Physique

Série d'exercices : Dipôles actifs - 2nd S

Classe: 
Seconde
 

Exercice 1

Afin de tracer la caractéristique d'un générateur, on relève les mesures suivantes :
 
$$\begin{array}{|l|c|c|c|c|c|c|}\hline U_{_{PN}}(V)&8&7.8&7.6&7.4&7.0&6.7\\ \hline I(A)&0&0.10&0.20&0.30&0.50&0.60\\ \hline\end{array}$$
 
1) Tracer la caractéristique courant-tension de ce générateur
 
2) Déterminer sa f.é.m et sa résistance interne
 
3) Écrire l'équation de cette caractéristique
 
4) Déterminer de manières différentes la tension aux du générateur lorsqu'il débite un courant d'intensité $0.35\;A$
 

Exercice 2

Un circuit est formé d'une pile, un rhéostat, d'un interrupteur $K$ et d'un ampèremètre en série
 
On relie la borne positive de la pile à l'entrée $Y$ d'un oscillographe et la borne négative à la masse $M$
 
On utilise un balayage sur la sensibilité $k=0.5\;V/cm$
 
1) $K$ étant ouvert, l'ordonnée du segment lumineux est $y_{1}=2\;cm$ 
 
$K$ étant fermé, l'ordonnée de ce segment est $y_{2}=1\;cm$
 
Calculer la f.é.m $E$ et la résistance interne $r$ de la pile sachant l'ampèremètre indique $400\;mA$
 
2) On déplace le curseur du rhéostat, l'ordonnée du segment lumineux vaut $y_{3}=9\;mm.$ Quelle est l'indication de l'ampèremètre
 

Exercice 3

Sur le graphe ci-dessous nous avons tracé avec la même échelle les caractéristiques Intensité - tension de deux dipôles $D_{1}\ $ et $\ D_{2}.$

 

 
1) Indiquer la courbe qui correspond au dipôle résistor et celle au dipôle générateur.
 
2.a) Rappeler pour chaque dipôle la loi d’Ohm correspondante. (On notera la tension aux bornes du générateur $U_{_{PN}}\ $ et $\ U_{_{AB}}$ celle aux bornes du résistor)
 
b) Donner le schéma du circuit permettant de tracer la caractéristique Intensité - tension du générateur.
 
c) Déterminer, à partir du graphe, et en justifiant la réponse, les valeurs de la f.é.m. $E$ et de la résistance interne $r$ du générateur et la résistance R du résistor.
 
3) Calculer l'intensité du courant de court-circuit $I_{cc}$ du générateur
 
4) On réalise un circuit en branchant ce générateur aux bornes de ce résistor de résistance $R.$
 
a) Représenter le schéma du circuit.
 
b) Montrer que l'intensité du courant dans le circuit est donnée par $I=\dfrac{E}{r+R}$
 
c) Montrer que $I=\dfrac{10}{6}=1.66\;A$
 

Exercice 4

On associe en série une pile, un rhéostat et une résistance de protection dans le but d'établir la caractéristique de la pile.
 
$$\begin{array}{|l|c|c|c|c|c|c|c|c|}\hline U_{_{PN}}(V)&9.00&8.89&8.78&8.66&8.56&8.35&8.12&8.02\\ \hline I(A)&0&0.1&0.2&0.3&0.4&0.6&0.8&0.9\\ \hline\end{array}$$
 
1) Rappeler la définition de la caractéristique d'un dipôle. Donner les appareils de mesure nécessaire.
 
2) Faire le schéma du montage en précisant le sens conventionnel du courant électrique, en plaçant les appareils de mesure avec leurs bornes de branchement. 
 
On représentera également la tension positive aux bornes de la pile.
 
3) Tracer $U_{_{PN}}=f(I)$ avec l'échelle suivante : $2\;cm$ pour $0.1\;A$ en abscisse $1\;cm$ pour $0.2\;V$ en ordonnée
 
4) Déduire du graphe la force électromotrice $E$ et la résistance interne de la pile en précisant la méthode employée et es unités.
 
5) On relie un générateur linéaire de f.é.m. $E=9.0\;V$ et de résistance interne $r=1.2\Omega$ à une portion de circuit comportant un conducteur ohmique de résistance $R=20\Omega$ associés en série.
 
Déterminer l'intensité du courant électrique circulant dans le circuit
 

Exercice 5

Deux piles sont montées en série 
 
$P_{1}N_{1}$ de paramètres $E_{1}=4.5\;V\;;\ r_{1}=1.5\Omega\;;\ I_{\text{max}}=0.5\;A$
 
$P_{2}N_{2}$ de paramètres $E_{2}=4.5\;V\;;\ r_{2}=1.5\Omega\;;\ I_{\text{max}}=0.6\;A$
 
1) Tracer la caractéristique de chacune de deux piles
 
Échelle : $1\;cm$ pour $0.1\;A$ et $1\;cm$ pour $1\;V$
 
2) Tracer la caractéristique du dipôle équivalent à la série
 
3) Déterminer la f.é.m et la résistance interne de ce dipôle :
 
$-\ \ $ graphiquement
 
$-\ \ $ par calcul
 

Exercice 6

Une batterie de voiture est constituée de six accumulateurs au plomb de f.é.m $2\;V$ et de résistance $0.001\Omega$, montés en série
 
1) Quelle est la f.é.m $E$ de la batterie ?
 
Quelle est sa résistance interne $r\ ?$
 
2) Si par méprise on pose sur les deux bornes de cette batterie une clé métallique $(R=0)$, quelle est l'intensité du courant qui est débité par la batterie ? Conclure.
 

Exercice 7

Afin de tracer la caractéristique d'un pile, on effectue les mesures suivantes :
 
$$\begin{array}{|l|c|c|c|c|}\hline U_{_{PN}}(V)&4.5&4.4&4.3&4.2\\ \hline I(mA)&0&100&200&300\\ \hline\end{array}$$
 
L'intensité maximale admissible par la pile est $I_{\text{max}}=0.8\;A$
 
Cette pile alimente un résistor de résistance $R=5\Omega$ caractérisé par une intensité maximale de $1\;A$
 
1) Tracer sur le même graphe la caractéristique courant-tension de la pile et celle du résistor
 
Échelle : $1\;cm$ pour $100\;mA\ $ et $\ 1.5\;cm$ pour $1\;V$
 
2) Déterminer la f.é.m de la pile et sa résistance interne
 
3) Définir le point de fonctionnement.
 
4) Calculer l'intensité qui traverse le circuit et la tension aux bornes des dipôles
 

Exercice 8

On réalise le montage suivant :

 

 
1) Le voltmètre indique $6\;V$, calculer l'intensité du courant débité par la pile sachant que $R_{1}=2\Omega\ $ et $\ R_{2}=4\Omega$
 
2) En déduire $U_{_{AM}}\ $ et $\ U_{_{BM}}$
 
3) On relie $A$ à l'entrée $Y$ d'un oscillographe et $M$ à la masse, le balayage est supprimé et la sensibilité vaut $k=2\;V/cm.$ Que voit-on sur l'écran ?
 
4) On relie $B$ à l'entrée $Y$ d'un oscillographe et $M$ à la masse, le balayage est supprimé et la sensibilité vaut $k=2\;V/cm.$ Que voit-on sur l'écran ?
 
5) On ouvre l'interrupteur $K$, le voltmètre indique $9\;V$
 
Quelles sont la f.é.m et la résistance interne de la pile ?
 

Exercice 9

On réalise le montage suivant :

 

 
Les deux générateurs sont identiques et ont pour f.é.m $4.5\;V$ et pour résistance interne $1\Omega.$ Les conducteurs ohmiques ont pour résistances $R_{1}=500\Omega\ $ et $\ R_{2}=200\Omega$
 
1) Quelles sont la f.é.m. et la résistance interne du générateur équivalent aux deux générateurs ?
 
2) Quelle est la résistance équivalente aux deux résistors $R_{1}\ $ et $\ R_{2}\ ?$
 
3) En déduire l'intensité du courant débité par les deux piles et la valeur $U_{_{PN}}$
 
4) Quelles sont les intensités des courants dans les deux conducteurs ohmiques ?
 

Exercice 10

On se propose de tracer la caractéristique d'un dipôle actif (voir fig. ci dessous).

 

 
Les mesures réalisées sont les suivantes :
 
$$\begin{array}{|l|c|c|c|c|c|c|c|c|c|}\hline U_{_{PN}}(V)&2.0&1.9&1.8&1.6&1.5&1.3&1.3&1.1&1.0\\ \hline I(mA)&0&100&200&300&500&700&800&900&1000\\ \hline\end{array}$$
 
1) Proposer un schéma du circuit ayant permis ce relevé de mesure.
 
2) Tracer la caractéristique U en fonction de I du dipôle. Il sera tenu compte du soin apporté à la réalisation de cette courbe et des éléments attenant à l'élaboration de toute caractéristique.
 
On obtient une caractéristique quasi linéaire. (vous prendrez la meilleure des droites)
 
3) Quel est l'élément du graphique qui permet de vérifier qu'il s'agit bien d'un dipôle actif?
 
4) Comment expérimentalement mesure-t-on une tension à vide ?
 
5) Déterminer, en prenant garde de bien respecter les unités, la force électromotrice et la résistance interne du dit dipôle.
 
6) Comment expérimentalement mesure-t-on la résistance interne d'un dipôle actif?
 

Exercice 11

La tension mesurée aux bornes d'un générateur à vide est $E_{0}=36\;V.$ Lorsqu'il débite dans une charge un courant d'intensité $I=5\;A$, la tension baisse et devient $U=35\;V$
 
On suppose que le fonctionnement du dipôle actif est linéaire entre ces deux points.
 
1) Donner la relation liant $U\;,\ E_{0}\;,\ I$ et la résistance interne $R_{i}.$
 
2) Calculer la résistance interne $R_{i}$ du générateur.
 
On branche aux bornes du générateur une résistance $R.$ Elle est traversée par un courant $I=10\;A.$
 
Faire le schéma de montage.
 
3) Calculer la tension $U$ aux bornes de $R.$
 
4) En déduire la valeur de $R.$

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 

 

Auteur: 
Sidy Mouhamed Ndiaye

Série d'exercices : Phénomènes d'électrisation - 2nd S

Classe: 
Seconde
 

Exercice 1

Questions de cours :
 
$\ast\ $ Qu'est ce qu'un corps électrisé ?
 
$\ast\ $ Quels sont les différents modes d'électrisation ?
 
$\ast\ $ Est-ce que tous les corps électrisés sont chargés d'un même signe ? Justifier la réponse.
 
$\ast\ $ Comment peut-on expliquer l'apparition des charges électriques positives sur le verre frotté avec un drap sec ?
 
$\ast\ $ Qu'est ce qu'une décharge électrique ?
 
$\ast\ $ Quelle est la valeur de la charge électrique élémentaire ?
 

Exercice 2

Compléter les phrases suivantes :
 
a) Un corps est dit neutre s'il contient$\ldots\ldots$ de charges $\ldots\ldots$ que de charges $\ldots\ldots$
 
b) On approche un bâton d'ébonite frotté à un bâton de verre frotté, on observe une $\ldots\ldots$c à dire les deux bâtons sont $\ldots\ldots$
 
c) Un bâton en p.v.c frotté porte une charge $\ldots\ldots$ c'est-à-dire il à un $\ldots\ldots$ d'électrons.
 
d) Un corps chargé négativement présente un excès $\ldots\ldots$, entre ce corps et un autre corps de charge opposé il y a $\ldots\ldots.$
 
e) Entre deux corps électrisés se manifestent des actions mutuelles appelées $\ldots\ldots$ ; $\ldots\ldots$ et $\ldots\ldots.$
 
f) Au bout d'une pointe les charges d'un corps électrisé $\ldots\ldots$ très fortement
 

Exercice 3

Compléter le tableau suivant :
 
$$\begin{array}{|l|c|c|c|}\hline&\text{Règle en plexiglas}&\text{Règle en ébonite}&\text{Règle en verre}\\ \hline\text{Règle en plexiglas}&&&\\ \hline\text{Règle en ébonite}&&&\\ \hline\text{Règle en verre}&&&\\ \hline\end{array}$$
 

Exercice 4

Répondre par vrai ou faux sur les propositions suivantes et corriger les fausses d’elles.
 
1) La neutralité électrique de la matière dans son état normal veut dire qu'elle ne renferme aucune charge électrique.
 
2) L'électrisation positive d'un corps résulte du fait qu'il a gagné des charges positives prises au corps avec lequel il a interagi pour s'électriser.
 
3) Un corps électrisé ne peut attirer, par interaction électrique, que d'autres corps électrisés et portant des charges de nature différente de celle qu'il porte lui-même.
 
4) Un corps électrisé ne peut repousser, par interaction électrique, que les corps électrisés et portant des charges électriques de même nature que sa propre charge.
 
5) Pour électriser un corps il est nécessaire de le frotter par un autre corps.
 

Exercice 5

On réalise l'expérience suivante:
 
$C$ est un crayon à papier, dont on a taillé les deux bouts, la mine dépasse à chaque extrémité. $V$ est du verre isolant. On touche l'extrémité $A$ avec un bâton chargé négativement : la boule du pendule s'écarte.

 

 
Pour chaque phrase ci-dessous choisir la bonne expression. (Choix à justifier.)
 
1) La mine est isolante / conductrice.
 
2) Des électrons sont passés de la mine sur le bâton / du bâton sur la mine.
 
3) Des électrons sont passés de la mine sur la boule / de la boule sur la mine.
 
4) La boule s'est chargée négativement / positivement.
 

Exercice 6 

Compléter les phrases suivantes avec ces mots ( deux ; positives, charges ; influence ; trois ; quatre ; négatives ; repousser ; même signe ; contacte ; attirer ; frottement, électrisation ; décharge ; signe contraire)
 
Le peigne, par frottement, à acquis la propriété d'$\ldots\ldots$ les cheveux. Il a subit une $\ldots\ldots.$
 
Il existe $\ldots\ldots$ sortes de $\ldots\ldots$ électriques : $\ldots\ldots$ et $\ldots\ldots.$
 
Des charges électriques de $\ldots\ldots$  s'attirent alors que des charges électriques de $\ldots\ldots$ se repoussent.
 
Il existe $\ldots\ldots$ modes d'électrisation par $\ldots\ldots$ par $\ldots\ldots$ et par $\ldots\ldots$
 

Exercice 7

Quatre tiges $A\;,\ B\;,\ C\ $ et $\ D$ sont électrisées par frottement.
 
$A$ repousse $B$ qui attire $C.\ C$ est une tige en verre qui repousse $D.$
 
1) Quel est le signe des charges électriques apparues sur $A\;,\ B\ $ et $\ D\ ?$
 
2) Quelle interaction existe-t-il entre $A\ $ et $\ C\ ?$ Entre $A\ $ et $\ D\ ?$ Entre $B\ $ et $\ D\ ?$
 

Exercice 8

On dispose d'une petite sphère $A$ recouverte de papier d'aluminium sur laquelle on dépose une charge $q_{_{A}}=10^{-8}\;C.$
 
On approche un corps $B$ portant une charge de valeur absolue $|q_{_{B}}|=10^{-7}\;C$ dont on ne connaît pas le signe. On observe une attraction.

 

 
1) Expliquer pourquoi la sphère $A$ réagit de cette façon ? donner le signe de la charge
 
2) Expliquer comment peut-on déchargé la sphère
 
3) La sphère étant déchargée on rapproche d'elle de nouveau le corps $B.$ Schématiser et expliquer
 

Exercice 9

Quatre tiges $A\;,\ B\;,\ C\ $ et $\ D$ sont électrisées par frottement.
 
$A$ attire $B$ qui repousse $C.\ C$ est une tige en plexiglas qui attire $D.$
 
1) Quel est le signe des charges électriques apparues sur $A\;,\ B\ $ et $\ D\ ?$

 

 
2) Quelle interaction existe-t-il entre :
$$\begin{array}{|l|l|}\hline&\text{Interaction}\\ \hline A\ \boxminus\text{ et }C\ \blacksquare&\\ \hline A\ \boxminus\text{ et }D\ \boxplus&\\ \hline B\ \square\text{ et }D\ \boxplus&\\ \hline\end{array}$$
 

Exercice 10

Dans un orage, un éclair accompagne un transfert de charges entre la terre et un nuage.
 
On suppose que la décharge transfère une charge électrique de 20 coulombs pendant 1 millième de seconde.

 

 
1) Déterminer l'intensité moyenne du courant électrique accompagnant le transfert.
 
2) Quel est le rôle du paratonnerre ?
 
3) La charge totale du nuage étant $-320\;C$, calculer l'excès d'électrons accumulés dans le nuage
 

Exercice 11

On charge séparément par frottement :
 
$-\ \ $ Une règle de verre qui porte alors la charge $q_{1}=2\;10^{-13}\;C$ ;
 
$-\ \ $ Une règle en plastique qui porte alors la charge $q_{2}=-9\;10^{-12}\;C.$
 
On réalise le contact entre les zones électrisées des deux règles.
 
1) Calculer la charge électrique de l'ensemble des deux règles
 
2) En déduire la charge électrique portée par chaque règle après le contacte.
 
3) préciser le sens dans le quel s'est fait le transfert des électrons
 

Exercice 12

Un corps A est électrisé par contact à l'aide d'un bâton de verre initialement frotté sur un drap. La charge portée par le corps $A$ est $q_{_{A}}=12.8\;10^{-9}\;C.$
 
1) Dire si le corps $A$ possède un excès ou un défaut d'électrons.
 
2) Préciser le sens du transfert des électrons entre le verre et le corps $A.$
 
3) Calculer le nombre d'électrons transféré. On donne $e=1.6\;10^{-19}\;C.$
 

Exercice 13

1) Un corps $A$ est chargé positivement. On l'approche d'un autre corps $B$ chargé, il y a attraction. Quel est le signe de la charge du corps $B$ ? Justifier la réponse.
 
2) Le corps $A$ est maintenant mis en contact avec un corps $C$ électriquement neutre.
 
a) Le corps $C$ devient-il chargé ? Si oui que serait le signe de sa charge ?
 
b) Qu'appelle-t-on ce mode d'électrisation ?
 
c) Y a-t-il échange d'électrons ? Si oui, dans quel sens (de $A$ vers $C$ ou de $C$ vers $A)\  ?$
 

Exercice 14

Un bâton d'ébonite frotté par la fourrure acquiert une charge $q=-4.8\;10^{-19}\;C.$
 
1) Donner la définition de l'électrisation.
 
2) Le bâton d'ébonite a-t-il gagné ou perdu des électrons ?
 
3) Déterminer le nombre d'électrons gagnés ou perdus par le bâton d'ébonite ?
 
4) En déduire le nombre d'électrons gagnés ou perdus par la fourrure
 

Exercice 15

On approche du plateau neutre d'un électroscope une baguette d'ébonite préalablement chargée négativement par un chiffon. On observe alors que la feuille métallique se décolle du tronc.

 

 
1) Expliquer de manière concise cette observation.
 
2) Que se passe-t-il ensuite si l'on éloigne la baguette d'ébonite?
 
3) On approche à nouveau la baguette d'ébonite chargée jusqu'à ce qu'elle touche le plateau puis on l'éloigne.
 
Qu'observe-t-on alors ? Pourquoi ?
 
4) On approche alors du plateau (sans le toucher) le chiffon qui a permis de charger la baguette.
 
Qu'observe-t-on ?
 
5) Pourquoi la feuille métallique doit-elle être légère ?
 
6) Quel est le rôle du joint en plastique qui entoure le haut du tronc ?
 

Exercice 16

1) Un bâton $(A)$ initialement neutre, est électrisé par frottement à l'aide d'un chiffon .Sa charge électrique devient $q_{_{A}}=48\;10^{-18}\;C$
 
1.1) Le bâton $(A)$ a-t-il gagné ou perdu des électrons à la suite de l'électrisation ? Justifier
 
1.2) Déterminer le nombre d'électrons gagnés ou perdus par $(A)$
 
2) Un deuxième bâton $(B)$ porte une charge $q_{_{B}}=3.2\;10^{-18}\;C.$ On met en contact l'extrémité chargée de $(A)$ avec l'extrémité chargée de $(B)$
 
2.1) Interpréter le phénomène qui se produit entre les deux bâtons après ce contact
 
2.2) Préciser, en le justifiant, le sens de transfert des électrons
 
2.3. Déterminer la charge de chaque bâton après contact
 

Exercice 17

On frotte l'une des extrémités d'un bâton d'ébonite avec de la fourrure. Cette extrémité frottée devient électrisée et porte une charge $Q=-1.6\;10^{-9}\;C$
 
1) Citer une expérience qui montre que l'extrémité frottée est électrisée
 
2.1) Montrer que le bâton d'ébonite possède un excès d'électrons
 
2.2) Calculer le nombre $n$ d'électrons en excès portés par le bâton d'ébonite
 
On donne : la charge d'un électron $-e=-1.6\;10^{-19}\;C$
 
2.3) D'où proviennent les électrons en excès portés par l'ébonite ?
 
