Analyse détaillée d'exercices réalisés sous forme de QCM. conductimétrie

Chlorure de sodium et hydroxyde de sodium. Texte : on ajoute à V= 25 mL d'une solution de chlorure de sodium de concentration c1 = 4,0 10-3 mol/L, V= 25 mL d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration c2= 2,0 10-3 mol/L. On note S la solution obyrnue. l(HO-) = 20 10-3 Sm² mol-1 ; l(Na+) = 5 10-3 Sm² mol-1 ; l(Cl-) = 7,6 10-3 Sm² mol-1 . Analyse : Questions relatives à la concentration des ions. Avant mélange : chlorure de sodium : Na+ et Cl- tels que : [Na+ ]=[Cl-]= c1 = 4,0 10-3 mol/L. Quantité de matière n(Na+) = n(Cl-) = c1V = 4,0 10-3*0,025 =10-4 mol. hydroxyde de sodium : Na+ et OH- tels que : [Na+ ]=[OH-]= c2 = 2,0 10-3 mol/L. Quantité de matière n(Na+) = n(OH-) = c2V = 2,0 10-3*0,025 =0,5 10-4 mol. Après mélange : les ions sont compatibles, il n'y a pas de réaction chimique. Quantité de matière : n(Cl-) = 10-4 mol ; n(OH-) =0,5 10-4 mol n(Na+) = 0,5 10-4 +10-4 =1,5 10-4 mol Volume total de la solution S : 25+25 = 50 mL = 0,1 L. [Na+] = 1,5 10-4 /0,1 = 1,5 10-3 mol/L ; [Cl-] = 1 10-4 /0,1 =1 10-3 mol/L ; [HO-] = 0,5 10-4 /0,1 = 0,5 10-3 mol/L. Question relative à la conductivité s. Il faut d'abord exprimer les concentrations des ions en mole m-3 en multipliant par 1000 les valeurs précédentes. [Na+] = 1,5 mol m-3 ; [Cl-] = 1 mol m-3 ; [HO-] = 0,5 mol m-3.   Expression de la conductivité : s = l(HO-) [HO-] + l(Na+)[Na+] + l(Cl-) [Cl-] s = (20*0,5 + 5*1,5 + 7,6*1)10-3 = 2,5 10-2 S m-1.   Le chlorure de tertiobutyle (CH3)3C-Cl réagit avec l'eau.  La transformation est modélisée par l'équation chimique : (CH3)3C-Cl (aq) + 2H2O =  H3O+ + Cl- + (CH3)3C-OH (aq) Dans deux bechers différents on prépare 360 mL d'eau. L'un est placé dans un bain thermostaté à 40 °C et l'autre à 30 °C. Quand l'équilibre thermique est atteint, on ajoute 9,25 mL de chlorure de tertiobutyle et on plonge une cellule conductimétrique dans chacun des bechers. On déclenche pendant 20 min l'enregistrement de la valeur de la conductivité s de la solution en fonction du temps. On obtient les courbes suivantes. Chlorure de tertiobutyle : d= 0,85 ; M= 92,5 g/mol. ; eau : d=1 ; M= 18 g/mol. A. Les réactifs sont introduits en proportions stoechiométriques. Faux. Chlorure de tertiobutyle : masse : 9,25*0,85 g n= masse (g) / masse molaire (g/mol) = 9,25*0,85/ 92,5 = 0,085 mol eau : m = 360 g ; n = 360/18 = 20 mol. Or d'après l'équation ci-dessus 1 mol de tertiobutyle réagit avec 2 moles d'eau. 0,085 mol de tertiobutyle réagit avec 2*0,085 =0,17 mol d'eau. Or on dispose de 20 mol d'eau : l'eau est en large excès. Soit n la quantité de matière initiale de chlorure de tertiobutyle, s la conductivité de la solution à l'instant t et soo la conductivité de la solution quand t tend vers l'infini. B. L'avancement de la réaction peut s'écrire : x = ns /sooVrai. avancement (mol) (CH3)3C-Cl (aq) + 2H2O =  H3O+ + Cl- + (CH3)3C-OH (aq) initial 0 n large excès 0 0 0 en cours x n-x x x x fin xmax=n n-xmax=0 xmax xmax xmax Seuls les ions contribuent à la conductivité. s = lH3O+ [H3O+ ]+lCl- [Cl- ] = (lH3O++lCl-)x/V soo = lH3O+ [H3O+ ]oo+lCl- [Cl- ]oo = (lH3O++lCl-)xmax/V = (lH3O++lCl-) n/V s /soo = x/n soit x = ns /soo C. Au bout de 5 min, [Cl-]30 = 