Exercice 9. Acide benzoïque : solide blanc à 25°C ; C6H5COOH ; solubilité s = 0,020 mol/L ; couple acide base : C6H5COOH /C6H5COO-.
La solubilité est la quantité maximale de solide que l'on peut dissoudre dans un litre d'eau à une température donnée. A 25°C : pKa1 ( acide benzoïque / ion benzoate) = 4,2 ;
pKa2 ( acide éthanoïque / ion éthanoate) = 4,8 ; pKa3 ( ion éthylammonium / éthanamine) = 10,7.
Le bleu de bromothymol est jaune en milieu acide, bleu en milieu basique ; zone de virage 6,0 - 7,6 ; pKa = 6,8. A) A concentration en soluté apportée égale, l'acide éthanoïque se dissocie davantage dans l'eau que l'acide benzoïque. Faux. A concentration égale, l'acide le plus dissocié dans l'eau possède le plus petit pKa.
Sans variation de volume, on ajoute 1,5 10-3 mol d'hydroxyde
de sodium à 75 mL d'une solution saturée d'acide benzoïque additionnée
de quelques gouttes de bleu de bromothymol. B) Le bleu de bromothymol change de couleur. Vrai. C6H5COOH + HO- =C6H5COO- + H2O.
n( C6H5COOH) = 0,075 *0,020 =1,5 10-3 mol = n(HO-). On obtient une solution de benzoate de sodium contenant la base ion benzoate, réagissant partiellement avec l'eau. Le pH final est supérieur à 7 ; le pH initial était inférieur à 7. La zone de virage est 6,0 - 7,6. C) L'acide conjugué de l'éthanamine est C2H5NH3+. Vrai. C2H5NH3+ = H++ C2H5NH2. D) A 25°C, la constante d'équilibre de la réaction entre l'acide benzoïque et l'éthanamine est égale à 10-6,5. Faux. C6H5COOH + C2H5NH2 =C6H5COO- + C2H5NH3+ ; K = [C6H5COO-][C2H5NH3+] / ([C6H5COOH][C2H5NH2]) = Ka1 / Ka3=10-4,2 / 10-10,7 = 106,5.
Exercice 10. En présence des ions plomb(II), les ions iodures forment un précipité. La réaction de précipitation est modélisée par : Pb2+aq + 2I-aq = PbI2(s).
La solubilité de l'iodure de plomb est s = 6,3 10-4 mol/L. A) La concentration molaire
effective des ions iodures est le double de celle des ion plomb(II)
dans une solution d'iodure de plomb. Vrai. La solution est électriquement neutre : [I-aq] = 2[Pb2+aq]. B) La constante d'équilibre K de la réaction de précipitation s'écrit K = [Pb2+aq] [I-aq]2. Faux. K =1 / ( [Pb2+aq] [I-aq]2). C) Dans une solution saturée K = 1 / s3. Faux. K =1 / ( [Pb2+aq] [I-aq]2) = 1 / ( s (2s)2)= 1 / (4s3). D)A 25°C, la constante d'équilibre de la réaction de dissolution de l'iodure de plomb est égale à 10-9. Vrai. PbI2(s) = Pb2+aq + 2I-aq ; K' = 1/K = 4s3 =4 * (6,3 10-4)3 =1,0 10-9.
Exercice 11. Soit la pile aluminium cuivre suivante :
La solution n°1 est obtenue par dissolution du chlorure d'aluminium AlCl3(s). La solution n°2 est obtenue par dissolution du sulfate de cuivre CuSO4(s).