2.4) Donner la valeur de la charge portée par la fourrure
 
3) On rapproche l'extrémité frottée du bâton d'ébonite du plateau d'un électroscope neutre. On observe une déviation de l'aiguille de l'électroscope. Il est donc électrisé
 
3.1) Dire l'électroscope est électrisé par contact ou par influence
 
3.2) Expliquer en s'aidant d'un schéma l'électrisation de l'électroscope. Indiquer sur ce schéma les signes des électricités portées par l'électroscope
 
3.3) A quoi est dû la déviation de l'aiguille de l'électroscope ?
 
4) On met l'extrémité frottée en contact avec le plateau de l'électroscope qui devient électrisé par contact
 
4.1) Quel est le signe de l'électricité portée par l'électroscope ?
 
4.2) Faire un schéma de l'électroscope électrisé
 

Exercice 18

Par contact avec un bâton $P.V.C$ frotté avec une peau de chat, un pendule électrostatique acquiert une charge égale en valeur absolue $10^{-8}\;C.$
 
a) Quel est le signe de la charge du pendule ?
 
b) Au cours du contact, y a-t-il transfert d'électrons du (pendule vers $P.V.C)$ ou du $( P.V.C$ vers pendule) ?
 
c) Trouver le nombre d'électrons transférés
 

Exercice 19

On frotte un bâton d'ébonite avec un drap sec.
 
1) Expliquer l'apparition des charges négatives sur le bâton.
 
2) La charge du bâton est $-64\;10^{-15}\;C$, combien de charges électriques élémentaires négatives porte-t-elle ?
 
On donne la valeur absolue de la charge élémentaire $e=1.6\;10^{-19}\;C$
 
3.a) Montrer que le drap utilisé s'est électrisé ?
 
b) Quelle est la nature de sa charge ?
 
c) Comment peut-on le prouver expérimentalement ?
 
d) donner la valeur de sa charge ?
 

Exercice 20

1) Un bâton de verre frotté avec du nylon perd 100 électrons.
 
Calculer La valeur de sa charge q en coulomb ; on donne $e=1.6\;10^{-19}\;C.$
 
2.a) Une bille initialement neutre est mise en contact avec le bâton de verre, s'électrise.
 
Indiquer le signe de sa charge.
 
b) Indiquer les modes d'électrisation de la bille et du bâton.
 
c) Après le contact, le nombre d'électrons perdu par la bille est $n=35$ électrons. Calculer en coulomb la valeur de la charge de la bille $q'$
 
d) Déduire en le justifiant la valeur en coulomb de la nouvelle charge $q''$ du bâton après le contact
 
3) Comment décharger les deux corps, bâton de verre et bille.
 

Exercice 21

1) Une tige en $P.V.C$ est frottée avec un chiffon de laine. Elle est alors chargée négativement.
 
Que se passe t-il si on l'approche d'un pendule constitué d'une boule légère ?
 
2) La tige possède t-elle un excès d'électrons ou un défaut ? D'où proviennent ces charges ?
 
3) Expliquer à l'aide d'un schéma et de quelques lignes le phénomène que l'on observe. (Il y a 2 arguments essentiels à donner).
 
4) Si nous avions procédé de la même manière avec une tige en cuivre à la place de la tige en plastique, aurait-on pu observer le même phénomène ? Pourquoi ?
 
5) La tige en $P.V.C$ est remplacée par une autre en plexiglas, après frottement avec la laine, elle est approchée de la boule initialement non électrisée, On constate qu'il y a attraction, puis une répulsion tout juste après que la boule se mette en contact avec la tige en plexiglas électrisé.
 
a) Préciser le signe de la charge portée par la tige en plexiglas électrisé par frottement avec de la laine
 
b) Préciser le signe de la charge de la boule du pendule électrostatique juste après le contact avec la tige en plexiglas électrisé.
 
c) Comment expliquer avant contact, l'interaction attractive entre la boule initialement non électrisée et la tige en plexiglas électrisé ?

 

 

Exercice 22

On approche de la boule métallique $(B)$ d'un électroscope (sans la toucher) ; un bâton en ébonite $(E)$ préalablement frottée avec un tissu en laine, nous constatons que les feuilles (très minces et légères d'aluminium) de l'électroscope se repoussent. Voir figure.
 
1) Expliquer la répulsion des feuilles d'aluminium.
 
2) Les feuilles d'aluminium ont-elles subie une électrisation par contact ou par frottement ? Sinon donner un nom à ce mode d'électrisation

 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 

 

 
Auteur: 
Sidy Mouhamed Ndiaye

Solution des exercices : Dosage acide - base - Ts

Classe: 
Terminale
 

Exercice 1

1) Bilan de matière des ions hydronium et hydroxyde :
$$\begin{array}{|c|ccccccc|} \hline \text{Etat du système}&H_{3}O^{+}&\ &+\ OH^{-}&\ &\rightarrow&\ &2H_{2}O\\ \hline \text{Avancement}& &|&nH_{3}O^{+}&|&n_{OH^{-}}&|&n_{H_{2}O}\\ \hline \text{Etat initial}& &|&n_{A}&|&n_{B}&|&\text{Excès}\\ \hline \text{Etat intermédiaire}&x&|&n_{A}-x&|&n_{B}-x&|&\text{Excès}\\ \hline \text{Etat final}&x_{max}&|&n_{A}-x_{max}&|&n_{B}-x_{max}&|&\text{Excès}\\ \hline \end{array}$$
 
$\begin{array}{lcl} n_{B}-x_{max}&=&0\\&\Rightarrow&x_{max}=n_{B} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} n_{A}-x_{max}&=&0\\&\Rightarrow&x_{max}=n_{A}\\&\Rightarrow& n_{B}=n_{A} \end{array}$
 
2) Calcul de la concentration molaire de la solution après neutralisation :
 
$\bullet\ \ $ $V_{A}=200\,mL\;,\ pH_{A}=2.0\text{ et }V_{B}=200\,mL\;,\ pH_{B}=12.0.$
 
$\begin{array}{lcl} n_{A}&=&C_{A}V_{A}\\&=&10^{-pH_{A}}V_{A}\\&=&10^{-2}\times200\cdot10^{-3}\\&=&2.0\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} n_{B}&=&C_{B}V_{B}\\&=&10^{-pH_{B}}V_{B}\text{ avec }C_{B}\\&=&\left[OH^{-}\right]\\&=&\dfrac{K_{e}}{10^{-pH_{B}}}\\&=&10^{14+pH_{B}}\\&\Rightarrow&n_{B}=10^{-14+pH_{B}}V_{B}\\&=&10^{-14+12.0}\times200\cdot10^{-3}\\&=&2.0\cdot10^{-3}mol\\&\Rightarrow&\dfrac{n_{A}}{1}=\dfrac{n_{B}}{1} \end{array}$
 
La réaction est totale.
 
La solution est neutre et $pH=7$
 
$\bullet\ \ $ $V_{A}=800\,mL\;,\ pH_{A}=2.0\text{ et }V_{B}=500\,mL\;,\ pH_{B}=12.0.$
 
$\begin{array}{lcl} n_{A}&=&C_{A}V_{A}\\&=&10^{-pH_{A}}V_{A}\\&=&10^{-2}\times800\cdot10^{-3}\\&=&8.0\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} n_{B}&=&10^{-14+pH_{B}}V_{B}\\&=&10^{-14+12.0}\times500\cdot10^{-3}\\&=&5.0\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
$\dfrac{n_{A}}{1}>\dfrac{n_{B}}{1}$, l'acide $HCl$ est en excès, la base $NaOH$ est le réactif limitant
 
$\begin{array}{lcl} \left[H_{3}O^{+}\right]&=&\dfrac{C_{A}V_{A}-C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&\Rightarrow&pH=-\log\dfrac{C_{A}V_{A}-C_{B}V_{B}}{V_{A}V_{B}}\\&=&-\log\dfrac{8.0\cdot10^{-3}-5.0\cdot10^{-3}}{800\cdot10^{-3}+500\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&pH=2.6 \end{array}$
 
$\bullet\ \ $ $V_{A}=300\,mL\;,\ pH_{A}=2.0\text{ et }V_{B}=200\,mL\;,\ pH_{B}=12.3.$
 
$\begin{array}{lcl} n_{A}&=&C_{A}V_{A}\\&=&10^{-pH_{A}}V_{A}\\&=&10^{-2}\times300\cdot10^{-3}\\&=&3.0\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} n_{B}&=&C_{B}V_{B}\\&=&10^{-14+pH_{B}}V_{B}\\&=&10^{-14+12.3}\times200\cdot10^{-3}\\&=&6.0\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
$\dfrac{n_{B}}{1}>\dfrac{n_{A}}{1}$, la base $NaOH$ est en excès, l'acide est le réactif limitant
 
$\begin{array}{lcl} \left[OH^{-}\right]&=&\dfrac{C_{B}V_{B}-C_{A}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&\Rightarrow&pH=14+\log\dfrac{C_{B}V_{B}-C_{A}V_{A}}{V_{A}V_{B}}\\&=&14+\log\dfrac{6.0\cdot10^{-3}-3.0\cdot10^{-3}}{300\cdot10^{-3}+200\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&pH=11.3 \end{array}$
 
3) Calcule de la concentration molaire des ions sodium et des ions chorure en solution dans trois cas.
 
$\bullet\ \ $ $V_{A}=200\,mL\;,\ pH_{A}=2.0\text{ et }V_{B}=200\,mL\;,\ pH_{B}=12.0.$
 
$\begin{array}{lcl} \left[Cl^{-}\right]&=&\dfrac{C_{A}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-pH_{A}}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-2}\times200\cdot10^{-3}}{200\cdot10^{-3}+200\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&\left[Cl^{-}\right]=5.0\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[Na^{+}\right]&=&\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-14+pH_{B}}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-14+12}\times200\cdot10^{-3}}{200\cdot10^{-3}+200\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&\left[Na^{+}\right]=5.0\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\bullet\ \ $ $V_{A}=800\,mL\;,\ pH_{A}=2.0\text{ et }V_{B}=500\,mL\;,\ pH_{B}=12.0.$
 
$\begin{array}{lcl} \left[Cl^{-}\right]&=&\dfrac{C_{A}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-pH_{A}}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-2}\times800\cdot10^{-3}}{800\cdot10^{-3}+500\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&\left[Cl^{-}\right]=6.2\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[Na^{+}\right]&=&\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-14+pH_{B}}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-14+12}\times500\cdot10^{-3}}{800\cdot10^{-3}+500\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&\left[Na^{+}\right]=3.8\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\bullet\ \ $ $V_{A}=300\,mL\;,\ pH_{A}=2.0\text{ et }V_{B}=200\,mL\;,\ pH_{B}=12.3.$
 
$\begin{array}{lcl} \left[Cl^{-}\right]&=&\dfrac{C_{A}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-pH_{A}}V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-2.0}\times300\cdot10^{-3}}{300\cdot10^{-3}+200\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&\left[Cl^{-}\right]=6.0\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[Na^{+}\right]&=&\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-14+pH_{B}}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-14+12.3}\times200\cdot10^{-3}}{300\cdot10^{-3}+200\cdot10^{-3}}\\&\Rightarrow&\left[Na^{+}\right]=8.0\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$

Exercice 2

1) Montrons que la concentration $C$ est voisine de $6\,mol\cdot L^{-1}$
 
$\begin{array}{lcl} C&=&\dfrac{m}{MV}\\&=&\dfrac{20\%m_{S}}{MV}\\&=&\dfrac{20\%\rho\,V}{MV}\\&=&\dfrac{20\%\rho}{M}\\&\Rightarrow&C=\dfrac{0.20\times 1000\times 1.2}{40}\\&\Rightarrow& C=6\,mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
2) Volume de la solution commerciale à prélever.
 
Au cours de la dilution le nombre de la base, le nombre de moles de la base reste constant :
 
$\begin{array}{lcl} n_{B}&=&CV_{0}\\&=&CV\\&\Rightarrow& V_{0}=\dfrac{CV}{C}\\&=&\dfrac{3\cdot 10^{-2}}{C}\\&\Rightarrow& V_{0}5\,mL \end{array}$
 
3) a) Une base est une espèce chimique susceptible de capter au moins un proton
 
b) Calcule du $pH$ de la solution diluée
 
$pH=14+\log\,C=14+\log\,3\cdot 10^{-2}\Rightarrow pH=12.5$
 
4) a) Équation de la réaction :
 
$H_{3}O^{+}\ +\ OH^{-}\ \rightarrow\ 2H_{2}O$ ou
 
$HCl\ +\ NaOH\ \rightarrow\ NaCl\ +\ H_{2}O$
 
b) Calcule de la concentration de la solution diluée :
 
$\Rightarrow C_{B}=\dfrac{C_{A}V_{A}}{V_{B}}=\dfrac{1\cdot 10^{-2}\times 15}{5}$
 
$n_{B}=n_{A}\Rightarrow C_{B}V_{B}=C_{A}V_{A}\Rightarrow C_{B}=3\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1}$
 
On retrouve bien la valeur souhaitée

Exercice 3

 
1) a) Les coordonnées du point d'équivalence : $E\left(pH_{E}=4\ ;\ V_{E}=12.5\,mL\right)$
 
b) Le $pK_{A}$ de la base est : $pK_{A}=6.4$
 
2) Équation de la réaction de dosage :
 
$HCO_{3}^{-}\ +\ H_{3}O^{+}\ \rightarrow\ H_{2}CO_{3}$
 
Concentration molaire de la base :
 
$\begin{array}{lcl} C_{B}&=&\dfrac{C_{A}V_{A}}{V_{B}}\\&=&\dfrac{1\cdot 10^{-1}\times 12.5}{50}\\&\Rightarrow& C_{B}=2.5\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
Concentration massique de la base :
 
$\begin{array}{lcl} C_{m_{B}}&=&C_{B}\times M_{HCO_{3}^{-}}\\&=&2.5\cdot 10^{-2}\times(1.0+12+3\times16)\\&\Rightarrow&C_{m_{B}}=1.5\,g\cdot L^{-1} \end{array}$
 
3) Détermination du titre alcalimétrique $T.A.C$
 
$\begin{array}{lcl} C_{B}V_{B}&=&C_{A}V_{A}\\&\Rightarrow&V_{A}=\dfrac{C_{B}V_{B}}{C_{A}}\\&=&\dfrac{2.5\cdot 10^{-2}\times 100}{2\cdot 10^{-2}}\\&\Rightarrow& V_{A}=125\,mL \end{array}$

Exercice 4

 
1) a) La courbe est croissante : on part d'un $pH$ acide et on atteint des $pH$ basiques
 
Cette courbe comporte quatre parties essentielles :
 
     $\bullet\ \ 0\,mL\leq V_{b}\geq 5\,mL$ où le $pH$ croit assez nettement
     
     $\bullet\ \ 5\,mL\leq V_{b}\geq 9\,mL$ où le $pH$ varie peu, la courbe est quasiment rectiligne ;
     
     $\bullet\ \ 9\,mL\leq V_{b}\geq 13\,mL$, où l'on observe une variation de $pH$, brusque mais moins importante que pour l'acide fort
     
     $\bullet\ \ V_{b}\geq 3\,mL$ où le $pH$ varie faiblement et tend vers une asymptote horizontale
 
b) L'acide $AH$ est un acide faible puisque la courbe présente deux points d'inflexion $E$ et $E_{1/2}$
 
2) a) La valeur du $PH$ à l'équivalence est déterminée par méthode des tangentes : $pH=8.8$
 
b) La constante d'acidité $pK_{A}$ du couple $AH/A^{-}$  correspond à l'ordonnée du volume à la demi-équivalence $pK_{A}=4.8$
 
3) Le point d'équivalence d'un tirage ou plus largement  d'une réaction chimique est le point où l'espèce chimique à tirer et l'espèce titrante ont été mélangés dans des proportions stoechiométriques. 
 
A l'équivalence du tirage, ces deux espèces sont complètement consommées et donc leur quantité de matière est nulle.
 
$\bullet\ \ $Calcul de la concentration $C_{A}$ de la solution de l'acide $AH$
 
A l'équivalence :
 
$\begin{array}{lcl} C_{A}V_{A}&=&C_{B}V_{B}\\&\Rightarrow& C_{A}=\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}}\\&=&\dfrac{0.1\times 10}{20}\\&\Rightarrow& C_{A}=0.1\,mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
4) a) Équation de la réaction de dosage
$$AH\ +\ OH\ \rightarrow\ A^{-}\ +\ H_{2}O$$
 
Montrons que la réaction est pratiquement totale
 
$\begin{array}{lcl} K_{R}&=&\dfrac{[A^{-}]}{[AH][OH^{-}]}\\&=&\dfrac{[A^{-}]\left[H_{3}O^{+}\right]}{[AH]\left[OH^{-}\right]\left[H_{3}O^{+}\right]}\\&=&\dfrac{K_{A}}{Ke}\\&\Rightarrow&K_{R}=\dfrac{10^{-4.8}}{10^{-14}}\\&=&10^{9.2}\\&\Rightarrow&K_{R}>10^{4} \end{array}$
 
La réaction est pratiquement totale
 
b) A l'équivalence la solution est une solution de base faible : la solution est donc basique
  
c) Vérifions que le $pH$ à l'équivalence $E$ est donné par la relation :
 
$pH_{E}=\left(pKe+pKa+\log\,C'_{AE}\right)$
 
Pour $pKa=4.8\quad C'_{AE}=\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\Rightarrow$
 
$\begin{array}{lcl} pH&=&\dfrac{1}{2}\left(14+pK_{A}+\log\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\right)\\&=&\dfrac{1}{2}\left(14+4.8+\log\dfrac{0.1\times 10}{20+10}\right)\\&\Rightarrow& pH=8.7\\&\Rightarrow&pH_{E}=8.8 \end{array}$
 
5) a)
$\bullet\ \ $Le $Ph$ diminue avec la concentration qui diminue avec la dilution. 
 
