Physique

Solution des exercices : La dispersion de la lumière blanche - 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1 

1) L'œil hypermétrope a un cristallin peu convergent. Il donne des images derrière la rétine. On le corrige par le port de lentille convergente.
 
2) Dans le spectre de la lumière blanche, on distingue sept lumières monochromatiques : la lumière blanche est donc une lumière polychromatique.

Exercice 2 

 

Exercice 3 

1) Les différentes couleurs, dans l'ordre, observables dans l'arc-en-ciel sont :
 
le violet, l'indigo, le bleu, le vert, le jaune, l'orange et le rouge.
 
2) Indiquons le rôle joué respectivement par le soleil, la pluie et le ciel.
 
$-\ $ le soleil donne la lumière blanche
 
$-\ $ la pluie sert à décomposer la lumière
 
$-\ $ le ciel sert de fond ; c'est-à-dire de par un angle adéquat, il permet d'observer le spectre.

Exercice 4 

1) Donnons une explication à chacune de leurs sensations : 
 
Moctar étouffe de chaleur car le noir absorbe toutes les couleurs du spectre. Par contre, Ibou se sent à l'aise car le blanc renvoie toutes les couleurs du spectre de manière équitable.
 
2) Ibou est le plus en danger.
 
En effet, renvoyant toutes les couleurs, il devient alors invisible.

Exercice 5 

1) éclairé par une lumière rouge, l'objet est invisible parce que le rouge renvoie la couleur rouge
 
2) éclairé par une lumière bleue, l'objet est violet parce qu'il absorbe la couleur rouge. Donc on obtient un mélange de rouge et de bleu qui donne une couleur violette.
 
3) éclairé par une lumière jaune, l'objet est orange parce qu'il absorbe la lumière jaune. Donc on obtient un mélange de jaune et de rouge qui donne une couleur orange.

Activités

On éclaire une fente avec une lumière blanche. 
 
Le faisceau cylindrique obtenu est envoyé sur la face d'un prisme. 
 
On observe différentes couleurs sur un écran placé après le prisme.
 
1) Ce phénomène observé à la sortie du prisme est appelé : dispersion de la lumière blanche.
 
2) Énumération des couleurs du bas vers le haut :
 
violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge.
 

Exercice 6 maitrise de connaissances

Recopions et complétons les phrases suivantes :
 
Un prisme permet de décomposer la lumière blanche en plusieurs radiations lumineuses. 
 
C'est le phénomène de dispersion de la lumière. 
 
La bande colorée obtenue est appelée spectre de la lumière blanche.
 
La radiation rouge est la moins déviée. 
 
La radiation violette est la plus déviée. 
 
Une lumière formée de plusieurs radiations est une lumière polychromatique.
 
Une lumière formée d'une seule radiation est dite monochromatique.
 
La superposition des sept principales couleurs donne une lumière banche.
 
Un objet a une couleur verte parce qu'il absorbe toutes les autres couleurs de la lumière blanche sauf le vert.
 
Un objet est noir parce qu'il absorbe toutes les couleurs de la lumière blanche. 
 
L'arc en ciel est obtenu par la décomposition de la lumière du soleil par les gouttelettes d'eau de l'atmosphère.

Exercice 9 Couleur des objets

On éclaire une pomme avec la lumière blanche. On la voit rouge. 
 
Expliquons ce phénomène.
 
En effet, une pomme éclairée avec la lumière blanche est soumise à toutes les radiations du visible.
 
La pomme apparaissant rouge signifie qu'elle a absorbé toutes les radiations du visible sauf le rouge.
 
 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Solution des exercices : Les lentilles minces 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1 

1) Une lentille convergente a ses bords minces alors qu'une lentille divergente a ses bords épais.
 
2) Un rayon incident passant le centre optique ne subit pas de déviation alors qu'il est dévié s'il passe par les bords.
 
3) Une lentille convergente donne d'un objet renversé situé à 2 f une image réelle.
 
4) Si un objet AB est placé sur le foyer objet d'une lentille convergente, l'image obtenue est à l'infini.
 
5) La vergence d'une lentille est l'inverse de sa distance focale.

Exercice 2



 
 
 

Exercice 3 


 


 


 
 
 

Exercice 4 

$A'$ est l'image donnée par la lentille de l'objet réel $A$.
 
1) Traçons les trois rayons particuliers permettant d'obtenir l'image $A'$.