60% [Cl-]40. Vrai. [Cl-]30 = x30 /V = s30/ (lH3O++lCl-) ; s30 = 3 mS m-1 (lecture graphe ci-dessus) [Cl-]30 = 3/(lH3O++lCl-) [Cl-]40 = x40 /V = s40/ (lH3O++lCl-) ; s40 = 5 mS m-1 (lecture graphe ci-dessus) [Cl-]40 = 5/(lH3O++lCl-) ; [Cl-]30 / [Cl-]40 =3/5 = 0,6 (60%) D. L'avancement final à 40°C, noté xf40 est supérieur à l'avancement final à 30°C, noté xf30. Faux. L'avancement final est identique et vaut n ; l'équilibre est plus rapidement atteint à 40 °C mais sa composition ne change pas.       Web www.chimix.com A- La conductance d'une solution électrolytique augmente si on lui rajoute de l'eau. faux. Seuls les ions contribuent à la conductance. L'eau n'apporte pratiquement pas d'ions. De plus le volume de la solution augmente et en conséquence les concentrations des espèces dissoutes diminuent. Donc la conductance et la conductivité de la solution vont diminuer. B- La conductivité d'une solution dépend des caractéristiques géométriques de la cellule. faux. C'est la conductance qui en dépend. conductance G ( S)= constante de cellule k (m) * conductivité s ( Sm-1) C- La résistance d'une solution augmente si la surface des électrodes de la cellule diminue. vrai. La constante de cellule k est proportionnelle à la surface des électrodes ; la conductance diminue donc avec la surface des électrodes de la cellule. Or la résistance électrique (W) de la portion de solution comprise entre les électrodes (W) est égale à l'inverse de la conductance : Comme la conductance décroît, alors la résistance va augmenter. D- Les ions positifs en solution, se déplacent dans le sens inverse du courant électrique. faux. E- La conductance d'une solution augmente si on augmente la tension appliquée aux bornes de la cellule. faux. La conductance est éagle à une intensité divisée par une tension : à intensité constante, augmenter la tension, c'est faire décroître la conductance. Chlorure de plomb. Texte : calcul de la conductivité(en mS m-1) d'une solution saturée de chlorure de plomb PbCl2. lPb2+ = 14 mS m2 mol-1 ; lCl- = 7 mS m2 mol-1 ; solubilité du chlorure de plomb s= 20 mmol/L. Analyse : Questions relatives à la conductivité. PbCl2 (s) = Pb2+ aq + 2Cl- aq La solution est électriquement neutre : [Cl-] =2 [Pb2+] On pose : s=[Pb2+]= 20 10-3 mol/L= 20 mol m-3 donc [Cl-]= 2 s = 40 mol m-3. s = lPb2+ [Pb2+] +lCl-[Cl-]= 14 *20+7*40= 560 mS m-1. acide formique. Texte : solution d'acide formique HCOOH à 0,02 mol/L. On mesure la conductance de 100 mL de cette solution G= 728 mS. La constante de cellule vaut k=0,01 m. l (H3O+)= 3,5 10-2 ; l(HCOO-)=5,54 10-3 Sm2mol-1. Analyse : Questions relatives à la conductivité. conductance G= 728 10-6 S ; conductivité s = 728 10-6 /0,01 = 7,28 10-2 Sm-1. Questions relatives à la constante d'acidité de l'acide formique. HCOOH + H2O=HCOO-+H3O+; K= [HCOO-]éq[H3O+]éq/[HCOOH]éq ; s =l (H3O+) [H3O+]éq + l(HCOO-)[HCOO-]éq avec [H3O+]éq = [HCOO-]éq = xéq/V ; V : volume en litre s =(l (H3O+)+ l(HCOO-))xéq/ ( 10-3 V ) avec le volume de la solution en m3. 7,28 10-2 = (35+5,54 ) 10-3 xéq/10-4 d'où xéq= 1,8 10-4 mol. [H3O+]éq = [HCOO-]éq =1,8 10-4 /0,1 = 1,8 10-3 mol/L [HCOOH]éq = 0,02-1,8 10-3 = 1,82 10-2 mol/L K= 1,8 10-3 1,8 10-3 / 1,82 10-2 = 1,82 10-4 .

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