Le $pH$ initial de la solution acide augmente donc avec la dilution
 
$\bullet\ \ $La dilution n'a pas d'effet sur le $pH$ à la demi-équivalence, car ce $pH$ est indépendant de la concentration ; car il faut $pH=pK_{A}$
 
$\bullet\ \ $La dilution n'a pas d'effet sur le volume $V_{BE}$ de base versé à l'équivalence car, cette dilution apporte autant ions $H_{3}O^{+}$ que d'ions $OH^{-}$
 
$\bullet\ \ $Le $pH$ à l'équivalence augmente avec la dilution car la concentration diminue
 
b) Calcule du volume $Ve$ d'eau
 
Au cours de la dilution, le nombre moles d'acide reste contant :
 
$\begin{array}{lcl} n_{A}&=&C'_{AE}\left(V_{e}+V_{a}\right)V_{e}\\&=&C_{A}V_{a}\\\Rightarrow V_{e}&=&\left(\dfrac{C_{A}}{C'_{AE}}-1\right)V_{a}\\\Rightarrow V_{e}&=&\left(\dfrac{C_{A}}{10^{2\,pH_{E}-\left(pK_{A}+pK_{e}\right)}}-1\right)V_{a}\\\Rightarrow V_{e}&=&\left(\dfrac{10^{-1}}{10^{2\times(8.8-0.15)-(4.8+14)}}-1\right)V_{a}\\\Rightarrow V_{e}&=&43\,mL \end{array}$
 
6) a) La teinte sensible d'un indicateur coloré correspond à la zone de virage de cet indicateur coloré (ou la teinte sensible est le nom donné à la couleur que prend la solution dans la zone de virage).
 
b) La phénolphtatéine est l'indicateur approprié car le $pH$ à l'équivalence $\left(pH_{E}=8.8\right)$ appartient à la zone de virage cet indicateur $(8.2-10.0)$

Exercice 5

1) Schéma annoté du dispositif
 
 
2) Tracé de la courbe
 
 
3) a) A l'équivalence à $pH_{E}=8.3$ et il s'agit d'un acide faible (pour un dosoge d'un acide fort par une base forte, à l'équivalence, $pH_{E}=7$)
 
b) A la demi-équivalence : $pH=pK_{A}=4.2$ et l'acide est l'acide benzoique
 
c) La valeur du $pH$ initial est : $pH=2.81$
 
$-\ $ Calcule de la concentration $C_{a}$ de l'aide
 
L'acide est faiblement dissocié : 
 
$\begin{array}{lcl} pH&=&\dfrac{1}{2}\left(pK_{A}-\log\,C_{a}\right)\\&\Rightarrow& C_{a}=10^{-2pH+pK_{A}}\\&=&10^{-2\times 2.81+4.2}\\&\Rightarrow& C_{a}=3.8\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
4) Équation de la réaction du dosage :
 
$C_{6}H_{5}COOH\ +\ OH^{-}\ \rightarrow\ C_{6}H_{5}CO^{-}\ +\ H_{2}O$
 
5) Calcule de la concentration $C_{b}$ de la base :
 
A l'équivalence :
 
$\begin{array}{lcl} n_{b}&=&n_{a}\\&\Rightarrow& C_{a}V_{b}=C_{a}V_{a}\\&\Rightarrow& C_{b}=\dfrac{C_{a}V_{a}}{V_{b}}\\&=&\dfrac{3.8\cdot10^{-2}\times 20}{10}\\&\Rightarrow&C_{b}=7.6\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
6) Tracé de la courbe
 
 

Exercice 6

1) a) Cette solution est basique car son $pH$ est supérieur à $7$
 
b) L'espèce conjuguée est l'ion ammonium de formule : $NH_{4}^{+}$
 
c) Le couple acide-base auquel appartient l'ammoniac est : $NH_{4}^{+}|NH_{3}$
 
d) Diagramme de prédominance, en fonction de $pH$, des espèce de ce couple
 
 
Le $pH>pK_{A}\;,\ NH_{3}$ est l'espèce prédominante dans la solution $S$
 
2) a) Équation de la réaction support du dosage
 
$H_{3}O^{+}\ +\ NH_{3}\ \rightarrow\ NH_{4}^{+}\ +\ H_{2}O$ ou
 
$HCl\ +\ NH_{3}\ \rightarrow\ NH_{4}^{+}\ +\ Cl^{-}\ +\ H_{2}O$
 
La transformation chimique est rapide et totale
 
b) Expression de la constante d'équilibre $K_{r}$ en fonction de la constante d'acidité $Ka.$
 
$\begin{array}{lcl} K_{r}&=&\dfrac{\left[NH_{4}^{+}\right]}{\left[H_{3}O^{+}\right]\left[NH_{3}\right]}\\&\text{or }K_{A}&=\dfrac{\left[H_{3}O^{+}\right]\left[NH_{3}\right]}{\left[NH_{4}^{+}\right]}\\&\Rightarrow&K_{r}=\dfrac{1}{K_{A}} \end{array}$
 
Calculer sa valeur de la constante de réaction
 
$\begin{array}{lcl} K_{r}&=&\dfrac{1}{K_{A}}\\&=&\dfrac{1}{6.3\cdot10^{-10}}\\&\Rightarrow&K_{r}=1.6\cdot10^{9} \end{array}$
 
$K_{r}\geq 10^{4}$, la réaction est totale
 
c) Détermination de la concentration molaire $C$ de la solution 
 
A l'équivalence :
 
$\begin{array}{lcl} n_{B}&=&n_{A}\\&\Rightarrow& CV=C_{A}V_{A}\\&\Rightarrow& C=\dfrac{C_{A}V_{A}}{V}\\&=&\dfrac{5.00\cdot10^{-1}\times10.8}{10.0}\\&\Rightarrow&C=5.40\cdot10^{-1}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
Concentration $C_{0}$ de la solution commerciale
 
$\begin{array}{lcl} C&=&\dfrac{C_{0}}{20}\\&\Rightarrow&C_{0}=20C\\&=&20\times5.40\cdot10^{-1}\\&\Rightarrow&C_{0}=10.8\,mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
d) Détermination de l'expression du pourcentage massique de la solution commerciale en fonction de $C_{0}$ ; $M$ et $\mu.$
 
$\begin{array}{lcl} C_{0}&=&\dfrac{m_{NH_{3}}}{M\times V_{\text{Solution}}}\\&=&\dfrac{x\times m_{\text{Solution}}}{M\times V_{\text{Solution}}}\\&=&\dfrac{x\times\mu\times V_{\text{Solution}}}{M\times V_{\text{Solution}}}\\&=&\dfrac{x\times\mu}{M}\\&\Rightarrow& x=\dfrac{C_{0}M}{\mu}\\&=&\dfrac{10.8\times 17}{920}\\&\Rightarrow&x=0.20\ ;\ \text{soit }x=20\% \end{array}$
 
Cette valeur correspond bien au pourcentage massique de l'ammoniac
 
3) a) Détermination les quantités de matière $n_{1}$ d'ammoniac et $n_{2}$ d'acide chlorhydrique introduites
 
$\begin{array}{lcl} n_{1}&=&CV\\&=&5.4\cdot10^{-1}\times10.0\cdot10^{-3}\\&\Rightarrow&n_{1}=5.4\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} n_{2}&=&C_{A}V_{A}\\&=&5.00\cdot10^{-1}\times6.0\cdot10^{-3}\\&\Rightarrow&n_{2}=3.0\cdot10^{-3}mol \end{array}$
 
b) Détermination de l'avancement final, l'avancement maximal à l'aide d'un tableau descriptif de l'évolution du système chimique
$$\begin{array}{|c|c|ccccccc|} \hline \text{Système}&\text{Avancement}&H_{3}O^{+}\ &+&\ NH_{3}\ &\rightarrow&NH_{4}^{+}&+&\ H_{2}O\\ \hline \text{Initial}&x=0&0&|&5.4\cdot10^{-3}&|&0&|&0\\ \hline \text{Intermédiaire}&x&C_{A}V_{A}-x&|&5.4\cdot10^{-3}-x&|&x&|&x\\ \hline \text{Final}&x_{f}&C_{A}V_{A}-x_{f}&|&5.4\cdot10^{-3}-x_{f}&|&x_{f}&|&x_{f}\\ \hline \end{array}$$
 
L'avancement final correspond à :
 
$5.4\cdot10^{-3}-x_{f}=0\Rightarrow x_{f}=5.4\cdot10^{-3}mol$
 
Lorsque la quantité initiale de base introduite est consommée l'avancement est maximal : $x_{f}=x_{max}$
 
c) Montrons que la transformation est quasi-totale
 
$\tau=\dfrac{x_{f}}{n_{B}}=\dfrac{x_{f}}{CV}=\dfrac{5.4\cdot10^{-3}}{5.4\cdot10^{-1}\times10.0\cdot10^{-3}}$
$$\Rightarrow\tau=1$$
 
La transformation est quasi-totale

Exercice 7

1) Schéma annoté du dispositif expérimental
 
 
2) Tracé des courbes $pH_{1}=f\left(V_{B1}\right)$ et $pH_{2}=f\left(V_{B2}\right)$
 
 
3) Identification sur le graphique de l'acide fort et l'acide faible
 
$AH_{1}$ est l'acide fort et $AH_{2}$ est l'acide faible
 
4) Calcule des concentration des deux acides
 
A l'équivalence :
 
$-\ $ acide fort :
 
$\begin{array}{lcl} n_{AH_{1}}&=&n_{b}\\&\Rightarrow&C_{AH_{1}}V_{AH_{1}}\\&=&C_{b}V_{E}\\&\Rightarrow&C_{AH_{1}}=\dfrac{C_{b}V_{E}}{V_{AH_{1}}}\\&\Rightarrow&C_{AH_{1}}=\dfrac{0.1\times10}{10}\\&\Rightarrow&C_{AH_{1}}=10^{-1}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$-\ $ acide faible :
 
$\begin{array}{lcl} n_{AH_{2}}&=&n_{b}\\&\Rightarrow&C_{AH_{2}}V_{AH_{2}}\\&=&C_{b}V_{E}\\&\Rightarrow&C_{AH_{2}}=\dfrac{C_{b}V_{E}}{V_{AH_{2}}}\\&\Rightarrow&C_{AH_{2}}=\dfrac{0.1\times10}{10}\\&\Rightarrow&C_{AH_{2}}=10^{-1}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
5) Détermination du $pK_{A}$ et la constante d'acidité $K_{A}$ de l'acide faible.
 
A la demi-équivalence : $pH=pK_{A}=4.8$
 
$K_{A}=10^{-pK_{A}}=10^{-4.8}=1.6\cdot10^{-5}$
 
6) Valeur $pH$ de la solution acide lorsqu'on continue à ajouter la solution 
 
Après l'équivalence, la solution est basique :
 
$\begin{array}{lcl} pH&=&14+\log\,C'_{b}\\&=&14+\log\dfrac{C_{b}V_{b}-C_{a}V_{a}}{V_{b}+V_{a}}\\&=&14+\log\dfrac{V_{b}\left(C_{b}-C_{a}\dfrac{V_{a}}{V_{b}}\right)}{V_{a}\left(1+\dfrac{V_{a}}{V_{b}}\right)}\\&=&14+\log\dfrac{\left(C_{b}-C_{a}\dfrac{V_{a}}{V_{b}}\right)}{\left(1+\dfrac{V_{a}}{V_{b}}\right)}\\\\&\Rightarrow&pH=14+\log\,C_{b}\\&=&14+\log0.1V_{b}V_{a}\\&\Rightarrow&\dfrac{V_{a}}{V_{b}}\approx 0\\&\Rightarrow&pH=13 \end{array}$

Exercice 8

1) Montrons que la concentration molaire $C$ est voisine de $6\,mol\cdot L^{-1}$
 
$\begin{array}{lcl} C&=&\dfrac{n}{V}\\&=&\dfrac{m}{MV}\\&=&\dfrac{20\%m_{\text{}Solution}}{MV}\\&=&\dfrac{20\%\rho V}{MV}\\&=&\dfrac{20\%\rho}{M}\\&=&\dfrac{20\%\mathrm{d}\rho_{eau}}{M}\\&\Rightarrow&C=\dfrac{0.20\times1.2\times1000}{40}\\&\Rightarrow&C=6\,mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
2) Volume de la solution commerciale à prélever
 
Au cours de la dilution le nombre de moles de la soude reste constant :
 
$\begin{array}{lcl} n_{b}&=&CV\\&=&C'V'\\&\Rightarrow&V=\dfrac{C'V'}{C}\\&\Rightarrow&V=\dfrac{3\cdot10^{-2}\times1}{6}\\&\Rightarrow&V=5\,mL \end{array}$
 
3) a) Une base forte est une base qui s'ionise totalement dans l'eau en donnant des ions $HO^{-}$
 
b) Calcul du pH de la solution diluée 
 
$pH=14+\log\,C'=14+\log3\cdot10^{-2}\Rightarrow pH=12.5$
 
4) a) Équation – bilan de la réaction
$$H_{3}O^{+}\ +\ OH^{-}\ \rightarrow\ 2H_{2}O\quad\text{ou}$$
$$HCl\ +\ NaOH\ \rightarrow\ NaCl\ +\ H_{2}O$$
 
b) Calcul de la concentration de la solution diluée
 
A l'équivalence :
 
$\begin{array}{lcl} n_{b}&=&n_{a}\\&=&C_{b}V_{b}\\&=&C_{a}V_{a}\\&\Rightarrow&C_{b}=\dfrac{C_{a}V_{a}}{V_{b}}\\&\Rightarrow&V=\dfrac{10^{-2}\times15}{5}\\&\Rightarrow&C_{b}=3\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
On retrouve bien la valeur souhaitée.

Exercice 9

1) a) Représentation graphique $pH=f(x)$
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \dfrac{V_{B}}{V_{A}}&\dfrac{1}{5}&\dfrac{1}{4}&\dfrac{1}{3}&\dfrac{1}{2}&1&2&3&4&5\\ \hline x&-0.7&-0.6&-0.5&-0.3&0&0.3&0.5&0.6&0.7\\ \hline pH&3.1&3.2&3.3&3.5&3.8&4.1&4.3&4.4&4.5\\ \hline \end{array}$$
 
 
b) Le graphe représentant le $pH$ en fonction de $x$ est une fonction affine qui peut se mettre sous la forme : $pH=a+bx$
 
$a$ est l'ordonnée à l'origine :
 
$b$ est le coefficient directeur de la droite
 
$\begin{array}{lcl} b&=&\dfrac{\Delta pH}{\Delta x}\\&=&\dfrac{(4.5-3.1)}{(0.7-(-0.7))}\\&\Rightarrow&b=1\\&\Rightarrow&pH=3.8+\log x \end{array}$
 
2) Montrons que pour une même concentration d'acide et de base, $\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}=\dfrac{V_{B}}{V_{A}}$
 
Dans le mélange :
 
$\left[RCOO^{-}\right]=\dfrac{CV_{B}}{V_{A}+V_{B}}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[RCOO^{-}\right]&=&\dfrac{CV_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&\Rightarrow&\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}\\&=&\dfrac{\dfrac{CV_{B}}{V_{A}+V_{B}}}{\dfrac{CV_{A}}{V_{A}+V_{B}}}\\&=&\dfrac{CV_{B}}{V_{A}+V_{B}}\times\dfrac{V_{A}+V_{B}}{CV_{A}}\\&\Rightarrow&\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}=\dfrac{V_{B}}{V_{A}} \end{array}$
 
3) a) Expression du $pH$ du mélange obtenu en fonction du $pKa$ et du rapport : $\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}$
 
Équation de la réaction :
 
$RCOOH\ +\ H_{2}O\ \rightarrow\ RCOO^{-}\ +\ H_{3}O^{+}$
 
La constante de réaction s'écrit : 
 
$\begin{array}{lcl}K_{A}=\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]\left[H_{3}O^{+}\right]}{\left[RCOOH\right]}\\&\Rightarrow&\log K_{A}=\log\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]\left[H_{3}O^{+}\right]}{\left[RCOOH\right]}\\&=&\log\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}+\log\left[H_{3}O^{+}\right]\\&\Rightarrow&-\log\left[H_{3}O^{+}\right]\\&=&-\log K_{A}+\log\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}\\&\Rightarrow&pH=pK_{A}+\log\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]} \end{array}$
 
b) Le $pKa$ de l'acide
 
$pH=3.8+\log x=pH=3.8+\log\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}$
 
et $pH=pK_{A}+\log\dfrac{\left[RCOO^{-}\right]}{\left[RCOOH\right]}$
 
Par identification :
 
$pK_{A}=3.8$

Exercice 10

1.1. Équation- bilan entre l'acide éthanoïque et l'eau
 
$CH_{3}COOH\ +\ H_{2}O\ \rightarrow\ CH_{3}COO^{-}\ +\ H_{3}O^{+}$
 
1.2.1. Expression du $pH$ et calcul du rapport $\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}$
 
$\begin{array}{lcl} pH&=&pKa+\log\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}\\&\Rightarrow&\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}\\&=&10^{pH-pKa}\\&=&10^{3.4-4.78}\\&\Rightarrow&\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}=4.2\cdot10^{-2} \end{array}$
 
1.2.2. Calcul des concentrations molaires des espèces chimiques présentes dans $S_{1}.$
 
Espèces chimiques présentes dans la solution $S_{1}$ :
 
$H_{3}O^{+}\;,\ CH_{3}COOH\;,\ CH_{3}COO^{-}\;,\ H_{2}O\;,\ OH^{-}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[H_{3}O^{+}\right]&=&10^{-pH}\\&=&10^{-3.4}\\&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]=3.98\cdot 10^{-4}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[OH^{-}\right]&=&\dfrac{Ke}{\left[H_{3}O^{+}\right]}\\&=&\dfrac{10^{-14}}{3.98\cdot10^{-4}}\\&\Rightarrow&\left[OH^{-}\right]=2.5\cdot 10^{-11}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
Electroneutralité de la solution : $\left[CH_{3}COO^{-}\right]+\left[OH^{-}\right]=\left[H_{3}O^{+}\right]$ solution acide, on néglige les ions $\left[OH^{-}\right]\Rightarrow\left[CH_{3}COO^{-}\right]=\left[H_{3}O^{+}\right]=3.98\cdot10^{-4}mol\cdot L^{-1}$
 
$\begin{array}{lcl}\left[CH_{3}COOH\right]&=&\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{4.2\cdot10^{-2}}\\&=&\dfrac{3.98\cdot10^{-4}}{4.2\cdot10^{-2}}\\&\Rightarrow&\left[CH_{3}COOH\right]=9.5\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1}\end{array}$
 
1.2.3. Concentration $C_{A}$ de la solution $S_{1}$
 
La concentration de la matière s'écrit :
 
$\left[CH_{3}COOH\right]+\left[CH_{3}COO^{-}\right]=C_{A}$
 
la dissociation de l'acide étant faible $\Rightarrow C_{A}\approx\left[CH_{3}COOH\right]=9.5\cdot10^{-3}mol\cdot L^{-1}$
 
1.2.4. Détermination de la masse $m$ introduite
 
$\begin{array}{lcl} m&=&n\times M\\&=&C_{A}V\times M\\&=&9.5\cdot10^{-3}\times 1\times(12\times2+4\times1+16\times2)\\&\Rightarrow&m=0.75\,g \end{array}$
 
2.1. Les espèces chimiques présentes dans $S_{2}$ :
 
$H_{3}O^{+}\;,\ CH_{3}COOH\;,\ CH_{3}CO^{-}\;,\ H_{2}O\;,\ OH^{-}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[H_{3}O^{+}\right]&=&10^{-pH}\\&=&10^{-8.4}\\&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]=3.98\cdot10^{-9}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[OH^{-}\right]&=&\dfrac{Ke}{\left[H_{3}O^{+}\right]}\\&=&\dfrac{10^{-14}}{3.98\cdot 10^{-9}}\\&\Rightarrow&\left[OH^{-}\right]=2.5\cdot 10^{-6}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\left[Na^{+}\right]=C_{B}=10^{-2}mol\cdot L^{-1}$
 
Electroneutralité de la solution :
 
$\left[CH_{3}COO^{-}\right]+\left[OH^{-}\right]=\left[H_{3}O^{+}\right]+\left[Na^{+}\right]$, 
 
on néglige les concentrations des ions $H_{3}O^{+}$ et $OH^{-}$ devant celle des ions $Na^{+}$
 
$\Rightarrow\left[CH_{3}COO^{-}\right]\approx\left[Na^{+}\right]=C_{B}=10^{-2}mol\cdot L^{-1}$
 
La concentration de la matière s'écrit :
 
$\begin{array}{lcl} \left[CH_{3}COOH\right]+\left[CH_{3}COO^{-}\right]&=&C_{B}\\&\Rightarrow&\left[CH_{3}COOH\right]&=&C_{B}-\left[CH_{3}COO^{-}\right]\\&\approx&0mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
2.3.  Calcul de la valeur $pKa$ du couple acide/base
 
$\begin{array}{lcl} pH&=&\dfrac{1}{2}\left(14+pK_{A}+\log\,C_{B}\right)\\&\Rightarrow&pK_{A}=2pH-14-\log\,C_{B}\\&\Rightarrow&pK_{A}=2\times 8.4-14-\log\,10^{-2}\\&\Rightarrow&pK_{A}=4.8 \end{array}$
 
Les valeurs de $pKa$ sont équivalentes
 
3.1. Montrons que :
 
$\left[CH_{3}COOH\right]=\left[CH_{3}COO^{-}\right]$
 
Electroneutralité de la solution :
 
$\left[CH_{3}COO^{-}\right]+\left[OH^{-}\right]=\left[H_{3}O^{+}\right]+\left[Na^{+}\right]$
 
on néglige les concentrations des ions $H_{3}O^{+}$ et $OH^{-}$ devant celle des ions $Na^{+}$
 
$\begin{array}{lcl} \Rightarrow\left[CH_{3}COO^{-}\right]&\approx&\left[Na^{+}\right]\\&=&\dfrac{C_{B}V_{B}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-2}\times 20}{20+20}\\&=&5\cdot 10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[CH_{3}COOH\right]&=&\dfrac{10^{-2}\times V_{A}}{V_{A}+V_{B}}\\&=&\dfrac{10^{-2}\times 20}{30+20}\\&=&5\cdot 10^{-3}mol\cdot L^{-1}\\&\Rightarrow&\left[CH_{3}COOH\right]=\left[CH_{3}COO^{-}\right] \end{array}$
 
3.2.  $pH$ de la solution $S$
 
$pH=pKa+\log\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}$
 
or $\left[CH_{3}COOH\right]=\left[CH_{3}COO^{-}\right]$
 
$\Rightarrow\,pH=pKa=4.75$
 
3.3. Nom et propriétés de la solution
 
La solution est une solution tampon et, le $pH$ varie peu lors de l'addition modérée d'un acide fort ou d'une base forte ; ou lors d'une dilution.