 

 

2) Caractéristiques de cette image :
 
$-\ $ image réelle 
$-\ $ image renversée
$-\ A=A'\ :$ l'objet est égal à l'image
$-\ $ agrandissement $\gamma=\dfrac{A'}{A}=1$
$-\ $ image symétrique à l'objet par rapport au centre optique.

Exercice 5

On choisit comme échelle : $1\text{carreau}\ \rightarrow\ 10\;cm$

 

 

Caractéristiques de l'image :
 
$-\ $ image virtuelle 
$-\ $ image droite
$-\ $ image plus petite que l'objet
$-\ $ agrandissement $\gamma=\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{OA'}{OA}=\dfrac{12}{30}=\dfrac{4}{10}$
$-\ $ même côté par rapport à l'objet

Exercice 6 

1) On choisit comme échelle : $1\text{ carreau}\ \rightarrow\ 1\;cm$

 

 
 
2) Caractéristiques de l'image $A'B'$ obtenue :
 
$-\ $ image réelle 
$-\ $ image renversée
$-\ $ image plus petite que l'objet
$-\ $ agrandissement $\gamma=\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{1}{2}$
$-\ $ image sur le côté opposé $OA'=\dfrac{1}{2}OA$
 
3) On a une lentille convergente.
 
Vergence : $C=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{2.10^{-2}}=50\;\delta$

Exercice 7 

1) Trouvons, à partir du graphe, la distance focale de cette lentille.
 
On choisit comme échelle : $1\text{ carreau}\ \rightarrow\ 10\;cm$

 
 

 
D'après l'échelle on a : $2\text{ carreaux}\ \rightarrow\ x\;cm\ \Rightarrow\ 2\times 10=x$
 
D'où, $\boxed{f=20\;cm}$
 
2) L'agrandissement de cette image est donné par :
 
$\gamma=\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{20}{20}=1$
 
Donc, $A'B'=AB$

Exercice 9  : Contrôle de connaissances

1) Les deux types de lentilles sont : les lentilles convergentes et les lentilles divergentes.
 
2) C'est la lentille convergente qui "rabat" un faisceau incident de lumière vers l'axe optique.
 
3) La lentille qui ouvre le faisceau incident de lumière est appelée lentille divergente.
 
4) On dispose ci-dessous de six lentilles $L_{1}\;;\ L_{2}\;;\ L_{3}\;;\ L_{4}\;;\ L_{5}\ $ et $\ L_{6}$

 

 
4.1) Classifions ces lentilles en lentilles convergentes et lentilles divergentes et précisons leur nom.
$$\begin{array}{|c|c|c|}\hline\text{Lentilles}&\text{Nom}&\text{Type de lentille}\\ \hline L_{1}&\text{lentille biconvexe}&\text{convergente}\\ \hline L_{2}&\text{lentille plan-concave}&\text{divergente}\\ \hline L_{3}&\text{lentille ménisque}&\text{convergente}\\ \hline L_{4}&\text{lentille plan-convexe}&\text{convergente}\\ \hline L_{5}&\text{lentille ménisque}&\text{divergente}\\ \hline L_{6}&\text{lentille biconcave}&\text{divergente}\\ \hline\end{array}$$
 
4.2) Justification : on identifie ou on classe les lentilles selon leurs bords :
 
Ainsi, une lentille à bords minces est dite convergente et une lentille à bords épais est dite divergente.
 

Exercice 10 : Caractéristiques d'une lentille

L'axe optique principal d'une lentille convergente est dirigé vers le soleil.
 
Choisissons la bonne réponse :
 
1) L'axe optique principal d'une lentille est :
 
a) La droite perpendiculaire à cette lentille passant par son centre optique
 
2) Les rayons solaires convergent vers :
 
b) Le foyer objet de la lentille
 
3) La distance focale de la lentille est : 
 
b) La distance entre le centre optique et le foyer image
 
4) La vergence d'une lentille est :
 
b) L'inverse de la distance focale
 
5) Dans le système international d'unités la vergence s'exprime en :
 
b) dioptrie

Exercice 11 Construire la marche d'un rayon lumineux

1) Chacun des schémas ci-dessous présente un rayon lumineux incident arrivant sur une lentille.
 
Construisons le rayon émergent correspondant (couleur verte).

 

 
2) Chacun des schémas ci-dessous présente un rayon lumineux émergent après traversée d'une lentille. 
 
Construisons le rayon incident correspondant (couleur rouge).