Les deux électrodes sont en large excès. Lorsqu'on branche un voltmètre
avec sa borne COM relié à l'électrode d'aluminium on mesure une tension
U = + 1,6 V. La pile fonctionnen pendant 9,0 heures débitant un courant
d'intensité I = 20 mA. L'équation de la réaction de fonctionnement de
la pile s'écrit : 2 Al(s) + 3Cu2+aq = 2Al3+aq + 3Cu(s). On donne 965 / 36 = 27 ; 1F = 965 102 C mol-1. A) Les concentrations molaires ioniques initiales des ions spectateurs chlorure et sulfate sont égales. Faux. [SO42-] initial = 0,50 mol/L ; [Cl-] initial =3* 0,50 mol/L. B) La borne positive est l'électrode de cuivre. Vrai. Les ions cuivre II se réduisent à la
cathode positive ; le + du voltmètre est relié au cuivre ; le voltmètre
indique une tension positive. C) L'aluminium réduit les ions cuivre II. Vrai. L'aluminium est le réducteur qui s'oxyde à l'anode ; l'ion cuivre II est l'oxydant qui se réduit à la cathode positive. D) La concentration en ion cuivre II diminue de 3,3 10-2 mol/L.Vrai. Q = It = 0,020 *9*3600 C ; n(e-) = Q / F = 0,020 *9*3600 / 965 102 =0,020 *9 *36/965 =0,020*9 / 27 =0,020 / 3 mol.
Cu2+aq + 2e- = Cu(s) ; n(Cu2+) = ½ n(e- )= 0,010 /3 ~ 3,33 10-3 mol.
3,33 10-3 mol d'ion Cu2+aq sont consommés ; initialement on avait : 0,05 mol d'ion cuivre (II). Il en reste : 4,67 10-2 mol dans 100 mL.
[Cu2+aq]fin = 0,467 mol/L. La concentration des ions cuivre II diminue de : 0,5-0,467 = 3,3 10-2 mol/L.
Exercice 12. On réalise à 25°C une pile cadmium argent contenant les couples oxydant / réducteur Ag+aq / Ag(s) et Cd2+aq / Cd(s). Les solutions présentes dans chaque demi-pile ont été réalisées par dissolution de nitrate d'argent solide AgNO3 et de nitrate de cadmium solide Cd(NO3)2
dans un volume d'eau distillée de 100 mL. Pour les deux solutions la
concentration en soluté apporté est c =0,200 mol/L. L'électrode
métallique qui est consommée est en large excès. On donne la constante
de réaction à 25°C : 2Ag+aq + Cd(s) = Cd2+aq +2Ag(s). K ~ 5 1040. A) Les concentrations molaires ioniques initiales en ion Ag+aq et Cd2+aq sont égales et ont pour valeur [Ag+]i=[Cd2+aq]i= c. Vrai. B) Le quotient initial Q r i est égal à 1. Faux. Q r i = [Cd2+aq]i / [Ag+]i2=1 / c =1 / 0,200 = 5,00. C) La réaction spontanée se produisant dans la pile est celle indiquée dans le sens inverse. Faux. Dans le sens direct K est très grand, la réacion est spontanée.
D) Lorsque la pile est usée, l'électrode de cadmium a subi une variation de masse de 2,25 g. Faux. L'ion argent est le réactif limitant. n(e-) =n(Ag+) = cV =0,200 *0,100 = 0,0200 mol. n(Cd) = ½n(e-) = 0,0100 mol ; m(Cd) = n M = 0,0100*112,4 = 1,12 g.
Exercice 13. Le
cadmium est produit industriellement par électrolyse d'une solution
acidifiée de sulfate de cadmium (II). Cette électrolyse est réalisée
sous tension U = 3,1 V. On considère un électrolyseur dans lequel
circule un courant d'intensité I = 24 kA et dont le rendement est 80%.
Couples oxydant / réducteur Cd2+aq / Cd(s) ; H+aq / H2(g) ; O2(g) / H2O(l). 96,5 / 24 ~4,0 ; F = 96,5 103 C /mol. A) Le cadmium se forme à l'électrode reliée à la borne négative du générateur. Vrai. Cd2+ aq est réduit en Cd(s) à la cathode négative. B) Il se forme du dihydrogène à l'anode. Faux. A l'anode positive, oxydation de l'eau : H2O (l) = ½O2(g) + 2e- + 2H+aq. C) La quantité de matière d'électrons échangés par seconde est égale à 0,25 mol. Vrai. Q = It = n(e-) F ; n(e-) = It / F = 24 103 / 96,5 103 = 1/4,0 = 0,25 mol.