Exercice 11

1.1 Détermination du volume $V_{0}$ de la solution commerciale
 
Le nombre de moles de l'acide ne varie pas :
 
$C_{0}V_{0}=C_{a}V_{a}$
 
$\Rightarrow\,V_{0}=\dfrac{C_{a}V_{a}}{C_{0}}$ or
 
$\begin{array}{lcl} C_{0}&=&\dfrac{m}{MV_{S}}\\&=&\dfrac{99\%m_{S}}{MV_{S}}\\&=&\dfrac{99\%\rho\,V_{S}}{MV_{S}}\\&=&\dfrac{99\%\rho}{M}\\&\Rightarrow&V_{0}=\dfrac{C_{a}V_{a}}{\dfrac{99\%\rho}{M}}\\&=&\dfrac{C_{a}V_{a}M}{99\%\rho}\\&=&\dfrac{0.1\times 1\times 60}{0.99\times 1050}\\&\Rightarrow&V_{0}=5.8\,mL \end{array}$
 
1.2 Équation bilan de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau
 
$CH_{3}COOH+H_{2}O\ \rightarrow\ CH_{3}COO^{-}+H_{3}O^{+}$
 
2.1. Détermination de la masse $m_{b}$ d'éthanoate de sodium
 
$m_{B}=C_{b}V_{b}\times M=0.3\times 500\cdot 10^{-3}\times 82$
 
$\Rightarrow\,m_{b}=12.3\,g$
 
2.2. Équation de la dissociation de l'éthanoate de sodium dans l'eau
 
$CH_{3}COONa\ \rightarrow\ CH_{3}COO^{-}+Na^{+}$
 
2.3. Équation de la réaction entre un ion éthanoate et l'eau
 
$CH_{3}COO^{-}+H_{2}O\ \rightarrow\ CH_{3}COOH+OH^{-}$
 
3.1. Propriétés d'une solution tampon
 
Le $pH$ varie peu lors de l'addition modérée d'un acide fort ou d'une base forte ; ou lors d'une dilution
 
3.2. Expression de la constante d'acidité $Ka$ du couple d'acide éthanoïque ion/éthanoate
 
$Ka=\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]\left[H_{3}O^{+}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}$
 
$\begin{array}{lcl} \log\,Ka&=&\log\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]\left[H_{3}O^{+}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}\\&\Rightarrow&\log\,Ka=\log\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}+\log\left[H_{3}O^{+}\right]\\&\Rightarrow&-pKa=-pH+\log\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]}\\&\Rightarrow&pH=pKa+\log\dfrac{\left[CH_{3}COO^{-}\right]}{\left[CH_{3}COOH\right]} \end{array}$
 
3.3.  $pH=pKa$ lorsque $\left[CH_{3}COOH\right]=\left[CH_{3}COO^{-}\right]$
 
3.4. Détermination les volumes d'acide éthanoïque et d'éthanoate de sodium à utiliser
 
$\left[CH_{3}COOH\right]=\dfrac{C_{a}V_{a}}{V_{a}+V_{b}}$ ;
 
$\left[CH_{3}COOH\right]=\dfrac{C_{b}V_{b}}{V_{a}+V_{b}}$ ;
 
$\left[CH_{3}COOH\right]=\left[CH_{3}COO^{-}\right]$
 
$\begin{array}{lcl} \left[CH_{3}COOH\right]&=&\left[CH_{3}COO^{-}\right]\\&\Rightarrow&\dfrac{C_{a}V_{a}}{V_{a}+V_{b}}=\dfrac{C_{b}V_{b}}{V_{a}+V_{b}}\\&\Rightarrow&C_{a}V_{a}=C_{b}V_{b}\\&\Rightarrow&V_{a}=\dfrac{C_{b}}{C_{a}}V_{b}\text{ or }V_{a}+V_{b}=V\\&\Rightarrow&\dfrac{C_{b}}{C_{a}}V_{b}+V_{b}=V\\&\Rightarrow&V_{b}=\dfrac{V}{\dfrac{C_{b}}{C_{a}}}+1\\&=&\dfrac{100}{\dfrac{0.3}{0.1}}+1\\&\Rightarrow&V_{b}=25\,mL \end{array}$
 
$V_{a}=V-V_{b}=100-25\Rightarrow\,V_{a}=75\,mL$
 
4.1.  Tracé de la courbe $pH=f\left(V_{b}\right)$
 
4.2. Détermination graphique des coordonnées du point d'équivalence $E$
 
A l'équivalence : $V_{E}=20\,mL\text{ et }pH_{E}=8.8$
 
4.3. Valeur de la concentration molaire $Ca$ de la solution d'acide éthanoïque
 
$\begin{array}{lcl}C_{a}V_{a}&=&C_{b}V_{E}\\&\Rightarrow&C_{a}=\dfrac{C_{b}V_{E}}{V_{a}}\\&=&\dfrac{0.1\times 20}{20}\\&\Rightarrow&C_{a}=0.1\,mol\cdot L^{-1}  \end{array}$
 
4.4. Valeur du $pKa$ du couple $CH_{3}COOH|CH_{3}COO^{-}$
 
$pKa=4.75$
 
Auteur: 
Amary Thiam & Sidy Mouhamed Ndiaye

Série d'exercices : Les hydrocarbures insaturés : alcènes et alcynes - 1er s

Classe: 
Première
 

Exercice 1

A) Nommer les composés instaurés suivants :
 
1) $CH_{3}-CH_{2}-CH=CH-CH_{3}$
 
2) $CH_{3}-CH\left(C_{2}H_{5}\right)-CH=CH-CH_{2}-CH_{3}$
 
3) 
 
4) 
 
5) $CH_{3}-C\equiv C-CH\left(C_{2}H_{5}\right)-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3}$
 
6) $CH_{3}-C\equiv C-CH\left(C_{2}H_{5}\right)-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3}$
 
7) $CH\equiv C-C\left(CH_{3}\right)_{2}-CH\left(C_{2}H_{5}\right)-CH_{3}$
 
B) Donner les formules des divers corps et leur noms dans les réaction suivantes :
 
$C_{2}H_{5}OH\ \longrightarrow\ W+H_{2}O$
 
$W+Cl_{2}\ \longrightarrow\ X$
 
$X\ \longrightarrow\ Y+HCl$
 
$Y\ \longrightarrow\ Z$ par polymérisation
 
Préciser l'intérêt du polymère obtenu

Exercice 2

Écrire la formule semi-développée des hydrocarbures suivants :
 
a) $3-\text{éthyl}\;,\ 2-\text{méthylpent}-2-\text{ène.}$
 
b) $3.6-\text{diéthyloct}-4-\text{yne.}$
 
c) $2.4-\text{diméthylpent}-2-\text{ène}$
 
d) hex$-2-$yne
 
e) $1.2-$dibromocyclobutène
 
f) $2-\text{chlorobuta}-1.3-\text{diène}$
 
g) vinyclopropane
 
h) $4.6-\text{dipropylnon}-4-\text{ène}$
 
i) $6-\text{métthylpet}-2.4-\text{diyne}$
 
j) $3-\text{éthyl}-1.4-\text{diméthyl}-5-\text{tert}-\text{butyl}-2-\text{vinylcyclohexène}$
 
k) But$-3-$ène
 
l) $\text{Pent}-3-\text{ynec}$
 
m) $2-\text{éthlprop}-1-\text{ène}$
 
n) $2-$méthylcyclopentène 
 
o) buta$-1.3-$diène 
 
p) $Z-2.4-\text{diméthylpent}-2-\text{ène}$
 
q) $E-3.4-\text{diméthylpent}-2-\text{ène}$

Exercice 3

Soit $A$ u hydrocarbure aliphatique insaturé, de masse molaire $M=68\,g\cdot mol^{-1}$, dont la chaine carbonée renferme une triple liaison.
 
a) Trouver la formule brute de l'hydrocarbure $A.$
 
b) trouver tous les isomères possibles de $A$ et les nommer.
 
On donne :
 
$M(H)=1\,g\cdot mol^{-1}\text{ et }M(C)=12\,g\cdot mol^{-1}$

Exercice 4

Un alcène $A$ réagit très rapidement, mole à mole, avec du dibrome.
 
Le produit $B$ obtenu contient $74\%$ (masse) de dibrome.
 
1) Quelle est la masse molaire de $B$ ?
 
2) En déduire la masse molaire et la formule brute de $A.$
 
3) Représenter tous les isomères possible pour $A$ et les nommer ; tenir compte des stéréoisomères s'il y a lieu.
 
4) l'hydratation de $A$ conduit préférentiellement à l'alcool $D$, alors que l'hydratation des isomères de $A$ conduit préférentiellement au même alcool $E$, isomère de $D.$ 
 
En déduire les formules de $A$, $B$, $D$ et $E.$
 
On donne, en $g\cdot mol^{-1}$, les masses molaires : $C\ :\ 12\;,\ H\ :\ 1\;,\ Br\ :\ 80$

Exercice 5

1) Un hydrocarbre aliphatique saturé $(A)$ a une masse molaire moléculaire $M=58\,g\cdot mol^{-1}.$
 
a) Trouver la formule brute de $(A)$
 
b) Écrire les formules semi-développées possibles et donner le nom des différents isomères de $(A).$
 
c) Identifier l'isomère $\left(A_{1}\right)$ de $(A)$ sachant qu'il présente une chaine ramifiée.
 
2) l'action du dibrome $B_{r2}$ sur l'hydrocarbure $\left(A_{1}\right)$ en présence de la lumière, donne un mélange de dérivés bromés dont l'un est un dérivé dibromé noté $(B)$
 
a) Écrire l'équation chimique de la réaction conduisant à la formation de $(B)$ en utilisant les formule brutes.
 
b) Donner toutes les formules semi-développées possibles de $(B)$ et le nom des isomères correspondants
 
c) La structures de l'hydrocarbure de départ $\left(A_{1}\right)$ a-t-elle été modifiée au cours de cette réaction.
 
3) L'un des isomères $\left(B_{1}\right)$ de $(B)$ peut être obtenu par une réaction d'addition du dibrome sur un alcène.
 
a) Trouver la formule brute de cet alcène.
 
b) Écrire la formule semi développée et le nom de cet alcène.
 
c. Écrire l'équation de la réaction d'addition en utilisant les formules brutes.
 
d) la structure de l'hydrocarbure de départ a-t-elle été modifiée au cours de cette réaction ?

Exercice 6

Un hydrocarbure $A$ contient en masse $6$ fois plus de carbone que d'hydrogène.
 
1) a) Déterminer la formule brute générale de cet hydrocarbure.
 
b) A quelle(s) famille(s) d'hydrocarbure appartient-il ?
 
c) Écrire les formules semi-développées possible de $A$ sachant que $A$ renferme $8$ atomes d'hydrogène.
 
2) La chaine carbonée de l'hydrocarbure $A$ est linéaire ; de plus $A$ possède des stéréo-isomère $Z/E.$
 
Représenter ces stéréo-isomères.
 
3) Le craquage de $A$ dans un vapocraqueur conduit à la formation de l'éthylène.
 
a) Toute la quantité de $A$ n'a pas été transformée, déterminer la composition centésimale molaire du mélange gazeux du vapocraqueur à la fin de la réaction sachant que sa densité par rapport à l'air est $d=1.2068.$
 
b) Après refroidissement du mélange, on y ajoute du dichlore ; puis on place le nouveau mélange à l'obscurité.
 
Écrire les formules semi-développées et les noms des produits $B$ et $C$ formés. 
 
$B$ étant le produit issu de l'action du dichlore sur $A.$
 
c) Le chauffage des produits $B$ et $C$ provoque l'élimination d'une molécule de chlorure d'hydrogène $HCl.$ 
 
Le composé $C$ donne le composé $D$ et le chlorure d'hydrogène. 
 
Écrire l'équation bilan.
 
d) Plusieurs molécules du composé $D$ s'additionnent les unes aux autres pour former une macromolécule $E.$
 
Donner la nature de la réaction produite puis le nom et l'intérêt du composé $E.$

Exercice 7 

1) On réalise dans un eudiomètre la combustion d'un volume $V=10\,cm^{3}$ d'un hydrocarbure $A$ en présence de $110\,cm^{3}$ de dioxygène. 
 
Après combustion puis refroidissement, le volume de gaz restant est $90\,cm^{3}$ dont les $50\,cm^{3}$ sont absorbables par le phosphore et le reste par la potasse.
 
a) Écrire l'équation bilan de la réaction de combustion.
 
b) Déterminer le volume de dioxygène entré en réaction et le volume de dioxyde de carbone obtenu.
 
c) Déterminer la formule brute de $A.$
 
d) Écrire les cinq formules semi-développées possibles de $A$ et les nommer.
 
2) a) En l'absence totale de lumière, $A$ réagit avec le dichlore. 
 
Montrer que cela permet d'éliminer deux des cinq isomères de $A.$
 
b) L'hydrogénation de $A$ en présence de nickel conduit à un composé $B$ à chaine carbonée linéaire. 
 
En outre, l'action du chlorure d'hydrogène sur $A$ donne deux composés $C$ et $D$ ; le composé $D$ étant obtenu de façon majoritaire. 
 
Écrire les formules semi-développées et les noms des composés $A$, $B$, $C$ et $D.$
 
c) $A$ présente t-il l'isomérie $Z$ et $E$ ? 
 
Justifier la réponse.
 
3) a) Écrire les équation-bilans des réactions de :
 
$-\ \ A$ avec l'eau
 
$-\ \ A$ avec le dibrome
 
$-\ $ La polymérisation de $A$
 
On donnera le nom des produits obtenus
 
b) De quel alcyne $A'$ peut-on partir pour obtenir $A$ ? 
 
Écrire l'équation de la réaction

Exercice 8

1. Écrire les formules semi-développées des isomères du butène. On précisera le nom de chaque isomère.
 
2.1. Donner la formule brute de l'alcène dont la molécule contient $n$ atomes de carbone.
 
2.2. Exprimer en fonction de $n$ la masse molaire $M$ de cet alcène.
 
2.3.
2.3.1. Un alcène a pour masse molaire $M=70\,g\cdot mol^{-1}.$ 
 
Déterminer, en utilisant le résultat précédent, la formule brute de cet alcène.
 
Quel est son nom ?
 
2.3.2. Cet alcène présente deux stéréoisomères. 
 
En déduire le nom de l'alcène. 
 
Écrire les formules semi-développées de ces deux isomères et préciser leurs noms.
 
Données : masses molaires atomiques :
 
$\bullet$ Carbone : $M_{C}=12\,g/mol$
 
$\bullet$ Hydrogène : $M_{H}=1.0\,g/mol$

Exercice 9

1) Écrire la formule semi-développée de l'acétylène. 
 
A quelle famille de composé appartient-il ?
 
Pourquoi dit-on que c'est un hydrocarbure insaturé ?
 
2) On fait réagir du dichlore sur l'acétylène.
 
Écrire l'équation-bilan de la réaction et nommer le produit $B$ formé.
 
3) On procède à la polymérisation du composé $B.$ 
 
On obtient un polymère $E$ de masse molaire $M_{E}=67.5\,kg/mol.$
 
a) Écrire l'équation de la réaction et nommer le composé $E.$
 
b) Calculer le degré de polymérisation du polymère et donner la $FSD$ de son motif.
 
4) L'hydrogénation de l'acétylène conduit à un composé insaturé $C.$
 
L'hydratation du composé $C$ donne un composé $F.$
 
a) Préciser le catalyseur utilisé pour chacune des réactions.
 
b) Écrire les équations-bilans des différentes réactions.
 
c) A quelles familles de composés, $C$ et $F$ appartiennent-ils ? 
 
Les nommer.
 
Données : $M_{C}=12g\,/mol$ ; $M_{H}=1\,g/mol$

Exercice 10

1) On prépare un alcool $A$ par addition de l'eau sur un alcène ramifié de formule brute $C_{n}H_{2n}$ noté $B.$
 
Écrire l'équation-bilan de la réaction.
 
2) La combustion de $"m"$ grammes de $A$ donne $m_{1}$ grammes de $CO_{2}$ et $m_{2}$ grammes d'eau tel que $\left(m_{1}/m_{2}\right)=88/45.$
 
a) Écrire l'équation de la combustion de $A.$
 
b) En déduire la valeur de $n$ et la $FSD$ de l'alcène $B.$
 
c) Montrer que l'hydratation de $B$ en présence d'acide sulfurique peut conduire théoriquement à la formation de deux alcools. 
 
Préciser le nom et la classe de chacun d'eux.
 
3) En réalité un seul alcool est essentiellement obtenu : lequel ? 
 
Pourquoi ?