 
 

Exercice 12 Construction de l'image d'un objet réel donnée par une lentille convergente

Un objet lumineux $AB$ de hauteur $2\;cm$ est placé perpendiculairement à l'axe optique principal d'une lentille convergente de centre optique $O$ et de distance focale $3\;cm.$
 
Le point $A$ est sur l'axe optique principal, à $6\;cm$ de $O$
 
1) Calculons la vergence de la lentille
 
Soit $C$ la vergence de cette lentille alors, on a : $$C=\dfrac{1}{f}$$
où $f$ est la distance focale
 
A.N : $C=\dfrac{1}{3\;10^{-2}}=33.3$
 
D'où, $\boxed{C=33.3\;\delta}$
 
2) Construisons l'image $A'B'$ de $AB$

 

 
3) Donnons les caractéristiques de l'image $A'B'$
 
$-\ $ image réelle 
$-\ $ image renversée
$-\ $ la taille de l'image est égale à celle de l'objet
$-\ $ image symétrique à l'objet par rapport au centre optique.
 
4) Déterminons le grandissement $G$ de l'image
 
Le grandissement $G$ de l'image est donné par : $$G=\dfrac{A'B'}{AB}$$
Comme l'image et l'objet ont la même taille alors, $\ AB=A'B'$
 
D'où, $$G=1$$
 
5) Reprenons les mêmes questions pour les cas suivants :
 
a) L'objet est placé à $7\;cm$ du centre optique
 
$\centerdot\ \ $ Vergence de la lentille
 
$$C=\dfrac{1}{f}$$
où $f$ est la distance focale
 
Ainsi, $C=\dfrac{1}{3\;10^{-2}}=33.3\;\delta$
 
$\centerdot\ \ $ Construction de l'image $A'B'$ de $AB$

 

 
$\centerdot\ \ $ Caractéristiques de l'image $A'B'$ :
 
$-\ $ image réelle 
$-\ $ image renversée
$-\ $ image plus petite que l'objet
$-\ $ image sur le côté opposé telle que $OA'=5.1\;cm$
 
$\centerdot\ \ $ Grandissement $G$ de l'image
 
On a : $G=\dfrac{A'B'}{AB}\ $ or,  $\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{OA'}{OA}$
 
Donc, $G=\dfrac{OA'}{OA}=\dfrac{5.1}{7}=0.7$
 
D'où, $$G=0.7$$
 
b) L'objet est placé à $5\;cm$ du centre optique
 
$\centerdot\ \ $ Vergence de la lentille
 
$$C=\dfrac{1}{f}$$
où $f$ est la distance focale
 
Donc, $C=\dfrac{1}{3\;10^{-2}}=33.3\;\delta$
 
$\centerdot\ \ $ Construction de l'image $A'B'$ de $AB$

 

 
$\centerdot\ \ $ Caractéristiques de l'image $A'B'$ :
 
$-\ $ image réelle 
$-\ $ image renversée
$-\ $ image plus grande que l'objet
$-\ $ image sur le côté opposé telle que $OA'=7.2\;cm$
 
$\centerdot\ \ $ Grandissement $G$ de l'image
 
On a : $G=\dfrac{A'B'}{AB}\ $ or,  $\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{OA'}{OA}$
 
Donc, $G=\dfrac{OA'}{OA}=\dfrac{7.2}{5}=1.4$
 
D'où, $$G=1.4$$
 
c) L'objet est placé sur le foyer objet
 
$\centerdot\ \ $ Vergence de la lentille
 
$$C=\dfrac{1}{f}$$
où $f$ est la distance focale
 
Ainsi, $C=\dfrac{1}{3\;10^{-2}}=33.3\;\delta$
 
L'objet étant placé sur le foyer $F$ alors, son image $A'B'$ est infinie.

 

 
 
d) L'objet est placé à $2\;cm$ du centre optique
 
$\centerdot\ \ $ Vergence de la lentille
 
$$C=\dfrac{1}{f}$$
où $f$ est la distance focale
 
Donc, $C=\dfrac{1}{3\;10^{-2}}=33.3\;\delta$
 
$\centerdot\ \ $ Construction de l'image $A'B'$ de $AB$

 

 
$\centerdot\ \ $ Caractéristiques de l'image $A'B'$ :
 
$-\ $ image virtuelle (non observable) 
$-\ $ image droite (non renversée)
$-\ $ image plus grande que l'objet
$-\ $ image du même côté que l'objet telle que $OA'=5.9\;cm$
 
