure.

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

13

Spectrophotométrie UV-visible

* Exercice 1 : Cercle chromatique et couleurs complémentaires.

1. Quelle est la couleur complémentaire du jaune ?

2. L"éthène gazeux absorbe les radiations lumineuses de longueur d"onde 170 nm. Quelle est

la couleur de l"éthène ?

3. Le bleu de méthylène est un indicateur coloré de couleur bleue en solution aqueuse.

Quelle longueur d"onde absorbe-t-il ?

4. La solution aqueuse de diiode présente un maximum d"absorption vers 480 nm. Quelle est

la couleur de cette solution ? * Exercice 2 :

Spectre d"absorption du carotène.

Quelle est la couleur de cette molécule ?

PCSI-Lycée Roosevelt - Reims

14 ** Exercice 3 : Le spectre d"absorption d"une solution de permanganate de potassium présente un maximum d"absorption vers 530 nm.

1. Quelle est la couleur de cette solution ?

2. Calculer l"énergie du photon absorbé à l"origine de cette couleur. Donner la valeur en J et

en eV.

Données

quotesdbs_dbs1.pdfusesText_1

[PDF] exercice solution espace vectoriel

[PDF] exercice son g et j ce1

[PDF] exercice spé maths terminale es type bac

[PDF] exercice spé maths terminale s arithmétique

[PDF] exercice spé maths terminale s divisibilité

[PDF] exercice spé maths terminale s matrice

[PDF] exercice spé physique bac 2015

[PDF] exercice spectre d une étoile

[PDF] exercice spectre rmn corrigé

[PDF] exercice spectre seconde qcm

[PDF] exercice spectroscopie uv visible

[PDF] exercice sphère

[PDF] exercice sphere et boule 3eme pdf

[PDF] exercice sphere et boule brevet

[PDF] exercice statistique 1ere s