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 

 
Auteur: 
Sidy Mouhamed Ndiaye

MELANGES ET CORPS PURS

Tous les objets qui nous entourent (êtres vivants, végétaux, minéraux …..) constituent la matière  
Les roches, les arbres, l’air…..etc., ont des exemples de matières  
I. Les états physiques de la matière et changements d’états
1. Etats physiques de la matière  La matière se présente dans la nature sous trois états différents : l’état solide, l'état liquide et l’état gazeux
1.1. L'état solide A l'état solide, un corps possède une forme et un volume propres  Les solides sont incompressibles Moyennant un effort, on  peut changer la forme d’un solide, mais il est pratiquement impossible de faire varier son volume Certains solides sont élastiques, mais chaque  solide à sa limite d’élasticité  Exemples : cahier, bois, fer, charbon….   
1.2. L’état liquide Les liquides n’ont pas de forme propre, mais leur volume est invariable ; ils sont fluides et incompressibles
Exemples : l’eau, pétrole, l’essence, le lait……
 Remarque Les solides en poudre, divisés ou pulvérisés s’écoulent comme les liquides, mais leur surface libre n’est ni plane, ni horizontale comme les liquide  
1.3. L’état gazeux
Les gaz n’ont pas de forme propre, ni de volume propre. Ils sont compressibles, expansibles et élastiques. Ils sont fluides
Exemples : l’air, le dioxyde de carbone, le dioxygéne….
Remarque :  Les solides sont caractérisés  par un état ordonné  et compact. L’état liquide  est désordonné .L'état physique des gaz est désordonné et diffus  
2. Les changements d’état physique
2.1. Définition  Le passage d’un état physique à un autre état physique est appelé changement d’état  
2.2. Digramme de changement d'état
Un changement d’état physique s’effectue toujours à une température constante sous une pression donnée  
3. Les transformations de la matière  
3.1. Phénomène physique Un phénomène physique est une transformation au cours de laquelle la nature de la matière n’est pas altérée (dénaturée ou détruite)
Exemples : la fusion de la glace ; la dilatation des métaux ; la rosée….
3.2. Phénomène chimique
 Un phénomène chimique est une transformation au cours de laquelle la nature de la matière est  altérée (dénaturée ou détruite) Exemples : Action de l’eau  de Javel sur une tache ; la décomposition de la craie par un acide ; feuille de papier brulée …. II. Les mélanges
 1. Définition  Un mélange est un ensemble de deux ou plusieurs constituants Il peut être solide, liquide ou gaz  
 2. Mélange hétérogène Un mélange hétérogène est un mélange dans lequel on peut distinguer à l’ œil nu ses différents constituants  Exemples : $eau_{+} huile ; eau_{+} terre$ ; boissons gazeuses
 3. Mélange homogène Un mélange homogène est un mélange dans lequel on ne peut pas distinguer à l’ œil nu ses différents constituants  Exemples : lait ; sirop ; thé
 Z***c
 4. Méthodes de séparation des constituants d’un mélange
 Il existe de nombreuses méthodes variables de séparation selon la nature du mélange et la nature
 des constituants qui le constituent.
 Parmi ces méthodes, on citer :
 4.1. La  décantation
 La décantation est une de séparation qui consiste à laisser le mélange au repos pour que les particules solides lourdes se déposent au fond du récipient.
En transvasant, on peut séparer le liquide de ces particules. Le produit de la décantation est appelé décantat
 Exemples de décantation
 -Décantation d’un mélange solide-liquide : jus d’orange
 -Décantation d’un mélange liquide-liquide :  
  4.2. La  filtration La filtration est une méthode de séparation qui consiste à faire passer le mélange liquide à travers un filtre .
  Le produit de la filtration est appelé filtrat
4.3. La distillation  
La distillation est une méthode de séparation  basée sur la différence de température d’ébullition.
Elle consiste à vaporiser partiellement un mélange liquide homogène et à condenser
les vapeurs formées pour les séparer Le produit de la distillation est appelé distillat
 Exemple : distillation de l’eau sucrée
Remarque :
Pour séparer les différents constituants de l’air, on le liquéfie en le comprimant. On procède alors à la
distillation de ce liquide Au début de l’ébullition (température de liquéfaction  du diazote liquide $(–196°C)$), il se dégage du diazote, puis le dioxygène lorsque  la température atteint$ -183^{0}C $(température de liquéfaction du dioxygène) L’air est donc un mélange dont l’expérience montre qu’il est constitué de $78%$ de diazote ($4/5$ en volume) , de $21%$ de dioxygène ($1/5$ en volume) et $1%$ d’autres gaz (gaz rares, dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau)
4.4. Quelques autres méthodes de séparation
4.4.1.congélation                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             C’est une méthode de séparation basée sur la différence de cristallisation (température à laquelle un corps se congèle).
Le corps dont sa température d’ébullition est plus grande est récupéré le premier sous formes de cristaux
4.4.2. Le tamisage Si les grains de différents solides ont  des dimensions différentes, le passage au tamis permet de les séparer
4.4.3. La flottation  On mouille le mélange. Selon le liquide choisi, certaines particules flottent
4.4.4. Le triage magnétique Si un des constituants du mélange contient du fer, les particules de ce constituant sont attirées par l’aimant
III. Corps purs
1. Définition Un corps pur est un corps qu’on ne peut pas fractionner par une méthode quelconque de séparation  
2. Critères  de pureté d’un corps pur Tout corps pur est défini par les constantes physiques parmi lesquelles on citer :
-la masse volumique -les points de changement d’état : température de fusion, d’ébullition, de solidification etc…..
Exemple : Valeurs de quelques constantes physiques de l’eau pure. -masse volumique : $1kg/L$
-température de solidification ou de fusion :  $t=0^{0}C$
-température d’ébullition ou de liquéfaction : $t= 100^{0}C$
3. Corps purs simples et corps purs composés
3.1. Analyse de l’eau   
3.1.1. Définition  Analyser un corps revient à chercher ses constituants par une méthode appropriée
3.1.2. L’électrolyse de l’eau  
Mettons de l’eau additionnée de quelques gouttes d’acide dans le voltamètre (ou cuve à l’électrolyse) et fermons l’interrupteur 
On constate que le courant circule et  des dégagements gazeux au niveau des tubes A l’anode (signe+), le gaz recueilli rallume une buchette presque éteinte. Ce gaz est le dioxygène
A la cathode (signe-), le gaz recueilli a volume deux fois grand et produit une légère détonation en présence d’une allumette enflammée. Ce gaz est le dihydrogène
Conclusion :
-L’eau est décomposé par le courant électrique en dioxygène et en dihydrogène
-Le volume de dihydrogène est le double du volume de dioxygène : dihydrogène dioxygène $V_{dihydrogène}= 2V_{dioxygène} $
-La masse totale des gaz (dihydrogène et dioxygène) est égale à la d’eau disparue : $m_{e}=m_{H}+ m_{o}
eau⎯→ dioxygène   + dihydrogène
18g              16g                 2g $     
Les masses de dihydrogène et de dioxygène sont proportionnelles à la masse d’eau disparue
$\frac{m_{H}}{m_{E}} =\frac{2g}{18g} \Longrightarrow{ m_{H}} = \frac{1}{9}m_{E}
\frac{m_{o}}{m_{E}} =\frac{16g}{18g} \Longrightarrow{m_{o} }= \frac{8}{9}m_{E}$
-Un corps pur qui peut décomposer en deux ou plusieurs corps purs est un corps pur composé
Exemple : l’eau  
-Un corps pur qui ne peut être décomposé en d’autres corps purs est un corps simple
Exemples : le dioxygène et le dihydrogène
3.2. Synthèse de l’eau
3.2.1. Définition
La synthèse de l’eau est la formation de l’eau à partir du mélange du dihydrogène et du dioxygène.
3.2.2. Synthèse eudiométrique
On déclenche des étincelles électriques au niveau des électrodes pour amorcer le processus de synthèse
- La pression des gaz baisse, le niveau de mercure qui va remonter lorsque les deux gaz réagissent en formant une buée (eau) sur la paroi interne du tube eudiométrique.
$dioxygène   + dihydrogène eau ⎯→     
16g                 2g          18g$  
La masse d’eau  produite  est proportionnelle à la masse de dihydrogène ou à la masse de dioxygène
$\frac{m_{E}}{m_{H}} =\frac{18g}{2g} \Longrightarrow{  m_{E} =9m_{E}}
\frac{m_{E}}{m_{O}} =\frac{18g}{16g} \Longrightarrow{m_{E}} = \frac{9}{8}m_{O}$
ELEMENTS, ATOMES, CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS
I. Eléments
1. Mise en évidence de l’élément carbone
1.1. Pyrolyse du bois  
La pyrolyse du bois donne du charbon de bois
1.2. Pyrolyse du sucre La pyrolyse du sucre donne un solide noir appelé charbon de sucre
1.3. Conclusion Le charbon de bois (produit de la pyrolyse du bois), le solide noir (résidu de la pyrolyse du sucre) contiennent un constituant commun : le carbone  
2. Définition de l’élément chimique Un élément chimique est un constituant commun  à tous les corps qui le contiennent
Remarque
-Les corps purs simples sont formés d’un seul élément
Exemples : le dihydrogène est formé de l’élément hydrogène ;
le dioxygène est formé de l'élément oxygène
-Les corps purs composés sont formés de plusieurs éléments
Exemples : l’oxyde de dihydrogène (eau) est formé de l’élément oxygène et l'élément hydrogène ;
le dioxyde de carbone (gaz carbonique) est formé de l’élément oxygène et de l'élément carbone
3. Notation de l'élément chimique
Pour faciliter l’étude de la chimie, les éléments sont représentés par des
symboles  Généralement, on utilise la première lettre majuscule du nom (français, latin, grec, étranger….)
Lorsque plusieurs éléments commencent par la même lettre, on ajoute une seconde lettre minuscule  pour les
différencier
Symboles de quelques éléments chimiques
    H C F Na N O F Ca 

Elément  Hydrogène Carbone Fer Sodium Azote Oxygène   Fluor Calcium
Symbole H C F Na N O F Ca

II. Atomes
La matière est faite à partir des particules extrêmement petites appelées atomes.
Les propriétés  chimiques des corps purs peuvent être interprétées à partir d’un modèle unique d’atome  
1. Dimension de l’atome L’atome est représenté par une sphère infiniment petite .
Le diamètre de l’atome est de l’ordre de l’Angstrom (symbole ; A°) ; 1A°=10-15m
2. Les constituants de l’atome
2.1. Le modèle atomique L’atome peut être  modélisé par une structure présentant un noyau autour duquel
 existe une zone dans laquelle on peut trouver les électrons. Cette partie  
 de l’atome est appelée nuage électronique   
 2.2. Les caractéristiques des constituants de l’atome
Les expériences montrent que l’atome est constitué de protons, de neutrons et d’électrons

Particule Masse Charge
Proton $m_{P}=1.672.10^{-26}kg$ $q_{p}=1.6.10^{-19}C$
Neutron $m_{n}=1.674.10^{-26}kg$ $q_{n}=0C$
Electron $m_{e}=9.1.10^{-31}kg$ $q_{e}=-1.6.10^{-19}C$

Remarque :
 -La masse $m_{P}=m_{n}=1836m_{e}$. La masse des électrons est $1836$ fois plus petite que celle du proton ; donc négligeable  par rapport à celle-ci
-Les charges des protons et des électrons sont identiques et ces particules sont en même nombre dans l’atome ; l'atome est donc électriquement neutre   
 3. Structure de l'atome  
 3.1. Le noyau  Le noyau est constitué de deux types de particules : les neutrons et les protons .
 Ces deux types particules constituants du noyau sont appelés nucléons  Chaque atome est caractérisé par :
 -le nombre de protons $Z$ qu’il renferme .Ce nombre est aussi appelé numéro atomique ou nombre de charge
 -le nombre de nucléons $A$ qu’il renferme .Ce nombre est aussi appelé nombre de masse : $A=Z+N
  N$ étant le nombre de neutrons  
  On symbolise le noyau des atomes par :
  $A = Z + N =$ nombre de masse d'un noyau, c'est le nombre de nucléons (protons + neutrons) qu'il contient.
  $Z =$ numéro atomique d'un noyau, c'est le nombre de protons qu'il contient.
Exemples : $^{12}_{6}C;^{16}_{8}O.^{1}_{1}H;^{14}_{7}N$
Exemples : $^{12}_{6}C$
Remarque :
Des atomes sont dits isotopes lorsqu’ils renferment le même  nombre  de protons mais de nombre de
nucléons (ou nombre de neutrons) différents  Exemples :$^{12}_{6}C , ^{13}_{6}C$ et $^{14}_{6}C;^{1}_{1}H,^{2}_{1}H$ et$ ^{3}_{1}H$  
3.2. Le nuage électronique  
3.2.1. Notion du niveau d’énergie
Les électrons d’un atome sont répartis en couche de niveau d’énergie différent. Pour arracher les électrons d’une même couche, il faut lui fournir la même énergie.
On dit que les électrons d’une même  couche  ont le même niveau  d’énergie  
Les couches sont désignées par des lettres $K, L, M, N, O, P, Q……$.
A chaque couche correspond un nombre entier positif$ n$

n $1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$ $7$
Lettre K L M N O P Q

3.2.2. Règle de remplissage des couches
La répartition des électrons d’un atome sur les différentes couches ou niveaux d’énergie obéit à deux règles :
-la première règle ; le nombre maximal d’électrons pouvant à une couche est :$ N=2n^{2}$
Exemples :
Couche $K : N=2\times{1^{2}}\Longrightarrow{N=2}électrons $
Couche $L : N=2\times{2^{2}}\Longrightarrow{N=8}électrons$
Couche$ M : N=2\times{3^{2}}\Longrightarrow{N=18}électrons$
-la deuxième règle ; on remplit successivement les couches dans l’ordre $K, L, M, N…$..
Une couche ne commence à se remplir que si la précédente est saturée 
3.2.3. La configuration électronique 
Pour donner la structure électronique ou la .configuration électronique, on représente tous les électrons par des points (.) dans des cases portant autant de places disponibles dans une couche déterminée Nature

3.2.3. La formule électronique
On écrit la lettre qui correspond à chaque couche et on indique en exposant en haut à droite le nombre
d’électrons par couche
Exemples : $H (Z=1) :K^{1} ;  He (Z=2) : K^{2} ; Li (Z=3) :K^{2} L^{1}; C (Z=6) :K^{2} L^{4}; O (Z=8) :K^{2} L^{6} Al (Z=13) :K^{2} L^{8}M^{3}$
3.3. Structure de Lewis d’un atome La représentation de Lewis permet de mettre en évidence les électrons de la couche externe ou couche
périphérique. Les électrons célibataires sont représentés par des points (.) ; les doublets sont représentés par
un tiret (-) placé autour de l’élément considéré Exemples

Symbole H C N O P CI Na Ne


3.4. Valence d’un atome
Le nombre d’électrons célibataires que possède l’élément est la valence Symbole H C N O P Cl Représentation de Lewis

4. Masse de l’atome
La masse M de l’atome est la relation suivante :
 $M=m_{mnoyau}+m_{éléctrons}\Longrightarrow{M=Zm_{p}+Nm_{n} +Zm_{e}}$
  Si$ m_{p} =m_{n} \Longrightarrow{M=Zm_{p}+Nm_{p} +Zm_{e}}\Longrightarrow= (Z+N) m_{p} +Zm_{e}\Longrightarrow{  M=Am_{p}} +Zm_{e}$
 Si on néglige la masse des électrons\Longrightarrow{  M=Am_{p}}$  
5. Structure lacunaire de l’atome
 La matière de l’atome est essentiellement concentrée dans son noyau. Les électrons tournent autour du noyau.
Les distances  séparant le noyau des électrons sont très  grandes. Ainsi, la plus grandes partie (volume) est constituée de vide.
On dit que l’atome a une structure lacunaire  
 III. Classification périodique des éléments chimiques
1. Principe de la classification
 -Les éléments chimiques sont classés par numéro atomique $Z$ croissant ;
 -Les éléments dont les atomes ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe sont disposés dans une même colonne verticale et constituent un groupe ou une famille
-Chaque ligne ou période correspond au  remplissage  d’une couche électronique
 2. Tableau simplifié  
 Le tableau simplifié comporte trois lignes ou périodes et huit colonnes ou groupe GROUPES

3. Intérêt de la classification périodique 
Les atomes des éléments de même colonne ont le  même nombre d’électrons périphériques. Ils ont des
propriétés chimiques semblables et forment un groupe ou famille  Considérons quelques exemples : 
3.1. La famille des métaux alcalins.
- A l’exception de l’hydrogène, les éléments de la première colonne constituent le groupe des alcalins.
-  Ils ont la même structure électronique externe. Il possède $1$ électron sur la couche électronique externe. 
$Li $(Lithium) ;$ Na$ (Sodium) ; $K$ (Potassium)
- Les corps simples correspondant à ces éléments sont appelés les métaux alcalins.
- Ce sont des corps mous, légers à l’éclat métallique, très réactifs chimiquement.
- Ils sont oxydés par le dioxygène de l’air.
Il faut les conserver dans le pétrole, à l’abri de l’air.
3.2. La famille des Halogènes.
-Les éléments de la 7ième colonne constituent la famille des Halogènes.  
Ces éléments possèdent la même structure électronique externe à $7$ électrons. $F$ (Fluor) ; $Cl$ (Chlore) ; $Br$ (brome) ; $I$ (iode
-Ils existent sous la forme de molécules diatomiques :
-Le difluor, le dichlore (gaz jaune-vert), le dibrome (liquide jaune-orangé), le diiode (solide violet foncé).
3.3. La famille des gaz nobles.
-Ce sont les éléments de la dernière colonne.
- L’Hélium mis à part, ils possèdent une structure externe à huit électrons appelée octet d’électrons. $He$ (Hélium);  $Ne$ (Néon) ; $Ar$ (Argon)  
-Ils possèdent une grande stabilité chimique. Ce sont des gaz monoatomiques, on les appelle les gaz rares ou gaz inertes
4. Les ions monoatomiques  Certains  atomes peuvent perdre ou gagner des électrons et deviennent des ions simples 4.1. Les cations  Un cation ou ion positif provient d’un atome qui a perdu un ou plusieurs électron(s)

 

Solution des exercices : acide - base - Ts

Classe: 
Terminale
 

Exercice 1

1) Masse de carbone, d'hydrogène et d'oxygène contenue dans l'échantillon.
 
$\begin{array}{lcl} \dfrac{m_{C}}{M_{C}}&=&\dfrac{m_{CO_{2}}}{M_{CO_{2}}}\\&\Rightarrow& m_{C}=m_{CO_{2}}\dfrac{M_{C}}{M_{CO_{2}}}\\&=&2.7\times\dfrac{12}{44}\\&\Rightarrow& m_{C}=0.74\,g \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} m_{H}&=&m_{H_{2}O}\dfrac{2M_{H}}{M_{H_{2}O}}\\&=&1.1\times\dfrac{2\times 1.0}{18}\\&\Rightarrow& m_{H}=0.12\,g \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl} m_{O}&=&m-\left(m_{C}+m_{H}\right)\\&=&1.35-(0.74+0.12)\\&\Rightarrow& m_{O}=0.49\,g \end{array}$
 
2) a) Pourcentage massique centésimal :
 
$-\ $ en carbone :
 
$\begin{array}{lcl} \%C&=&\dfrac{m_{C}\times 100}{m}\\&=&\dfrac{0.74\times 100}{1.35}\\&\Rightarrow& \%C=55 \end{array}$
 
$-\ $ en hydrogène :
 
$\begin{array}{lcl} \%H&=&\dfrac{m_{H}\times 100}{m}\\&=&\dfrac{0.12\times 100}{1.35}\\&\Rightarrow& \%H=9.0 \end{array}$
 
$-\ $ en oxygène :
 
$\begin{array}{lcl} \%O&=&\dfrac{m_{O}\times 100}{m}\\&=&\dfrac{0.49\times 100}{1.35}\\&\Rightarrow& \%C=36 \end{array}$
 
b) Montrons que la formule de $A$ est $C_{4}H_{8}O_{2}$ 
 
Soit $C_{x}H_{y}O_{z}$ le composé $A$
 
$\begin{array}{lcl} \dfrac{12x}{\%C}&=&\dfrac{y}{\%H}\\&=&\dfrac{16z}{\%O}\\&=&\dfrac{M}{100}\\&\Rightarrow& x=\dfrac{\%C\times M}{12\times 100}\\&=&\dfrac{55\times 88}{12\times 100}\\&\Rightarrow& x=4 \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl}\text{Par analogie }y&=&\dfrac{\%H\times M}{1.0\times 100}\\&=&\dfrac{9.0\times 88}{1.0\times 100}\\&\Rightarrow& y=8 \end{array}$
 
$\begin{array}{lcl}z&=&\dfrac{\%O\times M}{16\times 100}\\&=&\dfrac{36\times 88}{16\times 100}\\&\Rightarrow& z=2 \end{array}$
 
D'où la formule brute : $C_{4}H_{8}O_{2}$
 
3) a) Un acide est une entité chimique capable de céder au moins un proton.
 
b)  Équation chimique de la réaction de l'acide dans l'eau
 
$C_{3}H_{7}COOH+H_{2}O\ \rightarrow\ C_{3}H_{7}COO^{-}+H_{3}O^{+}$
 
c) les couples acide-base mis en jeu sont :
 
$H_{3}O^{+}|H_{2}O\text{ et }C_{3}H_{7}COOH|C_{3}H_{7}COO^{-}$
 
d) concentration molaire $C$ de la solution
 
$\begin{array}{lcl} C&=&\dfrac{n}{V}\\&=&\dfrac{0.1}{500\cdot 10^{-3}}\\&\Rightarrow& C=0.2\,mol\cdot L^{-1} \end{array}$

Exercice 2

1) Masse de cristaux à peser pour préparer $S_{o}$
 
$\begin{array}{lcl} m&=&n\times M\\&=&C\times V\times M\\&=&0.1\times 100\cdot 10^{-3}\times(12\times 6+6\times 1.0+2\times 16)\\&\Rightarrow& m=1.1\,g \end{array}$
 
2) a) Équation bilan de la réaction de l'acide benzoique avec l'eau
 
$C_{6}H_{5}COOH+H_{2}O\ \rightarrow\ C_{6}H_{5}COO^{-}+H_{3}O^{+}$
 
Montrons que l'acide benzoique n'est pas un acide fort
 
Pour un acide fort, $pH=-\log\,C$
 
$-\log\,C_{0}=-\log\,0.1=-\log\,10^{-1}=1\neq\,pH(pH=2.6)$
 
L'acide benzoique n'est pas un acide fort.
 
b) Détermination du coefficient de dissociation
 
Electroneutralité de la solution : $\left[H_{3}O^{+}\right]=\left[HO^{-}\right]+\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]$, solution acide on néglige les ions $HO^{-}$ devant les ions $H_{3}O^{+}\Rightarrow\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]=\left[H_{3}O^{+}\right]=10^{-pH}$
 
$\begin{array}{lcl} \alpha_{0}&=&\dfrac{\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]}{C_{0}}\\&=&\dfrac{10^{-pH}}{C_{0}}\\&=&\dfrac{10^{-2.6}}{0.1}\\&\Rightarrow&\alpha_{0}=0.025 \end{array}$
 
3) Le coefficient $\alpha_{1}$ de l'acide dans la solution $S_{1}$
 
$\begin{array}{lcl} \alpha_{1}&=&\dfrac{\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]}{C_{1}}\\&=&\dfrac{10^{-pH}}{\dfrac{C_{0}}{10}}\\&=&\dfrac{10^{1}\times 10^{-pH}}{C_{0}}\\&=&\dfrac{10^{-pH+1}}{C_{0}}\\&=&\dfrac{10^{-3.1+1}}{0.1}\\&\Rightarrow&\alpha_{1}=0.079 \end{array}$

Conclusion : 

On remarque que $\alpha_{1}>\alpha_{0}$ donc la dissociation augmente avec la dilution

Exercice 3

1) a) Si l'acide benzoique était un acide fort, il réagirait totalement avec l'eau. 
 
Pour une solution de concentration $c=1.0\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1}\;,\ \left[H_{3}O^{+}\right]=c.$
 
Ici le $pH$ est égale à $3.1$ donc $\left[H_{3}O^{+}\right]=10^{-3.1}mol\cdot L^{-1}=7.9\cdot 10^{-4}mol\cdot L^{-1}\;,\ \left[H_{3}O^{+}\right]\neq c$
 
L'acide benzoique est un acide faible.
 
1) b) $C_{6}H_{5}COOH+H_{2}O\leftrightarrows C_{6}H_{5}COO^{-}+H_{3}O^{+}$
 
$K_{a}=\dfrac{\left[H_{3}O^{+}\right]\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]}{\left[C_{6}H_{5}COOH\right]}$
 
2)a) Pour une base forte $pH=14+\log\,C$
 
Pour l'ion benzoate est une base faible.
 