$\centerdot\ \ $ Grandissement $G$ de l'image
 
On a : $G=\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{OA'}{OA}$
 
D'où, $G=\dfrac{5.9}{2}=2.9$

Exercice 13 Construction de l'image d'un objet réel situé en avant du foyer image d'une lentille divergente

Un objet lumineux $AB$ de hauteur $2\;cm$ est placé perpendiculairement à l'axe optique principal d'une lentille divergente de centre optique $O$ et de distance focale $3\;cm.$
 
Le point $A$ est sur l'axe principal, à $5\;cm$ de $O.$
 
1) Calculons la vergence de la lentille
 
Soit $C$ la vergence de la lentille. On a :
$$C=\dfrac{1}{f}$$
La lentille étant divergente donc, $f<0$
 
Ainsi, $f=-3\;cm=-3.10^{-2}\;m$
 
A.N : $C=\dfrac{1}{-3.10^{-2}}=-333.33$
 
D'où, $\boxed{C=-33.3\;\delta}$ 
 
2) Construisons l'image $A'B'$ de $AB$

 

 
3) Donnons les caractéristiques de l'image $A'B'$
 
$-\ $ image virtuelle (non observable)
$-\ $ image droite (non renversée)
$-\ $ image plus petite que l'objet
$-\ $ image du même côté que l'objet telle que $OA'=1.8\;cm$
 
4) Définissons et déterminons le grandissement $G$ de l'image.
 
Le grandissement est une grandeur qui permet de déterminer la taille de l'image par rapport à l'objet.
 
$-\ $ Si $G<1$ alors, l'image est plus petite que l'objet.
 
$-\ $ Si $G>1$ alors, l'image est plus grande que l'objet.
 
$-\ $ Si $G=1$ alors, l'image est de même taille que l'objet.
 
On a :
$$G=\dfrac{A'B'}{AB}=\dfrac{OA'}{OA}$$
 
A.N : $G=\dfrac{1.8}{5}=0.36$
 
Donc, $\boxed{G=0.36}$
 

Exercice 14 Correction des anomalies de la vision

Recopions puis relions par une flèche le défaut de l'œil à la lentille qui permet sa correction.

 
 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Solution des exercices : action à froid des acides dilués sur les métaux usuels 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1


 

 

Exercice 2

 
$Al\ +\ 3HCl \longrightarrow\ AlCl_{3}\ +\ \dfrac{3}{2}H_{2}$
 
$Zn\ +\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow\ ZnSO_{4}\ +\ H_{2}$
 
$Pb\ +\ 2HCl \longrightarrow\ PbCl_{2}\ +\ H_{2}$
 
$Fe\ +\ 2HCl \longrightarrow\ FeCl_{2}\ +\ H_{2}$

Exercice 3

1) Les observations que l'on peut faire au niveau de chaque tube sont résumées dans le tableau suivant : $$\begin{array}{|c|c|}\hline\text{Tubes}&\text{Observations}\\ \hline Cu+HCl&\text{pas de réaction}\\ \hline Pb+HCl&\text{réaction éphémère}\\ \hline Al+HCl&\text{réaction}\\ \hline\end{array}$$
2) Calculons la masse d'aluminium

Remarque :

L'acide chlorhydrique $(HCl)$ ne réagit pas avec le cuivre et que sa réaction avec le Plomb $(Pb)$ n'est pas complète car le sel (chlorure de Plomb) formé bloque la réaction parce qu'étant insoluble.
 
Par conséquent il est impossible de trouver la masse totale de Plomb que contenait le tube à travers le dihydrogène $(H_{2})$ dégagé.
 
Ainsi, nous pouvons dire que ce tube contenait donc de l'aluminium $(Al).$
 
Soit l'équation bilan : $Al\ +\ 3HCl \longrightarrow\ AlCl_{3}\ +\ \dfrac{3}{2}H_{2}$
 
D'après l'équation bilan on a : $\dfrac{n_{Al}}{1}=\dfrac{n_{H_{2}}}{\tfrac{3}{2}}\ \Rightarrow\ 3n_{Al}=2n_{H_{2}}$
 
Or, $\ n=\dfrac{m}{M}=\dfrac{V}{V_{M}}$
 
Donc, $3\times\dfrac{m_{Al}}{M_{Al}}=2\times\dfrac{V_{H_{2}}}{V_{M}}$
 
Par suite, $m_{Al}=\dfrac{2\times V_{H_{2}}\times M_{Al}}{3\times V_{M}}\ $ avec, $\ M_{Al}=27\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $m_{Al}=\dfrac{2\times 56\;10^{-3}\times 27}{3\times 22.4}=0.045$
 