D) La masse de cadmium formé par seconde est égale à 11,24 g. Vrai. Cd2+ aq + 2e- = Cd(s).
n(Cd2+) =½n(e-) = 0,125 mol ; m (Cd) = n M = 0,125 *112,4 = 112,4 / 8 = 14,1 g. Tenir compte du rendement : 112,4 / 8 *0,80 =11,24 g.
Exercice 14 . On Considère une réaction d'estérification A)
On peut suivre l'évolution de la réaction au cours du temps en titrant
la quantité d'acide carboxylique présente dans le milieu réactionnel. Vrai. B)
A l'équilibre la quantité d'ester formé, à partir d'une mole d'alcool
et d'une mole d'acide carboxylique est supérieure à celle qui reste à
l'équilibre, lors de l'hydrolyse d'une mole d'ester et d'une mole
d'eau. Faux. Au
départ d'une mole d'alcool et d'une mole d'acide carboxylique, ou bien
d'une mole d'ester et d'une mole d'eau, on aboutit au même équilibre (
même composition du système ).
Lors de l'estérification d'une mole d'éthanol par 1,0 mole d'acide
éthanoïque on obtient à l'équilibre 0,67 mol d'éthanoate d'éthyle. C) La constante d'équilibre est égale à 4. Vrai. éthanol + acide éthanoïque = ester + eau. K = [ester][eau] / ([éthanol][acide éthanoïque] = 0,67*0,67 / (0,33*0,33) ~4.
D) A partir du même mélange réactionnel, on peut augmenter la quantité d'ester formé à l'équilibre en utilisant un catalyseur. Faux. Le catalyseur permet d'atteindre plus rapidement l'équilibre, sans en changer la composition.
Exercice 15. En présence d'un catalyseur approprié, l'éthanol CH3-CH2OH permet d'obtenir l'éthoxyéthane H3C-CH2-O-CH2-CH3.
Cette transformation est modélisée par l'équation chimique :
2 CH3-CH2OH = H3C-CH2-O-CH2-CH3 + H2O. A) Cette réaction est une estérification. Faux.
L'acide éthanoïque CH3-COOH peut, lui aussi, se déshydrater, selon la réaction d'équation :
2 CH3-COOH = H3C-CO-O-CO-CH3 + H2O. B) La molécule organique obtenue est un anhydride d'acide.Vrai. On fait réagir n1 = 0,010 mol de cet anhydride avec n2 = 5,0 10-3 mol d'acide salicylique noté B. Cette transformation est modélisée par l'équation chimique :
B + H3C-CO-O-CO-CH3 = CH3-COOH+ C.
M( aspirine) = 180 g/mol ; M( acide salicylique) = 138 g/mol.
C) Cette estérification est totale.Vrai. En absebce d'eau, l'hydrolyse de l'ester n'est pas possible.
D) La masse maximale d'aspirine que l'on peut espérer récupérée est 0,90 g. Vrai. B est le réactif limitant ; à partir de 5,0 10-3 mol de B on peut obtenir au mieux 5,0 10-3 d'aspirine soir une masse égale à : 5,0 10-3 *180 =5*0,18 = 0,90 g.
Exercice 16. Le propylparaben ou parahydroxybenzoate de propyle est un conservateur. L'écriture topologique de cette molécule est : A) La masse molaire moléculaire du propylparaben est 180 g/mol. Vrai. C10H12O3 ; M = 10*12 +12+3*16 = 180 g/mol. On
synthétise au laboratoire le propylparaben à partir de deux réactifs
notés A et B : A est un acide carboxylique et B un alcool. B) B est le propan-1-ol. Vrai. Dans
un ballon, on introduit n(A) =0,25 mol, n(B) = 0,75 mol, quelques
gouttes d'acide sulfurique, de la pierre ponce et on chauffe à reflux.
On obtient 36 g de propylparaben. C) La réaction est totale. Faux. A est le réactif limitant ; on peut espérer obtenir au mieux 0,25 mol de propylparaben soit 0,25*180 = 45 g. D) Le propylparaben peut subir une hydrolyse basique. Vrai. Un ester peut subir une hydrolyse basique.