2) b) $C_{6}H_{5}COO^{-}+H_{2}O\leftrightarrows C_{6}H_{5}COOH+HO^{-}$
 
$K_{R}=\dfrac{\left[HO^{-}\right]\left[C_{6}H_{5}COOH\right]}{\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]}=\dfrac{K_{e}}{K_{a}}=1.6\cdot 10^{-10}$
 
3) a) $pH>pK_{a}$ donc la base du couple prédomine :
 
3) b)
 
 
3) c) $C_{6}H_{5}COOH+HO^{-}\longrightarrow\ C_{6}H_{5}COO^{-}+H_{2}O$
 
$$K_{R}=\dfrac{\left[C_{6}H_{5}COO^{-}\right]}{\left[C_{6}H_{5}COOH\right]\left[HO^{-}\right]}=\dfrac{K_{a}}{K_{e}}$$
 
$K_{R}=10^{14-4.2}=6.3\cdot 10^{9}>10^{4}$
 
La constance de réaction est très grande: la réaction peut être considérée comme totale.
 
4) La quantité initiale de chaque espèce n'est pas modifiée lors du mélange. 
 
Les deux solution $S_{1}$ et $S_{2}$ ont la même concentration et on en prélève le même volume ; l'acide benzoique et l'ion benzoate ont donc même concentration dans le mélange.
 
Comme $pH=pKa+\log\dfrac{B}{A}\;,\ \text{or }[B]=[A]\Rightarrow\,pH=pKa=4.2$

Exercice 4

1) a) La formule brute d'un acide carboxylique est :
 
$C_{n}H_{2n+1}COOH\text{ ou }R-COOH$ 
 
Montrons que sa masse molaire s'écrit sous la forme : $M=14n+32$
 
$M=M_{C_{n}H_{2n}O_{2}}=12n+2n+2\times 16=14n+32$
 
b) Formule semi-développée et nom de chaque isomère
 
$M=88\,g\cdot mol^{-1}\Rightarrow 14n+32=88\Rightarrow n=4$
 
D'où $C_{3}H_{7}-COOH$ 
 
$CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-COOH$ : acide butanoique
 
  : acide $2-$methylpropanoique
                        
 
2) a) La réaction est une réaction d'oxydation
 
b) Formule semi-développée, nom et classe de l'alcool
 
    : $2-\text{methylpropan}-1-\text{ol}$
                           
 
Classe : alcool primaire
 
3) a) La réaction est une réaction d'estérification directe
 
b) équation chimique de la réaction
 
 
d) Nom de l'ester formé :
 
 $2-\text{méthylpropate}-2-\text{méthylpropyle}$
                             
                              
4) a) Calcule de la masse $m$
 
$\begin{array}{lcl} m&=&n\times M\\&=& CV\times M\\&=&0.01\times 100\cdot 10^{-3}\times 88\\&\Rightarrow&\boxed{m=88\,mg} \end{array}$
 
b) Calcule de la concentration en ion $H_{3}O^{+}$
 
$\begin{array}{lcl} \left[H_{3}O^{+}\right]&=&10^{-pH}\\&=&10^{-3.9}\\&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]=1.3\cdot 10^{-4}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
Pour un acide fort, $pH=-\log\,C$
 
$-\log\,C=-\log\,0.01=2\neq\,pH(pH=3.9)$
 
L'acide est donc un acide faible
 
c) Équation de dissociation de l'acide $A$ dans l'eau
 
$C_{3}H_{7}COOH+H_{2}O\ \rightarrow\ C_{3}H_{7}COO^{-}+H_{3}O^{+}$

Exercice 5

1) a) Montrons que le méthylamine est une base alors que $B$ est une base forte.
 
Pour une base forte
 
$pH=14+\log\,C$
 
Solution $S_{1}$
 
$-\ $ sans dilution : $pH_{1}=14+\log\,C_{1}=11.85$
 
$\begin{array}{lcl}-\ \text{Avec dilution : }pH_{1}&=&14+\log\dfrac{C_{1}}{10}\\&=&14+\log\,C_{1}-1\\&=&11.85-1\\&=&10.85\neq\,pH_{1}\left(pH_{1}=11.35\right) \end{array}$
 
Dans le méthylamine est une base faible.
 
Solution $S_{2}$ :
 
$-\ $ Sans dilution : $pH_{2}=14+\log\,C_{2}=12$
 
$\begin{array}{lcl}-\ \text{Avec dilution : }pH_{2}&=&14+\log\dfrac{C_{2}}{10}\\&=&14+\log\,C_{2}-1\\&=&12-1\\&=&11\\&=&pH_{2} \end{array}$
 
$B$ est donc une base forte.
 
b) Calcule de la concentration $C_{2}$
 
$\begin{array}{lcl} pH_{2}&=&14+\log\,C_{2}\\&\Rightarrow& C_{2}=10^{pH_{2}-14}\\&=&10^{12-14}\\&\Rightarrow&\boxed{C_{2}=10^{-2}mol\cdot L^{-1}} \end{array}$
 
c) Préparation de la solution
 
2) Établissement de la relation $pH=\dfrac{1}{2}(pKa+pKe+\log\,C)$ vérifiée par la solution $S_{1}.$
 
Espèces chimiques en solution :
 
$H_{3}O^{+}\ ;\ HO^{+}\ ;\ CH_{3}NH_{2}\ ;\ CH_{3}NH_{3}^{+}\ ;\ H_{2}O$
 
Electroneutralité de la solution :
 
$\left[H_{3}O^{+}\right]+\left[CH_{3}NH_{3}^{+}\right]=\left[HO^{-}\right]$
 
$\left[HO^{-}\right]>>\left[H_{3}O^{+}\right]$ (Solution basique)
 
$\Rightarrow\left[CH_{3}NH_{3}^{+}\right]=\left[HO^{-}\right]=\dfrac{K_{e}}{\left[H_{3}O^{+}\right]}$
 
Conservation de la matière :
 
$\left[CH_{3}NH_{3}^{+}\right]+\left[CH_{3}NH_{2}\right]=C$ la base faible se dissocie faiblement
 
$\Rightarrow\left[CH_{3}NH_{2}\right]=C$
 
$\begin{array}{lcl} K_{a}&=&\dfrac{\left[CH_{3}NH_{2}\right]\left[H_{3}O^{+}\right]}{\left[CH_{3}NH_{3}^{+}\right]}\\&=&\dfrac{C\left[H_{3}O^{+}\right]}{\dfrac{K_{e}} {\left[H_{3}O^{+}\right]}}\\&=&\dfrac{C\left[H_{3}O^{+}\right]^{2}}{K_{e}}\\&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]^{2}=\dfrac{K_{a}\times K_{e}}{C}\\&\Rightarrow&-\log\left[H_{3}O^{+}\right]^{2}=-\log\dfrac{1}{C}\\&\Rightarrow&2pH=pK_{a}+pK_{e}+\log\,C\\&\Rightarrow& pH=\dfrac{1}{2}\left(pK_{a}+pK_{e}+\log\,C\right) \end{array}$
 
3) Valeur du $pK_{a}$
 
Pour $\log\,C=0$ on a $pH=\dfrac{1}{2}\left(pK_{a}+pK_{e}\right)$
 
$\Rightarrow pK_{a}=2pH-pK_{e}$
 
$pK_{a}=2\times 12.35-14=10.7$
 
Concentration de la solution
 
$\begin{array}{lcl}pH&=&\dfrac{1}{2}\left(pK_{a}+pK_{e}+\log\,C\right)\\&\Rightarrow&\log\,C=2pH\left(pK_{a}+pK_{e}\right)\\&\Rightarrow&C=10^{2pH\left(pK_{a}+pK_{e}\right)}\\&=&10^{2\times10.85(10.7+14)}\\&\Rightarrow&C=10^{-3}mol\cdot L^{-1} \end{array}$

Exercice 6

1) a) Un acide est fort, s'il s'ionise totalement dans l'eau.
 
Un acide est faible s'il s'ionise partiellement dans l'eau.
 
b) Pour un acide fort $pH=-\log\,C$
 
Pour une même concentration $C=10^{-2}mol/L\ ;\ pH=-\log\,10^{-2}=2.$
 
Donc on peut conclure que $A_{2}H$ est un acide fort et $A_{1}H$ ; $A_{3}H$ et $A_{4}H$ sont des acides faibles.
 
2) a) Calcule des coefficients de dissociation pour chaque acide faible
 
$AH\ +\ H_{2}O\ \leftrightarrows\ A^{-}\ +\ H_{3}O^{+}$
 
$\alpha=\dfrac{[AH]_{d}}{[AH]_{i}}=\dfrac{[A^{-}]}{C}=\dfrac{\left[H_{3}O^{+}\right]}{C}=\dfrac{10^{-pH}}{C}$
 
$\left\lbrace\begin{array}{lcl} d&:&\text{dissocié}\\ i&:&\text{initial}\end{array}\right.$
 
$\alpha_{1}=\dfrac{10^{-3.4}}{10^{-2}}\Rightarrow\alpha_{1}=0.039$,
 
$\alpha_{3}=\dfrac{10^{-5.6}}{10^{-2}}\Rightarrow\alpha_{3}=0.25\cdot 10^{-3}$,
 
$\alpha_{4}=\dfrac{10^{-2.9}}{10^{-2}}\Rightarrow\alpha_{4}=0.13$
 
$\alpha_{4}>\alpha_{1}>\alpha_{3}.$
 
La force de l'acide croit avec le coefficient de dissociation ; d'où le classement :
 
 
b) Relation entre la constante d'acide $K_{a}$ et le coefficient de dissociation $\alpha$
 
                  $AH\ +\ H_{2}O\ \leftrightarrows\ A^{-}\ +\ H_{3}O^{+}$
 
$t=0$         $C$       excès                              $0$            $0$
 
$t\neq0$    $C-x$     excès                              $x$           $x$
 
$\alpha=\dfrac{x}{C}\Rightarrow x=\alpha\times C$
 
$\begin{array}{lcl} K_{a}&=&\dfrac{\left[H_{3}O^{+}\right][A^{-}]}{[AH]}\\&=&\dfrac{x\times x}{C-x}\\&=&\dfrac{\alpha C\times\alpha C}{C-\alpha\times C}\\&=&C\dfrac{\alpha^{2}}{1-\alpha} \end{array}$
 
c) Calcule de la constante d'acide de chaque acide faible
 
$K_{\alpha_{1}}=C\dfrac{\alpha_{1}^{2}}{1-\alpha_{1}}=10^{-2}\dfrac{0.039^{2}}{1-0.039}=1.6\cdot10^{-5}$,
 
$K_{\alpha_{3}}=C\dfrac{\alpha_{3}^{2}}{1-\alpha_{13}}=10^{-2}\dfrac{\left(0.25\cdot 10^{-3}\right)^{2}}{1-0.25\cdot 10^{-3}}=6.3\cdot10^{-10}$,
 
$K_{\alpha_{4}}=C\dfrac{\alpha_{4}^{2}}{1-\alpha_{4}}=10^{-2}\dfrac{(0.13)^{2}}{1-0.13}=1.9\cdot10^{-4}$,
 
$K_{\alpha_{4}}>K_{\alpha_{1}}>K_{\alpha_{3}}.$
 
La force de l'acide croit avec la constante de dissociation d'ou le classement :
 
 
5) La nouvelle valeur du coefficient de dissociation de $A_{1}H$
 
$\begin{array}{lcl} \alpha_{1}&=&\dfrac{10^{-pH}}{C'}\\&=&\dfrac{10^{-pH}}{\dfrac{C}{10}}\\&=&\dfrac{10^{-pH+1}}{C}\\&=&\dfrac{10^{-3.9+1}}{10^{-10}}\\&=&0.13 \end{array}$
 
$\alpha_{1}>\alpha_{1}.$
 
La dilution a pour effet de déplacer l'équilibre chimique dans le sens de la dissociation de l'acide.
 
Auteur: 
Amary Thiam & Sidy Mouhamed Ndiaye

Série d'exercices : Les alcanes - 1e s

Classe: 
Première
 

Exercice 1

1. Nommer les alcanes suivants
 
 
2. Écrire les formules semi développées des hydrocarbures suivants :
 
2.1  $\ 3-\text{élhyl}-2-\text{methylhexane}$
 
2.2  $\ 2.3-$dimethylpentane
 
2.3  $\ 4-\text{éthyl}-2.5-\text{méthylheptane}$
 
2.4  $\ 3.4-$diéthylhexane
 
2.5  $\ 3-\text{éthyl}-2.3-\text{diméthylhexane}$
 
2.6  $\ 2.2-\text{diméthyl}-5.6\text{dipropylnonane}$
 
2.7  $\ 4-\text{éthyl}-3-\text{méthyl}-5-\text{propyloctane}$
 
2.8  $\ 2.2\;,\ 3.3-$tétraméthylpentane
 
3) Écrire les formules semi-développées qui correspondent aux noms suivants.
 
Quelles sont les substances dont le nom est incorrect ? 
 
Rectifier-le.
 
a) $4-$propyldécane           
 
b) $3-\text{éthyl}-4-\text{méthylnonane}$
 
c) $2.2-$diméthlheloctane      
 
d) $4-$éthlnonane
 
e) $4.4\;,\ 6.6-$tétraméthyloctane  
 
f) $1.3-$diéthylpropane
 
g) $2-\text{propyl}-3-\text{éthylhexane}$
 
h) $4-\text{méthyl}-1.3-\text{diméthylpentane}$
 
i) $2-\text{éthyl}-3-\text{méthyl}-4-\text{propylnonane}$
 
j) $2\;,\ 3.4-$triméthypentane
   
k) $2-$méthylbutane           

Exercice 2

1. Le pentane $C_{5}H_{12}$ présente trois isomères.
 
1.1. Définir des isomères.
 
1.2. Écrire les formule semi-développées de ces trois isomères.
 
2.Donner le nom de l'alcane dont la formules semi- développée est:
 
 
3.1. Écrire la formule générale de l'alcane à chaîne carbonée ouverte (non cyclique) dont la molécule comporte $n$ atomes de carbone.
 
3.2. Exprimer en fonction de $n$ la masse molaire de cet alcane. 
 
Les masses molaires atomiques des éléments carbone et hydrogène étant :
 
$M_{C}=12\,g\cdot mol^{-1}$ ; 
 
$M_{H}=1\,g\cdot mol^{-1}.$
 
3.3. Un alcane a pour masse molaire $M=114\,g\cdot mol^{-1}.$ 
 
En utilisant le résultat obtenu au 3.2. trouver la formule de cet alcane.
 
3.4. Quel est son nom ?

Exercice 3

On réalise la combustion dans le dioxygène de $0.72\,g$ d'un hydrocarbure aliphatique $(A)$ de formule $C_{x}H_{y}.$
 
1) Rappeler la définition d'un hydrocarbure aliphatique.
 
2) Écrire l'équation de la réaction.
 
3) La réaction fournit $1.2\,L$ de dioxyde de carbone et $1.08\,g$ de vapeur d'eau
 
a) Calculer le nombre de moles de $(A)$ présent dans l'échantillon sachant que la masse molaire de $(A)$ est $M_{A}=72\,g\cdot mol^{-1}.$
 
b) Montrer que $(A)$ a pour formule brute $C_{5}H_{12}.$
 
4) Écrire toutes les formules semi-développées des isomères de $(A)$ et donner leur nom respectif.
 
On donne : les masses molaires suivantes :
 
$M_{C}=12\,g\cdot mol^{-1}$ ; 
 
$M_{H}=1\,g\cdot mol^{-1}$ ; 
 
$M_{O}=16\,g\cdot mol^{-1}.$
 
Le volume molaire des gaz : $V_{m}=24\,L\cdot mol^{-1}.$

Exercice 4

La combustion dans un eudiomètre d'un mélange de $V_{1}=10\,cm^{3}$ d'un hydrocarbure $A$ de formule brute $C_{x}H_{y}$ et de $V_{2}=90\,cm^{3}$ de dioxygène, produit un mélange gazeux de volume $V_{3}=65\,cm^{3}$ dont $V_{4}= 40\,cm^{3}$ sont absorbables par la potasse. 
 
Les volumes sont mesurés dans les $C.N.T.P$ et l'eau formée se retrouve à  l'état liquide.
 
1. Écrire l'équation-bilan de la réaction de combustion en fonction de $x$ et $y.$
 
2. Quel est le volume de dioxygène en excès ? 
 
En déduire le volume de dioxygène réagi.
 
3. Montrer que la formule moléculaire brute de l'hydrocarbure $A$ est $C_{4}H_{10}.$
 
4. Écrire et nommer la formule semi-développée exacte de l'alcane $A$ sachant qu'il contient une chaine carbonée ramifiée.
 
5. On effectue la réaction de monosubstitution de l'alcane $A$ par le dichlore.
 
5.1. Rappeler les conditions expérimentales et écrire l'équation-bilan de la réaction en utilisant les formules brutes.
 
5.2. Écrire les formules et les noms des deux dérivés monochlorés qui se forment

Exercice 5

Un mélange de méthane et de propane a pour volume total $10$ litres. 
 
On se propose de déterminer la composition de ce mélange. 
 
On désigne par $V_{1}$ le volume de méthane et par $V_{2}$ le volume de propane.
 
1. Écrire une première relation entre les volumes $V_{1}$ et $V_{2}.$
 
2. Écrire les équations-bilans des réactions de combustions du méthane et du propane avec le dioxygène.
 
3.1. Exprimer en fonction de $V_{1}$ et $V_{2}.$
 
Les volumes de dioxygène consommés par la combustion complète des volumes $V_{1}$ et $V_{2}.$
 
3.2. En déduire le volume $V_{0}$ de dioxygène nécessaire à la combustion complète du mélange en fonction de $V_{1}$ et $V_{2}.$
 
4. Cette combustion a nécessité $38\,L$ de dioxygène, les volumes de mélange et de dioxygène ayant été mesurés dans les mêmes conditions.
 
En déduire les valeurs de $V_{1}$ et $V_{2}.$
 
5. Déterminer la composition centésimale volumique du mélange étudié.

Exercice 6

1. Nommer les composés A, B, C et D suivant :
 



 
2. Écrire la Formule semi-développée des alcanes que l'on peut nommer
 
a) $4-\text{éthyl}-3.5-\text{diméthylheptane}$
 
b) $1-\text{éthyl}-4-\text{méthylcyclohexane}$
 
3. Un hydrocarbure B présente la composition massique : 
 
$C\ :\ 83.7\%\text{ et }H\ :\ 16.3\%$, sa masse molaire est $M=86\,g/mol.$
 
a) Déterminer sa formule brute et donner le nom de sa famille.
 
b) Cet hydrocarbure est ramifié ; sa chaine carbonée présente deux groupes alkyles identiques sur deux carbones différents. 
 
En déduire la $FSD$ et le nom de $B.$
 
c) Combien de dérivés monobromés peut-on espérer préparer avec $B$ ?

Exercice 7

Le carburant utilisé dans un moteur expérimental est de l'heptane de formule $C_{7}H_{16}.$
 
1. Écrire l'équation de combustion de l'heptane dans l'air.
 
2. Calculer la masse molaire moléculaire de l'heptane.
 
Le moteur consomme $1.5\,L$ d'heptane de masse volumique $700\,kg/m.$
 
3. Calculer, en gramme, la masse d'heptane consommé.
 
4. Calculer le nombre de moles d'heptane consommé.
 
5. Calculer le nombre de moles d'oxygène utilisé.
 
6. Le volume molaire des gaz dans les conditions de l'expérience est de $24\,L/mol.$ 
 
Calculer le volume d'oxygène utilisé.
 
7. L'air contient $20\%$ d'oxygène et $80\%$ de diazote. 
 
Calculer le volume d'air consommé au cours de l'expérimentation.
 
8. En utilisant les mêmes étapes de calcul, calculer le volume de dioxyde de carbone produit.
 
9. Calculer la masse d'eau produite

Exercice 8

1) Un hydrocarbure aliphatique saturé $(A)$ a une masse molaire moléculaire $M=58\,g\cdot mol^{-1}.$
 
a) Trouver la formule brute de $(A).$
 
b. Écrire les formules semi développées possibles et donner le nom des différents isomères de $(A).$
 
c) Identifier l'isomère $(A_{1})$ de $(A)$ sachant qu'il présente une chaîne ramifiée.
 
2) L'action du dibrome $(Br_{2})$ sur l'hydrocarbure $(A_{1})$ en présence de la lumière, donne un mélange de dérivés bromés dont l'un est un dérivé dibromé noté $(B).$
 
a) Écrire l'équation chimique de la réaction conduisant à la formation de $(B)$ en utilisant les formules brutes.
 
b) Donner toutes les formules semi développées possibles de $(B)$ et le nom des isomères correspondants.
 
c) La structure de l'hydrocarbure de départ $(A_{1})$ a-t-elle été modifiée au cours de cette réaction.

Exercice 9

1) Définir les termes suivants et donner un exemple dans chaque cas : alcane, pouvoir calorifique, réaction endothermique, réaction exothermique.
 