D'où, $\boxed{m_{Al}=0.045\;g}$

Exercice 4

Le fer $(Fe)$ et le zinc $(Zn)$ sont les deux métaux attaqués à froid par les trois acides dilués $HCl,\ H_{2}SO_{4},\ HNO_{3}.$
 
Les produits de chacune des réactions et éventuellement l'équation bilan correspondante sont résumés dans le tableau ci-après.
$$\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline& & & \\ \text{Métaux}&\text{Acides}&\text{Produits}&\text{Equations bilan}\\ & & & \\ \hline& &\text{dihydrogène}&\\ \text{Fer}&HCl&\text{chlorure}&Fe+2HCl\longrightarrow FeCl_{2}+H_{2} \\ & &\text{ferreux}& \\ \hline& &\text{dihydrogène}&\\ \text{Fer}&H_{2}SO_{4}&\text{sulfate}&Fe+H_{2}SO_{4}\longrightarrow FeSO_{4}+H_{2} \\ & &\text{ferreux}& \\ \hline\text{Fer}&HNO_{3}&\text{vapeurs}&\\ & &\text{nitreuses}& \\ \hline& &\text{dihydrogène}&\\ \text{Zinc}&HCl&\text{chlorure}&Zn+2HCl\longrightarrow ZnCl_{2}+H_{2} \\ & &\text{de Zinc}& \\ \hline& &\text{dihydrogène}&\\ \text{Zinc}&H_{2}SO_{4}&\text{sulfate}&Zn+H_{2}SO_{4}\longrightarrow ZnSO_{4}+H_{2} \\ & &\text{de Zinc}& \\ \hline& &\text{dihydrogène}&\\ \text{Zinc}&HNO_{3}&\text{nitrate}& \\ & &\text{de Zinc}& \\ \hline\end{array}$$

Exercice 5

1) Quand on verse un excès d'acide chlorhydrique $(HCl)$ dilué sur un mélange de cuivre et d'aluminium, on observe une effervescence qui montre qu'une réaction a lieu.
 
Équation bilan de la réaction : $Al\ +\ 3HCl \longrightarrow\ AlCl_{3}\ +\ \dfrac{3}{2}H_{2}$
 
2) A la fin du phénomène observé, lorsqu'on y verse ensuite de l'acide nitrique dilué $(HNO_{3})$, on observe à nouveau une effervescence qui indique une réaction.
 
En effet, l'acide chlorhydrique $(HCl)$ ne réagissant pas avec le cuivre, alors dans la première expérience c'est l'aluminium qui est attaqué. Donc, dans la seconde phase, si on verse de l'acide nitrique dilué $(HNO_{3})$ et que l'on observe une réaction, elle ne peut se produire qu'entre le cuivre et l'acide nitrique $(HNO_{3}).$

Exercice 6

1) On utilise le bidon en cuivre pour conserver de l'acide chlorhydrique dilué.
 
En effet, le fer et l'aluminium réagissent avec de l'acide chlorhydrique $(HCl)$ pour donner d'autres produits. Par conséquent, les bidons en fer et en aluminium ne pourront être utilisés pour la conservation de de l'acide chlorhydrique.
 
2) On utilise le bidon en cuivre ou le bidon en aluminium pour conserver de l'acide sulfurique dilué.
 
En effet, le fer réagit avec de l'acide sulfurique $(H_{2}SO_{4})$ pour donner d'autres produits, donc le bidon en fer ne peut être utilisé pour la conservation.
Pour le bidon en aluminium, on observe une réaction mais aucun produit ne se forme, donc le bidon en aluminium pourra être utilisé. Cependant, il y aura toujours une effervescence.
Par contre, avec le bidon en cuivre, aucune réaction ne se produit car le cuivre ne réagit pas avec de l'acide sulfurique $(H_{2}SO_{4}).$ Donc, ce bidon est le mieux placé pour une meilleure conservation. 

Exercice 7

On fait réagir entièrement $10\;mL$ d'une solution d'acide chlorhydrique dilué avec $56\;mg$ de fer.
 
1) Calculons la masse de chacun des produits obtenus.
 
