QCM acide base, pile, électrolyse ( Kiné St Michel 2009)

Chlorure d'ammonium et soude. On place en solution, dans l'eau pure 0,20 mol de chlorure d'ammonium NH4Cl et 0,10 mol d'hydroxyde de sodium NaOH de manière à obtenir un litre de solution. Le pH de la solution obtenue est : A B ( vrai) C D 1,0 9,2 2 4,1 pKa (NH4+ / NH3) = 9,2. Analyse : avancement (mol) NH4+ +HO- =NH3 +H2O début 0 0,2 0,1 0 solvant en cours x 0,2-x 0,1-x x en grand fin xmax 0,2-xmax 0,1-xmax xmax excès 0,1 0,1 0 0,1 [NH4+]fin =[NH3]fin : pH = pKa = 9,2. Acide acéthylsalycilique. L'acide acéthylsalycilique C9H8O4 noté HA est l'acide conjugué de l'ion acéthylsalycilate noté A-. Le pKa du couple vaut 3,5 à 37°C. A cette température le pH est de 1,5 dans l'estomac et 7,5 dans le sang. Analyse : A- l'acide acéthylsalycilique est appelé vitmine C dans le langage courant. Faux. acide ascorbique ou vitamine C : C6H8O6 ; aspirine ou acide acéthylsalycilique C9H8O4 B- l'espèce prédominante du couple AH / A- dans l'estomac est A-. Faux. A pH inférieur à pKa, l'espèce AH prédomine. C- le rapport [A-] / [AH] est de 100 dans l'estomac. Faux. pH = pKa + log ([A-] / [AH]) ; log ([A-] / [AH]) = 1,5-3,5 = -2 ; [A-] / [AH] =0,01. D- le rapport [A-] / [AH] est de 10000 dans le sang. Vrai. pH = pKa + log ([A-] / [AH]) ; log ([A-] / [AH]) = 7,5-3,5 = 4 ; [A-] / [AH] =104. acide nitreux. Soit une solution de 50 mL d'acide nitreux HNO2 de concentration apportée c = 1,0 10-2 mol/L. Le taux d'avancement final t de la réaction entre l'acide nitreux et l'eau est 0,22. Analyse : A- la base conjuguée de HNO2 est NO3-. Faux. HNO2 = H+ + NO2-. B- l'acide nitreux est un acide fort. Faux. Le taux d'avancement final de la réaction de cet acide avec l'eau est inférieur à 1 : l'acide nitreux est faible. C- l'avancement final est égal à 0,11 mmol. Vrai. xmax = V c = 50 *1,0 10-2 =0,5 mmol ; xfin = t xmax = 0,22*0,5 = 0,11 mmol D- le pH de la solution est égal à 2,0. Faux. Pour un acide faible, pH >log c ( 2 dans ce cas) [H3O+] = xfin / V = 0,11/50 = 2,2 10-3 mol/L ; pH = -log 2,2 10-3 =2,7. pile fer argent On considère nune pile fer argent mettant en jeu les couples Fe2+ /Fe et Ag+/Ag. L'électrode d'argent constitue le pôle positif de la pile. Chaque demi-pile contient 100 mL de solution de concentration initiale en cation métallique c0 = 0,10 mol/L.  Analyse : A- la cathode est constituée par la lame de fer. Faux. Le pôle positif est une cathode : l'ion argent se réduit selon : Ag+(aq) + e-=Ag(s). Le pôle négatif est une anode ; le fer s'oxyde selon : Fe(s) = Fe2+(aq) + 2e-. B- l'électrode d'argent est oxydée. Faux. C- La conduction des électrons est assurée par le pont salin reliant les deux demi-piles. Faux. Les électrons circulent dans les métaux. D- Quand la masse de fer a diminué de 56 mg, la concentration en ion Ag+(aq) est égale à 8,0 10-2 mol. Vrai. Fe : 56 g/mol n(Fe) = 56 10-3 / 56 = 0,001 mol avancement (mol) Fe(s) +2Ag+(aq) =Fe2+(aq) +2Ag(s début 0 n 0,01 0,01 en cours x n-x 0,01-2x 0,01 +x en grand fin xfin n-xfin 0,01-2xfin 0,01 +xfin excès 0,1 n- 0,001 0,008 0,011 [Ag+(aq)] =0,008/0,1 = 0,08 mol/L. Pile fer cuivre. L'équation de fonctionnement d'une pile est : Fe(s) + Cu2+(aq) = Fe2+(aq) + Cu(s). La constante d'équilibre associée à cette réaction est K = 1,0 1026 à 25°C. On réalise une pile en plongeant une électrode de fer dans une solution de sulfate de fer (II) et une électrode de cuivre plongeant dans une solution de sulfate de cuivre (II). L concentration initiale ion métallique est c0 = 0,10 mol/L. Analyse : A- dans l'état initial le quotient de réaction de la pile est égal 1,0 1026. Faux. Q r i =[Fe2+(aq)] / [Cu2+(aq)] =0,10 / 0,10 = 1,0. B- le système évolue dans le sens direct. Vrai. Q r i < K, donc évolution spontanée dans le sens direct. C- le système évolue vers un état d'équilibre. Faux. Le système évolue dans le sens direct jusqu'à ce que le quotient de réaction soit égal à K. Au regard de la valeur élevée de K, la réaction est totale. D- le système transforme une partie de l'énergie chimique en énergie électrique. Vrai. E- lorsque la pile est complétement usée, le quotient de réaction de la pile est égal à 1,0 1026. Faux Si " complètement usée " signifie " l'un des réactifs a complètement disparu" : en supposant le fer en excès, [Cu2+(aq)] tend vers zéro et le quotient de réaction tend vers l'infini. En fait la pile s'arrète de fonctionner dès que Q r = K et [Cu2+(aq)]fin = [Fe2+(aq)]fin /K.   accumulateur. Analyse : A- un accumulateur est une cellule électrolytique pouvant fonctionner soit en générateur, soit en récepteur. Vrai. B- Au cours d'une élctrolyse, le système chimique évolue vers un état d'équilibre. Faux. L'électrolyse est une transformation forcée, hors équilibre. C- dans une électrolyse, l'oxydation a lieu à l'électrode reliée à la borne négative. Faux. L'oxydation se produit à l'anode ; l'oxydation libère des électrons qui gagnent la borne positive du générateur. L'oxydation se produit à la borne positive. D- la charge d'un accumulateur est une transformation forcée. Vrai. Lors de la charge, l'accumulateur est un récepteur : il est le siège d'une électrolyse.

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