2) Une bouteille domestique de butagaz contient$m=13\,kg$ de butane liquide.
 
La masse volumique de ce butane est.
 
La formule brute du butane est $C_{4}H_{10}$ et sa masse molaire est $M=58\,g\cdot mol^{-1}$
 
a) Calculer le nombre de moles $n$ de butane contenu dans la bouteille.
 
b) Calculer le volume $V$ occupé par le butane liquide.
 
c) Calculer dans les conditions où le volume molaire gazeux est $V_{m}=22.4\,L\cdot mol^{-1}$, le volume total $V_{B}$ de butane gazeux à priori disponible.
 
3) On réalise la combustion complète d'une masse $m=116\,g$ de ce butane.
 
a) Écrire l'équation-bilan de la réaction de cette combustion.
 
b) Calculer le nombre $n'$ de moles de butane utilisé, le volume $Va$ d'air nécessaire et le volume $V_{CO_{2}}$ de dioxyde de carbone formé dans les conditions normales de température et de pression.
 
d) Le pouvoir calorifique du butane est $q=115000\,kJ/m^{-3}$
 
$-\ $ En déduire l'énergie $Q$ libérée par la combustion de $m=116\,g$ de ce butane.

Exercice 10

L'analyse élémentaire quantitative en vue de déterminer la composition centésimale d'un carbure d'hydrogène $C_{x}H_{y}$ a donné les résultats suivants :
 
$\ast\ \ C\ :\ 83.3\%\quad H\ :\ 16.7\%$
 
$\ast\ \ $densité de vapeur par rapport à l'air : $d=2.48$
 
1) Déterminer Sa formule brute.
 
2) Écrire les diverses formules semi-développées possibles (isomères)
 
3) Sachant que l'action du dichlore sur le composé étudié ne donne qu'un seul dérivé monosubstitué, quel est le corps étudié ?
 
4) On fait brûler une masse $m=10.0\,g$ de ce composé dans un volume d'air ($V=10\,L$ mesuré dans les $C.N.T.P$) : la combustion donne du dioxyde de carbone et de l'eau.
 
L'air contenant $20\%$ de dioxygène en volume, la totalité du composé a-t-il réagi ?
 
Sinon, quelle masse $m'$ reste-t-il
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

Auteur: 
Sidy Mouhamed Ndiaye

Série d'exercice : Les généralités de la chimie organique - 1e s

Classe: 
Première
 

Exercice 1 

Mots croisés :
 

Horizontalement 

7) Écriture simplifiée d'une formule développée
 
10) Premier composé organique synthétisé
 
11) Elle s'oppose à la synthèse.
 
13) Son étude permet déterminer la nature des éléments présents dans composé organique
 
14) Élément dont sa présence est prouvée, dans un composé organique, par la formation de l'ammoniac lors d'une réaction chimique

Verticalement

1) Elle renseigne sur le nombre d'atomes présents dans une molécule
 
2) Élément qui définit la chimie organique ( ou élément présent dans tous les composés organiques)
 
3) Chimie de l'élément carbone
 
4) composés ayant la même formule brute mais de formules développées ou semi-développées différentes
 
5) Élément dont sa présence est prouvée dans un composé organique par formation de l'eau lors d'une combustion
 
6) Dans la formule, les toutes liaisons sont représentées
 
8) Études qui donne le nombre d'atomes présents dans une molécule organique
 
9) Ces isomères qui différent l'enchainement des atomes de carbone

Exercice 2

1.1. Indiquer si les composés chimiques suivants sont des composés organiques ou minéraux : 
 
$NO_{2}$ ; $C_{4}H_{10}$ ; $NH_{3}$ ; $CO$ ; $C_{2}H_{3}Cl$ ; $C_{7}H_{5}O_{2}Na$ ; $C$
 
2. le glucose a pour formule $C_{6}H_{12}O_{6}$
 
Calculer sa masse molaire et déterminer sa composition centésimale massique (en Carbone, Hydrogène et Oxygène).

Exercice 3

L'analyse quantitative de l'urée montre que le composé est constitué de $26.7\%$ d'oxygène, $20.0\%$ de carbone, $46\%$ d'azote et l'élément hydrogène y est présent.
 
Établir sa formule moléculaire brute sachant que sa masse molaire vaut $60\,g/mol.$

Exercice 4

Un composé organique gazeux a, dans les conditions normales, une masse volumique égale à $\rho=1.34\,kg\cdot m^{-3}.$ 
 
Déterminer sa formule brute sachant qu'il ne renferme que du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène avec les pourcentages massiques suivants : $C\ :\ 40.0\%\ ;\ H\ :\ 6.67\%.$

Exercice 5 : Formule brute de la chlorophylle

La chlorophylle, pigment végétal vert qui confère aux végétaux le possédant la fonction d'assimilation du carbone par photosynthèse, est une macromolécule qui renferme dans sa structure les éléments carbone, hydrogène, oxygène, azote et magnésium. 
 
L'oxydation d'une masse $m=10\,g$ de chlorophylle produit $27.13\,g$ de dioxyde de carbone et $7.29\,g$ d'eau. 
 
La destruction de $10\,g$ de chlorophylle en l'absence totale d'azote produit $0.504\,L$ de diazote dans les conditions normales de température et de pression. 
 
Par ailleurs, la chlorophylle renferme en masse $2.69\%$ de magnésium et sa molécule ne contient qu'un seul atome de magnésium.
 
$1-\ $ Déterminer la composition centésimale massique de la chlorophylle.
 
$2-\ $ Calculer la masse molaire de la chlorophylle.
 
$3-\ $ Déduire de ce qui précède la formule brute de la chlorophylle.
 
$4-\ $ Sachant que $500\,g$ de feuilles de laitue contiennent environ $1\,g$ de chlorophylle, calculer la masse de magnésium absorbée lorsqu'un individu consomme $200\,g$ de salade. 
 
Quel est le nombre d'atomes de magnésium correspondant ?
 
On donne : 
 
volume molaire : $V_{m}=24\cdot L\cdot mol^{-1}$ et $M_{c}=12\,g\cdot mol^{-1}$ ; $M_{H}=1\,g\cdot mol^{-1}$ ; $M_{O}=16\,g\cdot mol^{-1}$,
 
$M_{N}=14\,g\cdot mol^{-1}$ ; $M_{Mg}=24\,g\cdot mol^{-1}.$

Exercice 6

Soit un composé organique $A$ contenant du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote. 
 
La combustion de $1.40\,g$ de ce composé produit $3.48\,g$ de gaz dont $2.38\,g$ sont absorbable par la potasse et le reste par les ponces sulfuriques.
 
L'azote contenu dans ce composé peut être libéré dans certaines conditions sous forme de diazote. 
 
Le diazote recueilli à partir de $0.70\,g$ de ce composé est égal à $76\,cm^{3}$ dans les conditions normales.
 
Le composé $A$ ne contient qu'un seul atome d'azote par molécule.
 
$1-\ $ Déterminer les masses de carbone, d'hydrogène d'azote et d'oxygène contenus dans $1.40\,g$ de $A.$
 
$2-\ $ Quelle est la composition centésimale massique du composé $A.$
 
$3-\ $ Déduire la formule brute de $A.$

Exercice 7

On veut déterminer la formule brute d'un liquide $A.$ 
 
Ce liquide est inflammable et sa molécule est composée des éléments : carbone, hydrogène et oxygène.
 
1. Comment peut-on montrer la présence des éléments carbone et hydrogène dans le liquide $A$ ?
 
2. On vaporise $1.20\,g$ de liquide $A.$ 
 
Le gaz obtenu occupe un volume de $0.62\,L$ dans des conditions pour lesquelles le volume molaire des gaz est $V_{m}=31.0\,L\cdot mol^{-1}.$
 
Déterminer :
 
2.1. La quantité de gaz correspondant à $1.20\,g$ de gaz
 
2.2. La masse molaire de $A.$
 
3. L'analyse de $A$ montre que les proportions massiques centésimales sont les suivantes :
 
$\bullet\ $ carbone $60.0\%$
 
$\bullet\ $ hydrogène $13.3\%$
 
$\bullet\ $ oxygène $26.7\%$
 
3.1. Déterminer les masses de carbone d'hydrogène et d'oxygène dans une mole.
 
3.2. En déduire la formule brute de $A.$
 
4. Proposer deux formules semi-développées différentes de $A.$
 
Données :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \text{Eléments}&\text{carbone}&\text{oxygène}&\text{hydrogène}\\ \hline \text{masses molaires}&12&16&1\\ g\cdot mol^{-1}& & &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 8

La combustion complète d'un échantillon d'un hydrocarbure (ne renferme que de l'hydrogène et du carbone) de masse $m=0.44\,g$ et de formule brute $C_{x}H_{y}$ a produit $1.32\,g$ d'un gaz qui trouble l'eau de chaux.
 
1. Calculer la masse de carbone existant dans $1.32\,g$ de $CO_{2}.$ 
 
En déduire le pourcentage de carbone dans l'échantillon.
 
2. Déduire le pourcentage d'hydrogène dans l'échantillon.
 
3. Sachant que la masse molaire de l'hydrocarbure est $44\,g\cdot mol^{-1}$.
 
Écrire une relation entre $x$ et $y.$
 
4. En appliquant la règle du pourcentage à une mole, déterminer $x$ et $y.$

Exercice 9

L'analyse élémentaire de l'aspirine (est un acide) a donné la composition centésimale massique : 
 
$\%C=60\ ;\ \%H=4.5\text{ et }\%O=35.5.$
 
Pour déterminer la masse molaire de l'aspirine on réalise les opérations suivantes :
 
$-\ $ On dissout $0.1\,g$ d'aspirine dans $50\,mL$ d'eau.
 
$-\ $ On prélève $10\,mL$ de la solution obtenue qu'on dose par une solution de soude $0.01\,M$, l'équivalence acido-basique est atteinte pour un volume de soude versé égal à $11.1\,mL.$
 
1. Calculer la masse molaire de l'aspirine.
 
2. Déterminer la formule brute de l'aspirine.

Exercice 10

La combustion complète d'un échantillon de masse $m$ d'un composé organique ne contenant que du carbone et de l'hydrogène $\left(C_{x}H_{y}\right)$ a donné $2.2\,g$ d'un gaz qui trouble l'eau de chaux et $0.9\,g$ d'eau.
 
1. Calculer la masse de carbone et la masse d'hydrogène contenu dans l'échantillon. 
 
En déduire $m.$
 
2. Calculer le pourcentage de carbone et d'hydrogène dans le composé.
 
3. Sachant que la masse molaire du composé est $70\,g\cdot mol^{-1}$, Déterminer sa formule brute.
 
4. Écrire l'équation de la réaction de combustion.
 
5. Calculer le volume de dioxygène nécessaire à cette combustion. 
 
On donne $V_{M}=24\,L\cdot mol^{-1}$

Exercice 11

Un composé organique pur $A$ de formule brute $C_{x}H_{y}O_{z}$ et de masse molaire moléculaire $M.$
 
La combustion complète d'une masse $m$ de $A$ dans un volume $V_{t}$ de dioxygène donne $8.8\,g$ d'un gaz qui trouble l'eau de chaux et $4.5\,g$ d'eau.
 
Il reste un excès de $2.8\,L$ de dioxygène.
 
1. Écrire l'équation équilibrée de la réaction de combustion.
 
2. En utilisant la correspondance en nombre de mole montrer que $5x=2y.$
 
On donne :
 
$M_{H}=1\,g\cdot mol^{-1}$, $M_{C}=12\,g\cdot mol^{-1}$ et $M_{O}=16\,g\cdot mol^{-1}$
 
3. On donne le volume de dioxygène utilisé $V_{_{t}}=10\,L$
 
3.1. Calculer le volume $v_{O_{2}}$ de dioxygène ayant réagi.
 
3.2. Montrer que $x=4z$ et $y=10z.$ 
 
On donne $V_{M}=24\,L\cdot mol^{-1}$
 
4. Sachant que $M=74\,g\cdot mol^{-1}$,
 
4.1. Déterminer la formule brute de ce composé
 
4.2. Calculer la masse $m.$
 
4.3. Déterminer la composition massique de ce composé en carbone, hydrogène et oxygène.

Exercice 12

On soumet à l'analyse élémentaire $0.45\,g$ d'un composé organique gazeux. 
 
Sa combustion produit $0.88\,g$ de dioxyde de carbone et $0.63\,g$ d'eau ; par ailleurs, la destruction d'une même masse de substance en l'absence totale d'azote conduit à la formation de $0.17\,g$ d'ammoniac $NH_{3}$ (méthode de Kjeldahl).
 
$1-\ $ Déterminer les masses de carbone, d'hydrogène et d'azote contenues dans les $0.45\,g$ du composé. 
 
Celui-ci, contient-il de l'oxygène ?
 
$2-\ $ Quelle est la composition centésimale du composé ?
 
$3-\ $ Sachant que dans les $C.N.T.P$ la masse volumique du composé est voisine de $2g/L$, calculer une valeur approchée de sa masse molaire et déterminer sa formule brute

Exercice 13

La nitroglycérine est un composé organique ne contenant que du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote. 
 
L'analyse élémentaire de la substance donne les résultats suivants :
 
$C\ :\ 15.90\%\ ;\ H\ :\ 2.20\%\ ;\ N\ :\ 18.50\%.$
 
$1-\ $ Trouver sa formule brute sachant que sa densité de vapeur vaut $d=7.82.$
 
$2-\ $ Ce composé, liquide à température ordinaire, explose au moindre choc. 
 
La réaction très exothermique, produit du dioxyde de carbone, de l'eau du diazote et du dioxygène.
 
$2.1-\ $ Écrire l'équation bilan de la réaction de décomposition.
 
$2.2-\ $ Calculer le volume gazeux total libéré par l'explosion de $10\,g$ de nitroglycérine
 
On donne $V_{M}=24\,L\cdot mol^{-1}$

Exercice 14

La Combustion complète d'un composé organique de masse $m=1\,g$ de formule brute $C_{x}H_{y}O_{z}$ et ayant un seul atome d'oxygène a donné $m_{1}=2.88\,g$ de dioxyde de carbone et $m_{2}=1.22\,g$ d'eau.
 
1) Détermine les pourcentages massiques des éléments chimiques contenus dans ce composé organique 
 
2) Déduis-en sa formule brute
 
3) Calcule sa masse molaire puis sa densité par rapport à l'air.
 
Données : 
 
masse molaire atomique $(g/mol)$ : 
 
$M_{C}=12$ ; 
 
$M_{H}=1$ 
 
$M_{O}=16$
 
Auteur: 
Sidy Mouhamed Ndiaye

TECHNIQUE D’ETUDE DE LA CELLULE

INTRODUCTION

L’histologie étymologiquement est la science des  « tissus ». Elle permet de connaitre et de comprendre l’organisation et le fonctionnement des cellules. L’étude des cellules est longue et complexe ; processus qui nécessite les étapes suivantes : prélèvement, fixation, coloration, observation aux microscopes.

I.LES TYPES DE PRELEVEMENTS

Ils sont d’ordre cytologique et tissulaire.

A.LES PRELEVEMENTS CYTOLOGIQUES :

Les cellules isolées ou amas de cellules peuvent être obtenus à partir de :
-Liquide spontanément émis : c’est le cas des urines des crachas, du sang, du pus excrétable par pistule.
-Les cellules desquamantes : spontanément obtenus par raclage, brossage á partir d’organes comme la peau, la joue interne, le col de l’utérus, le nez, les voies respiratoires et biliaires.
- Le ponction à l’aiguille : d’un liquide (liquide céphalorachidien, le kyste) ou d’un organe ou d’une tumeur (ganglions, nodules thyroïdien).

B.LES PRELEVEMENTS HISTOLOGIQUES :

Ils sont effectués selon trois modalités : la biopsie, les pièces opératoires et l’autopsie.
La biopsie : elle consiste à prélever un fragment de tissu sur un être vivant en vue d’un examen anatomo-pathologique au niveau d’organes externes ou internes. La biopsie s’effectue en plusieurs modalités :
-Par ponction à l’aide d’une aiguille ou d’un trocart au niveau de l’organe en question (foie, rein…)
-Par biopsie chirurgicale après anesthésie locale ou générale.
-Au cours d’une endoscopie : la pince est dans ce cas montée sur l’endoscopie (appareil chirurgicale qui permet de visualiser des opérations chirurgicales ou simplement d’observer des organes internes).
Les pièces opératoires on peut obtenir des tissus à partir des pièces opératoires par exérèse (extraction ou retranchement d’un élément étranger ou nuisible du corps humain) partielle ou complète d’un ou de plusieurs organes.
L’autopsie : elle correspond à un examen anatomo-pathologique pratiquer pour un cadavre.
NB : Le prélèvement des cellules végétales est plus facile. Il peut se faire à partir des feuilles, des organes…

II.LES TECHNIQUES DE FIXATION ET DE COLORATION

A-LA FIXATION DES CELLULES
1.Définition

Le but de la fixation est de maintenir ou de conserver le prélèvement dans un état aussi proche de l’état vivant. Lors du prélèvement, les cellules déversent des enzymes qui peuvent provoquer leurs morts (autodigestion ou autolyse). De même à l’air libre certains prélèvements peuvent être contaminés par des bactéries qui vont entrainer leur putréfaction.
Ainsi les modes d’action des fixations sont :
L’inhibition de l’autolyse, l’inhibition de la putréfaction, l’inhibition des constituants cellulaires ou tissulaires pour leurs études.

2.LES TYPES DE FIXATIONS

a)Les fixateurs chimiques

Ce sont des composés qui font précipiter ou coaguler les macromolécules. Les fixateurs chimiques peuvent être simples :
Ex : formol, alcool éthylique, acide acétique, acide picrique…
Ils peuvent aussi être Composés :
Ex :mélange de Bouin (acide acétique + formol + acide picrique + eau), le mélange de carnoy.

b)Les fixateurs physiques

Les plus utilisés sont l’azote liquide $(-196^{o}C)$ et la neige carbonique $(-60^{o}C)$.
NB : Les fixateurs les plus communs à microscope optique et les plus utiliser dans le monde sont le Formol $(4%)$,Formaldéhyde$(10%)$.
Les fixateurs maintiennent normal les cellules en reliant les groupements des protéines des cellules.

B-LES TECHNIQUES DE COLORATION

1-LE PRINCIPE

Les tissus de l’organisme ne sont pas spontanément colorés.Cette caractéristique naturelle rend leur observation difficile. Les colorants présentent des composants acides ou basiques en milieu aqueuse qui forment des sels avec des radicaux ionisés.
Les composants acides colorent les zones tissulaires basophiles alors que les composants basiques colorent ceux acidiphiles.

2-LES TISSUS DE COLORANT

a.Les colorations de BRACHET et FEULGEN :

LE TEST DE BRACHET

Il consiste a placé l’échantillon dans un mélange de vert de méthylène-pyronine pendent quelques minutes $(2mm)$ puis à rincer l’échantillon dans l’eau. Les verts de méthylène colorent l’ADN du noyau en vert et la pyronine colore l’ARN en rose.

LE TEST DE FEULGEN

Il consiste à mettre l’échantillon dans un tube contenant de $HCL$ puis placer dans un bain mari (permet la conservation en une température donnée) a $600^{o}C$ pendent $10 mm$ et enfin à le récupérer et le plonger dans le réactif de SCHIFF.L’ADN se colore en rase.

b.La coloration HEMATEINE-EOSINE-SAFRAN (HES)

C’est la coloration la plus utilisée dans l’histopathologie, on l’utilise également en hématologie.L’hématéine est une substance basique qui colore l’ADN du noyau en violet. L’éosine est une substance acide qui colore les protéines cytoplasmiques en rose. Le Safran colore les fibres calogènes en jaunes.
c.La coloration MAY-GRUNWALD GIEMSA (MGG)
Elle est utilisée en hématologie avec les frottis sanguins, les ponctions inflammatoires et les coupes d’organes hématologiques et  lymphoïdes.


d.La coloration de PAPANICOLAOU

Elle est de routine en cytologique et en gynécologique.

Noyau Coloration
Cytoplasme des cellules profondes Bleue
Cytoplasme des cellules superficielles Rose


III.LES TECHNIQUES DE SEPARATION DES CONSTITUANTS

Les principales techniques de séparation des constituants cellulaires sont : la centrifugation, la chromatographie et l’électrophorèse.