Soit l'équation de la réaction : $Fe\ +\ 2HCl\ \longrightarrow\ FeCl_{2}\ +\ H_{2}$
 
D'après l'équation bilan on a :
$$\dfrac{n_{Fe}}{1}=\dfrac{n_{HCl}}{2}=\dfrac{n_{FeCl_{2}}}{1}=\dfrac{n_{H_{2}}}{1}$$
Donc, $n_{Fe}=n_{FeCl_{2}}=n_{H_{2}}\ $ or, $\ n=\dfrac{m}{M}$
 
Par suite,
 
$-\ $ pour $FeCl_{2}$ on a : $\dfrac{m_{Fe}}{M_{Fe}}=\dfrac{m_{FeCl_{2}}}{M_{FeCl_{2}}}$
 
Ce qui donne : $m_{FeCl_{2}}=\dfrac{m_{Fe}\times M_{FeCl_{2}}}{M_{Fe}}\ $ avec, $\ M_{FeCl_{2}}=56+2\times 35.5=127\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $m_{FeCl_{2}}=\dfrac{56\;10^{-3}\times 127}{56}=0.127$
 
D'où, $\boxed{m_{FeCl_{2}}=0.127\;g=127\;mg}$
 
$-\ $ pour $H_{2}$ on a : $\dfrac{m_{H_{2}}}{M_{H_{2}}}=\dfrac{m_{Fe}}{M_{Fe}}$

Donc, $m_{H_{2}}=\dfrac{m_{Fe}\times M_{H_{2}}}{M_{Fe}}$
 
A.N : $m_{H_{2}}=\dfrac{56\;10^{-3}\times 2}{56}=0.002$
 
Ainsi, $\boxed{m_{H_{2}}=0.002\;g=2\;mg}$
 
2) Déterminons la molarité de la solution d'acide chlorhydrique utilisé.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $2n_{Fe}=n_{HCl}$ d'après l'équation bilan.
 
Donc, $c=\dfrac{2n_{Fe}}{V}=\dfrac{2\times m_{Fe}}{M_{Fe}\times V}$
 
A.N : $c=\dfrac{2\times 56\;10^{-3}}{56\times 10\;10^{-3}}=0.2$
 
Donc, $\boxed{c=0.2\;mol.l^{-1}}$

Exercice 8

1) Écrivons les équations bilan de chacune de ces réactions chimiques.
 
$(1)\quad Al\ +\ 3HCl \longrightarrow\ AlCl_{3}\ +\ \dfrac{3}{2}H_{2}$
 
$(2)\quad Zn\ +\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow\ ZnSO_{4}\ +\ H_{2}$
 
2) Calculons la masse d'aluminium utilisé.
 
D'après l'équation bilan (1) on a :
$$\dfrac{n_{Al}}{1}=\dfrac{n_{H_{2}}}{\frac{3}{2}}=\dfrac{2n_{H_{2}}}{3}$$
Donc, $3n_{Al}=2n_{H_{2}}$
 
Or, d'après l'équation (2), $\ n_{H_{2}}=n_{Zn}$
 
Par suite, $3n_{Al}=2n_{Zn}$
 
Comme $\ n=\dfrac{m}{M}\ $ alors, $\ 3\dfrac{m_{Al}}{M_{Al}}=2\dfrac{m_{Zn}}{M_{Zn}}$
 
Ce qui donne : $m_{Al}=\dfrac{2m_{Zn}\times M_{Al}}{3M_{Zn}}$
 
A.N : $m_{Al}=\dfrac{2\times 6.54\times 27}{3\times 65.4}=1.8$
 
Donc, $\boxed{m_{Al}=1.8\;g}$

Exercice 9

1) Les réactifs que le technicien devra utiliser sont :
 
l'acide chlorhydrique et le fer.
 
Équation bilan de la réaction à réaliser : $Fe\ +\ 2HCl \longrightarrow\ FeCl_{2}\ +\ H_{2}$
 
2) Calculons la masse de chacun des réactifs utilisés.
 
D'après l'équation bilan on a :
$$\dfrac{n_{Fe}}{1}=\dfrac{n_{HCl}}{2}=\dfrac{n_{H_{2}}}{1}$$
Par suite, $n_{Fe}=n_{H_{2}}\ \text{ et }\ n_{HCl}=2n_{H_{2}}$
 
Or, $\ n=\dfrac{m}{M}=\dfrac{V}{V_{M}}\ $ donc,
 
$-\ $ pour $Fe$ on a :
$$\dfrac{m_{Fe}}{M_{Fe}}=\dfrac{V_{H_{2}}}{V_{M_{H_{2}}}}\ \Rightarrow\ m_{Fe}=\dfrac{V_{H_{2}}\times M_{Fe}}{V_{M_{H_{2}}}}$$
A.N : $m_{Fe}=\dfrac{1.12\times 56}{22.4}=2.8$
 