1)LA CENTRIFUGATION

Elle est une technique qui utilise la force centrifuge (qui éloigne du centre) ou de centrifugation pour séparer les différents composants d’un mélange.
La force de centrifuge est conduite par la rotation du récipient (centrifugeur).
L’augmentation de la vitesse de centrifugation permet une séparation plus nette des différents constituants du mélange et surtout des macromolécules. On parle d’ultracentrifugation. Elle consiste à verser les mélanges hétérogènes dans le ou les tubes à essai puis à les soumettre en rotation.  Sous l’effet de la force centrifuge, des particules sont expulsées dans le fond du tube à essai.
Il existe deux types de centrifugations :
La centrifugation différentielle
Elle permet de séparer les particules en fonction de leur taille par une succession de centrifugation en des temps et des accélérations croissantes.
La centrifugation en gradient de densité
La vitesse de sédimentation d’une particule est en fonction de la différence entre sa densité et celle du milieu ambiant. Dans ce tube de centrifugation, le gradient de centrifugation du milieu ambiant peu changer en modifiant le produit chimique de la solution.
Calcules de la vitesse de rotation pour une centrifugeuse précise :
Le nombreg est la force requise pour obtenir une centrifugation optimale. Il est nommé aussi force centrifuge relative (RCF). La relation qui existe entre la vitesse et la rotation exprimé en tours ou en rotation par minutes (RTM) ; la force centrifuge la distance entre le centre du rotor et le fond du tube (r) est décrite par la formule suivante :
$RTM = 1000√RCF / r x 1,118$
Pour appliquer la formule de calcul on doit :
-identifier la RCF en se référant aux indications fournies par le fabriquant du tube.
-identifier le rayon du rotor de la centrifugeuse, car constatant le mode d’emploi ou en le lisant directement sur le rotor.

EXERCICE D’APPLICATION

Le rayon de rotation d’un rotor est de $86 mm$.
Quelle vitesse faudrait-elle programmer la centrifugeuse pour l’accélération de $1300 g$.

RESOLUTION

$Rtm = 1000√RCF / r x 1,118$
Rtm = 1000√1300 / 86 x 1,11
V (rtm) = 1000√1300 / 96,148
V (rtm) =3677,1 g.mm$

2)LA CHROMATOGRAPHIE

Elle permet de séparer les éléments d’un mélange ou d’un solvant appelé phase mobile à partir d’un support solide dit phase fine ou stationnaire.
Le principe de la chromatographie repose sur le déplacement différentiel des constituants du mélange  sur la phase fine ou solide. En effet ces constituants parcourent ces phases proportionnelles à leurs caractéristiques intrinsèques (poids, taille…) ou à leurs affinités avec la phase stationnaire (selon la polarité).
En fonction de la nature surtout de la phase mobile, on distingue la chromatographie en phase liquide (CPL) et la chromatographie en phase gazeuse (CPG).

3)L’ELECTROPHORESE

Elle est une technique de séparation et d’analyse basée sur la migration différentielle des éléments du mélange.
Le principe est le suivant :
-Les échantillons sont déposés dans des puits préfabriqués au sommet du gel.
-Le tampon est le même dans les réservoires du haut en  bas $(pH = 9)$ pour que toutes les protéines aient une charge négative.
-Un courant électrique continue parcourt le gel pendent la durée de migration (ainsi puisque les protéines ont même charges, leur migration dépendra uniquement de leurs poids).
-Après migration, le gel est retiré et les bandes de protéines sont visualisées par :
            -Coloration de bleu de Coomasie
            -Coloration de nitrate d’argent

IV.TRAÇAGE RADIO-ACTIF

C’est une technique de marque consistant à une association d’une molécule vectrice et d’un marqueur radioactif.
Le marqueur radioactif est un atome au noyau instable à cause d’un excès de protons, de neutrons ou les deux.
Ainsi elle émet des rayons gamma qui permettent de préciser sa localisation, le traceur est choisi par sa capacité à se fixer préférentiellement dans tel ou tel type de tissu ou son aptitude à mettre en évidence tel ou tel pathologie. C’est le cas de l’iode  qui a tendance à se concentrer sur la thyroïde : l’iode entre dans la formation des hormones thyroïdiennes, ainsi le marquage par l’iode du radioactif permet de vérifier le fonctionnement de la thyroïde, de suivre le chemin des molécules formées.
C’est le cas aussi du glucosequi permet de détecter les cellules tumorales. Ces cellules consomment beaucoup de sucre. Ainsi on peut les mettre en évidence en marquant une substance voisine du glucose appelé fluoro désoxyglucose (FDG). D’autres radios traceurs sont utilisés : il s’agit du  sodium radioactif $(Na23)$, du carbone radioactif $(C14)$.

V.LES MICROSCOPES

L’étude de la structure de la cellule nécessite son observation. Celle-ci est délicate du fait de la petite taille des éléments de la cellule. Ainsi, elle nécessite alors des microscopes. On distingue deux types de microscopes : le microscope optique et le microscope électronique.

1-Les microscopes optiques

Ils sont des instruments optiques grossissants, munis d’un objectif et de l’oculaire qui permet de grossir l’image d’un objet de petite taille et donc on examine des détails invisibles à l’ œil nu. Il est utilisé en biologie pour observer des cellules et des tissus et en pétrographie (science qui étudie les roches minérales), pour reconnaitre des roches en métallurgie pour analyser la structure d’un métal.

a-Les parties du microscope optique

Il y a la partie optique et la partie mécanique.
La partie mécanique : elle est constituée de :
-du socle ou pied : il supporte l’appareil
-La potence : elle permet de tenir l’appareil
-La platine : elle permet de recevoir la préparation, elle est percée d’un trou à son centre et est muni de deux valets qui fixent la préparation.
-Le révolver : il possède les objectifs
-Le (s) tube (s) portent l’oculaire (s)

o    La partie optique

-Les oculaires : ils sont munis de grossissement
-Les objectifs : ils sont également munis des lentilles (grossissements) qui permettent d’agrandir la préparation.
-La source lumineuse est constituée d’une lampe ou d’un miroir.

        b-  Principe de fonctionnement du $MO$

La lumière composée de photons passe à travers le condensateur qui concentre le flux lumineux en rayons lumineuses.
La lentille d’un objectif permet un premier agrandissement entre $x40 ; x200$ et $x150$ (en fonction de l’objectif) puis la lentille de l’oculaire qui permet un deuxième agrandissement en générale x4. Ainsi l’œil reçoit une image agrandie
L’agrandissement final (grossissement) est le produit des deux grossissements.
Grossissement $= G$. de l’objectif $x G$. de l’oculaire

2-Les microscopes électroniques

Les microscopes optiques ne permettent pas de voir des objets de tailles $< 0,02 U_{m}$ contrairement au microscope électronique. Ce dernier utilise à la place de la lumière un rayonnement électronique (électrons). Il existe deux types de microscopes électroniques :
oLe microscope électronique a transmission (MET)
Le pouvoir de séparation du MET (de $2$ nanomètres a $0,02$ nanomètre) est théoriquement $40000$ fois supérieur à celui du $M_{O}$ et 2million de fois de l’œil.Le MET comprend :
-Un canon a électron
-Un système de détection d’électrons
-des lentilles magnétiques
oLes microscopes électroniques à balayage (MEB)
Le principe du balayage consiste à explorer la surface de l’échantillon et à transmettre le signal du détecteur a un écran cathodique dont le balayage est exactement électronisé et synchronisé avec celui du faisceau.

Solution des exercices : le pH d'une solution aqueuse - autoprotolyse de l'eau - produit ionique - indicateurs colorés - Ts

Classe: 
Terminale
 

Exercice 1

1) Équation de la réaction :
 
$H_{2}SO_{4}\ \rightarrow\ 2H^{+}\ +\ SO_{4}$
 
2) Calcul de la concentration molaire $C_{0}$ de la solution commerciale
 
$\begin{array}{rcl} C_{0}&=&\dfrac{m}{M\times V}\\ \\&=&\dfrac{95\% m_{\text{solution}}}{M\times V}\\ \\&=&\dfrac{95\%\rho_{\text{Solution}}\times V}{M\times V}\\ \\&=&\dfrac{95\%\rho_{\text{Solution}}}{M}\\ \\&=&\dfrac{95\%\mathrm{d}\rho_{\text{eau}}}{M}\end{array}$
 
A.N : $C_{0}=\dfrac{0.95\times 1.83\times 1000}{98}=18$
 
D'où, $C_{0}=18\,mol\cdot L^{-1}$
 
3) Le volume d'acide sulfurique à prélever :
 
Le nombre de moles ne varies pas :
 
$n=C_{0}V_{0}=C_{1}V_{1}$
 
$\Rightarrow\ V_{0}=\dfrac{C_{1}V_{1}}{C_{0}}$
 
$\Rightarrow\ V_{0}=\dfrac{0.50\times 250}{18}$
 
$\Rightarrow\ V_{0}=6.9\,mL $

Exercice 2

1) Calcule de $pKe$
 
$\begin{array}{rcl} pKe&=&-\log\,Ke\\ \\&=&-\log\,5.5\cdot 10^{-14} \end{array}$
 
Donc, $pKe=13.2$
 
2) Détermination des concentrations molaires en $H_{3}O^{+}$ et en $HO^{-}$ $\left[H_{3}O^{+}\right]\left[OH^{-}\right]=Ke$ or
 
$\left[H_{3}O^{+}\right]=\left[OH^{-}\right]$
 
$\begin{array}{rcl}\Rightarrow\ \left[H_{3}O^{+}\right]^{2}&=&Ke\\ \\ \Rightarrow\ \left[H_{3}O^{+}\right]&=&\sqrt{Ke}\left[H_{3}O^{+}\right]\\ \\  \Rightarrow\ \left[H_{3}O^{+}\right]&=&\sqrt{5.5\cdots 10^{-14}}\\ \\ \Rightarrow\ \left[H_{3}O^{+}\right]&=&2.34\cdot 10^{-7}mol\cdot L^{-1} \end{array}\ ;\ $
 
D'où, $\left[OH^{-}\right]=2.34\cdot 10^{-7}mol\cdot L^{-1}$
 
3) Le $pH$ de la solution à $50^{\circ}C$
 
$\begin{array}{rcl} pH&=&-\log\left[H_{3}O^{+}\right]\\&=&-\log\,2.34\cdot 10^{-7}\\&\Rightarrow&pH=6.63 \end{array}$
 
4) La solution est :
 
$-\ $ acide si $pH<6.63$
 
$-\ $ neutre si $pH=6.63$
 
$-\ $ basique si $pH>6.63$

Exercice 3

1) a) Équation de dissolution des quatre composés et celle de l'électrolyse de l'eau
 
$HNO_{3}\ +\ H_{2}O\ \rightarrow\ H_{3}O^{+}\ +\ NO_{3}^{-}$
 
$HCl\ +\ H_{2}O\ \stackrel{H_{2}O}{\longrightarrow}\ Ca^{2+}\ +\ 2Cl^{-}$
 
$CaCl_{2}\ +\ \stackrel{H_{2}O}{\longrightarrow}\ Ca^{2+}\ +\ 2Cl^{-}$
 
$Ca\left(NO_{3}\right)_{2}\ \stackrel{H_{2}O}{\longrightarrow}\ Ca^{2+}\ +\ 2NO_{3}^{2-}$
 
$H_{2}O\ +\ H_{2}O\ \rightarrow\ H_{3}O^{+}\ +\ OH^{-}$
 
b) Espèces chimiques présentes en solution :
 
$H_{3}O^{+}\;,\ NO_{3}^{-}\;,\ Cl^{-}\;,\ Ca^{2+}\;,\ H_{2}O\text{ et }OH^{-}$ venant de autoprotolyse de l'eau négligeable.
 
2) Détermination de la quantité de matière de chaque ion :
 
$\begin{array}{rcl} n_{H_{3}O^{+}}&=&C_{1}V_{1}+C_{2}V_{2}\\ \\&=&0.3\times 40\cdot 10^{-3}+0.4\times 25\cdot10^{-3}\end{array}$
 
Ainsi, $n_{H_{3}O^{+}}=2.2\cdot 10^{-2}mol$
 
$\begin{array}{rcl} n_{Ca^{2+}}&=&\dfrac{m_{3}}{M_{CaCl_{2}}}+\dfrac{m_{4}}{M_{Ca\left(NO_{3}\right)_{2}}}\\ \\&=&\dfrac{1}{(40+2\times 35.5)}+\dfrac{2}{(40+2(14+3\times 16))}\end{array}$
 
Donc, $n_{Ca^{2+}}=2.1\cdot 10^{-2}mol$
 
$\begin{array}{rcl} n_{Cl^{-}}&=&C_{1}V_{1}+2\dfrac{m_{3}}{M_{CaCl_{2}}}\\ \\&=&0.3\times 40\cdot 10^{-3}+2\dfrac{1}{(40+2\times 35.5)}\end{array}$
 
D'où, $n_{Cl^{-}}=3.0\cdot 10^{-2}mol$
 
$\begin{array}{rcl} n_{NO_{3}^{2-}}&=&C_{2}V_{2}+2\times\dfrac{m_{4}}{M_{Ca\left(NO_{3}\right)_{2}}}\\ \\&=&0.4\times 25\cdot 10^{-3}+2\times\dfrac{2}{(40+2(14+3\times 16))}\end{array}$
 
Donc, $n_{NO_{3}^{2-}}=3.4\cdot 10^{-2}mol$
 
3) Concentration des différentes espèces chimiques :
 
$\begin{array}{rcl} \left[H_{3}O^{+}\right]&=&\dfrac{n_{H_{3}O^{+}}}{V}\\ \\&=&\dfrac{2.2\cdot 10^{-2}}{250\cdot 10^{-3}}\\ \\ \Rightarrow\ \left[H_{3}O^{+}\right]&=&8.8\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{rcl} \left[NO_{3}^{-}\right]&=&\dfrac{n_{NO_{3}^{-}}}{V}\\ \\&=&\dfrac{3.4\cdot 10^{-2}}{250\cdot 10^{-3}}\\ \\ \Rightarrow\ \left[NO_{3}^{-}\right]&=&13.6\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{rcl} \left[Ca^{2+}\right]&=&\dfrac{n_{Ca^{2+}}}{V}\\ \\ &=&\dfrac{2.1\cdot 10^{-2}}{250\cdot 10^{-3}}\\ \\ \Rightarrow\ \left[Ca^{2+}\right]&=&8.4\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{rcl} \left[Cl^{-}\right]&=&\dfrac{n_{Cl^{-}}}{V}\\ \\&=&\dfrac{3.0\cdot 10^{-2}}{250\cdot 10^{-3}}\\ \\ \Rightarrow\ \left[Cl^{-}\right]&=&12\cdot10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
4) Vérification de l'électroneutralité de la solution :
 
$\begin{array}{rcl} \left[H_{3}O^{+}\right]+2\left[Ca^{2+}\right]&=&8.8\cdot10^{-2}+2\times8.4\cdot10^{-2}\\ \\&=&25.6\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
$\begin{array}{rcl} \left[NO_{3}^{-}\right]+\left[Cl^{-}\right]&=&13.6\cdot10^{-2}+12\cdot10^{-2}\\ \\&=&25.6\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1}\end{array}$
 
$\Rightarrow\ \left[H_{3}O^{+}\right]+2\left[Ca^{2+}\right]=\left[NO_{3}^{-}\right]+\left[Cl^{-}\right]$

Exercice 4

1) Détermination de la concentration de la solution :
 
$\begin{array}{rcl} C_{0}&=&\dfrac{m_{HCl}}{M_{HCl}\times V_{\text{Solution}}}\\ \\&=&\dfrac{30\%\,m_{\text{solution}}}{M_{HCl}\times V_{Solution}}\\ \\&=&\dfrac{30\%\times\rho_{\text{Solution}}\times V_{\text{Solution}}}{M_{HCl}\times V_{\text{Solution}}}\\ \\&=&\dfrac{30\%\times\rho_{\text{Solution}}}{M_{HCl}}\\ \\&=&\dfrac{30\%\times\mathrm{d} \rho_{\text{eau}}}{M_{HCl}} \end{array}$
 
AN : $C_{0}=\dfrac{0.30\times 1.15\times 1000}{36.5}\Rightarrow\,C_{0}=9.4\,mol\cdot L^{-1}$
 
2) Le volume de la solution utilisé
 
Au cours de la préparation, le nombre de l'acide ne varie pas :  
 
$n_{HCl}=C_{0}V_{0}=CV$
 
$\Rightarrow\ V_{0}=\dfrac{CV}{C_{0}}=\dfrac{1.0\times 1}{9.45}$
 
D'où, $V_{0}=0.11\,L$

Exercice 5

1) Détermination du $pH$ se la solution $S_{2}$
 
$n_{H_{3}O^{+}}=\left(n_{H_{3}O^{+}}\right)_{1}+\left(n_{H_{3}O^{+}}\right)_{2}$
 
$\begin{array}{lrcl}&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]\left(V_{1}+V_{2}\right)&=&\left(n_{H_{3}O^{+}}\right)_{1}V_{1}+\left(n_{H_{3}O^{+}}\right)_{2}V_{2}\\ \\&\Rightarrow&10^{-pH}\left(V_{1}+V_{2}\right)&=&10^{-pH_{1}}V_{1}+10^{-pH_{2}}V_{2}\\ \\&\Rightarrow&10^{-pH_{2}}&=&\dfrac{10^{-pH}\left(V_{1}+V_{2}\right)-10^{-pH_{1}}V_{1}}{V_{2}}\\ \\&\Rightarrow&10^{-pH}\left(V_{1}+V_{2}\right)&=&10^{-pH_{1}}V_{1}+10^{-pH_{2}}V_{2}\end{array}$
 
A.N : $pH_{2}=-\log\dfrac{10^{-2.7}(100+200)-10^{-2.4}100}{200}$
 
D'où, $pH_{2}=3.0$
 
2) Le $pH$ de la solution obtenue :
 
$n_{H_{3}O^{+}}=\left(n_{H_{3}O^{+}}\right)_{1}+\left(n_{H_{3}O^{+}}\right)_{2}$
 
$\begin{array}{lrcl}&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]\left(V_{1}+V_{2}\right)&=&\left[H_{3}O^{+}\right]_{1}V_{1}+\left[H_{3}O^{+}\right]_{2}V_{2}\\ \\&\Rightarrow&\left[H_{3}O^{+}\right]&=&\dfrac{\left[H_{3}O^{+}\right]_{1}V_{1}+\left[H_{3}O^{+}\right]_{2}V_{2}}{\left(V_{1}+V_{2}\right)} \\ \\&\Rightarrow&pH&=&-\log\dfrac{10^{-pH_{1}}V_{1}+10^{-pH_{2}}{V_{2}}}{\left(V_{1}+V_{2}\right)} \end{array}$
 
AN : $pH=-\log\dfrac{10^{-2.4}\times200+10^{-3.6}\times100}{(200+300)}$
 
Donc, $pH=2.8$

Exercice 6

1) Calcule de la concentration de la solution
 
$\begin{array}{rcl} C&=&\dfrac{m}{M\times V}\\ \\&=&\dfrac{4.96}{(2\times 23+2\times 32+3\times 16+5\times 18)}\\ \\ \Rightarrow\ C&=&2\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1} \end{array}$
 
2) Équation de dissolution :
 
$Na_{2}S_{2}O_{3}\ +\ H_{2}O\ \rightarrow\ 2Na^{+}\ +\ S_{2}O_{3}^{2-}$ 
 
3) Concentrations des ions $Na^{+}$ et $S_{2}O_{3}^{2-}$ présents dans la solution $\left[Na^{+}\right]=2C=4\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1}$
 
$\left[S_{2}O_{3}^{2-}\right]=C=2\cdot 10^{-2}mol\cdot L^{-1}$
 
4) Préparation de la solution :
 
$-\ $ Volume de la solution à prélever :
 
$n=C_{0}V_{0}=CV$
 
$\Rightarrow\ V_{0}=\dfrac{CV}{C_{0}}=\dfrac{10^{-2}\times 100}{2\cdot 10^{-2}}$
 
Donc, $V_{0}=50\,mL$
 
Dans une fiole jaugée de $100\,mL$, on introduit les $50\,mL$ de la solution de thiosulfate de sodium ; puis on complète jusqu'au trait de jauge avec l'eau distillée et on agite pour homogénéiser.

Exercice 7

1) Détermination du $pH$ de chacune des trois solutions
 
Pour la solution $A\ :\ 4.4\leq pH\geq 4.8\Rightarrow pH\approx\dfrac{4.4+4.8}{2}\Rightarrow pH\approx4.6$
 
Pour la solution $B\ :\ pH=6.8$
 
Pour la solution $C\ :\ 10.0\leq pH\geq 11.6\Rightarrow pH\approx\dfrac{10.0+11.6}{2}\Rightarrow pH\approx 10.8$
 
2) On peut utiliser un test supplémentaire avec le jaune d'alizarine $R$ qui doit conserver la couleur jaune : et le $pH=10.0$
 

Auteur: 
Amary Thiam & Sidy Mouhamed Ndiaye

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