Donc, $\boxed{m_{Fe}=2.8\;g}$
 
$-\ $ pour $HCl$ on a :
$$\dfrac{m_{HCl}}{M_{HCl}}=2\dfrac{V_{H_{2}}}{V_{M_{H_{2}}}}\ \Rightarrow\ m_{HCl}=\dfrac{2\times V_{H_{2}}\times M_{HCl}}{V_{M_{H_{2}}}}$$
A.N : $m_{HCl}=\dfrac{2\times 1.12\times 36.5}{22.4}=3.65$
 
D'où, $\boxed{m_{HCl}=3.65\;g}$
 
3) Pour l'acide nitrique ; la réaction avec le cuivre ne donne aucun produit, la réaction avec le plomb est éphémère et que la réaction avec le fer donne des vapeurs nitreuses.
Cependant, pour l'acide chlorhydrique ; pas de réaction avec le cuivre et que la réaction avec le plomb est éphémère. Par conséquent, le laborantin va choisir l'acide chlorhydrique et le fer comme réactifs.

 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Solution des exercices : Les métaux 3e

Classe: 
Troisième
 

Exercice 1



 
 

Exercice 2

1) Le bronze est :
 
un métal : Faux (F)
un alliage : Vrai (V)
un corps métallique : Faux (F)
un non métal : Faux (F)
 
2) La corrosion d'un métal est :
 
la perte de son éclat métallique : Vrai (V)
le changement de son état physique : Faux (F)
 
3) A l'air libre, ce métal sécrète sa propre protection :
 
le plomb : Vrai (V)
le fer : Faux (F)
le cuivre : Vrai (V)
 
4) La rouille est :
 
la couche qui recouvre tout métal : Faux (F)
Le résultat de la corrosion du fer : Vrai (V)
L'oxyde ferrique humide : Vrai (V)

Exercice 3

1) On recouvre le fer de peinture pour le protéger contre la rouille.
 
2) Le fer blanc est une tôle de fer recouverte d'étain pour protéger de la rouille.
 
Le fer galvanisé est un fer qui est recouvert d'une fine couche de zinc par galvanisation.
 
3-1) Quand on expose l'aluminium à l'air libre, il se forme de l'alumine $(Al_{2}O_{3})$
 
3-2) Quand on expose le zinc à l'air libre, il se forme de l'hydrocarbonate de zinc $(ZnCO_{3}\;;\ H_{2}O)$
 
3-3) La corrosion de ces deux métaux entraine la formation d'une couche imperméable protectrice.
 
Par contre, pour celle du fer, on observe sa destruction par la formation de la rouille qui est une couche perméable. Ainsi, l'action de la corrosion se poursuit en profondeur.

Exercice 4

1) Décrivons l'action de l'air sur le zinc :
 
$-\ $ à froid, le zinc se recouvre d'une couche imperméable qui le protège, appelée hydrocarbonate de zinc $(ZnCO_{3}\;;\ H_{2}O).$
 
$-\ $ à chaud, l'oxydation du zinc entraine le dégagement d'une fumée blanche qui est constituée d'oxyde de zinc $(ZnO).$ 
 
2) Masse d'oxyde de zinc obtenue
 
Équation de la réaction : $Zn\ +\ \dfrac{1}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ ZnO$
 
On a :
 
$\begin{array}{rcrcl} n_{Zn}=n_{ZnO}\quad\text{ or, }\ n=\dfrac{m}{M}&\Rightarrow&\dfrac{m_{Zn}}{M_{Zn}}&=&\dfrac{m_{ZnO}}{M_{ZnO}}\\ \\&\Rightarrow&m_{ZnO}&=&\dfrac{m_{Zn}\times M_{ZnO}}{M_{Zn}}\end{array}$

avec $M_{ZnO}=65+16=81\;g/mol$
 
A.N : $m_{ZnO}=\dfrac{13\times 81}{65}=16.2$
 
Donc, $\boxed{m_{ZnO}=16.2\;g}$

Exercice 5

1) Masse de fer oxydé
 
On a : $m_{oxyd}=m\times\dfrac{1}{4}=\dfrac{m}{4}$
 
A.N : $m_{oxyd}=\dfrac{20}{4}=5$
 
Donc, $\boxed{m_{oxyd}=5\;g}$
 
Déduisons la masse d'oxyde ferrique formé.
 
Équation de la réaction : $2Fe\ +\ \dfrac{3}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ Fe_{2}O_{3}$
 
On a :
 
$\begin{array}{rcrcl}\dfrac{n_{Fe}}{2}=\dfrac{n_{Fe_{2}O_{3}}}{1}&\Rightarrow&n_{Fe}&=&2n_{Fe_{2}O_{3}}\quad\text{ or, }\ n=\dfrac{m}{M}\\ \\ &\Rightarrow&\dfrac{m_{Fe}}{M_{Fe}}&=&2\times\dfrac{m_{Fe_{2}O_{3}}}{M_{Fe_{2}O_{3}}}\\ \\ &\Rightarrow&m_{Fe_{2}O_{3}}&=&\dfrac{m_{Fe}\times M_{Fe_{2}O_{3}}}{2\times M_{Fe}}\end{array}$

avec $M_{Fe_{2}O_{3}}=2\times 56+3\times 16=160\;g/mol$
 
A.N : $m_{Fe_{2}O_{3}}=\dfrac{5\times 160}{2\times 56}=7.143$
 
Donc, $\boxed{m_{Fe_{2}O_{3}}=7.143\;g}$
 
2) La masse d'eau contenue dans la rouille formée.
 
On a $Fe_{2}O_{3}\;;\ 5H_{2}O$, traduction mathématique :
 
$1\;mol\ (Fe_{2}O_{3})\ \longrightarrow\ 5\;mol\ (H_{2}O)$
 
$x\;mol\ (Fe_{2}O_{3})\ \longrightarrow\ n\;mol\ (H_{2}O)$
 
Donc,
 
$\begin{array}{rcrcl} n\;mol=5\times x\;mol&\Rightarrow&\dfrac{m_{H_{2}O}}{M_{H_{2}O}}&=&5\times\dfrac{m_{Fe_{2}O_{3}}}{M_{Fe_{2}O_{3}}}\\ \\ &\Rightarrow&m_{H_{2}O}&=&\dfrac{5\times m_{Fe_{2}O_{3}}\times M_{H_{2}O}}{M_{Fe_{2}O_{3}}}\end{array}$

avec $M_{H_{2}O}=18\;g/mol$
 
A.N : $m_{H_{2}O}=\dfrac{5\times 7.143\times 18}{160}=4.018$
 
Donc, $\boxed{m_{H_{2}O}=4.018\;g}$
 
3) La masse de rouille formée
 
$m_{r}=m_{Fe_{2}O_{3}}+m_{H_{2}O}$
 
A.N : $m_{r}=7.143+4.018=11.161$
 
Donc, $\boxed{m_{r}=11.161\;g}$
 
4) La masse du morceau de fer rouillé avant son nettoyage.
 
On a : $m_{total}=m_{non\;r}+m_{r}\ $ avec, $\ m_{non\;r}=\dfrac{3}{4}\times m$
 
A.N : $m_{total}=\dfrac{3\times 20}{4}+11.161=26.161$
 
Donc, $\boxed{m_{total}=26.161\;g}$

Exercice 6

1) L'équation bilan de la réaction est de la forme : $$3PbO\ +\ \dfrac{1}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ Pb_{3}O_{4}$$
 
2) Calculons la masse molaire du minium.
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl} M_{Pb_{3}O_{4}}&=&3M_{Pb}+4M_{O} \\ &=&3\times 207+4\times 16 \\ &=&685\end{array}$
 
Donc, $\boxed{M_{Pb_{3}O_{4}}=685\;g.mol^{-1}}$
 
3) Calculons le volume de $O_{2}$ obtenu.
 
D'après l'équation bilan on a :
 
$\begin{array}{rcrcl}\dfrac{n_{O_{2}}}{\tfrac{1}{2}}=\dfrac{n_{Pb_{3}O_{4}}}{1}&\Rightarrow&2n_{O_{2}}&=&n_{Pb_{3}O_{3}}\quad\text{ or, }\ n=\dfrac{m}{M}=\dfrac{V}{V_{M}}\\ \\&\Rightarrow&2\times\dfrac{V_{O_{2}}}{V_{M}}&=&\dfrac{m_{Pb_{3}O_{4}}}{M_{Pb_{3}O_{4}}}\quad\text{ avec, }\ V_{M}=\text{volume molaire}\\ \\&\Rightarrow&2V_{O_{2}}&=&\dfrac{m_{Pb_{3}O_{4}}\times V_{M}}{M_{Pb_{3}O_{4}}}\\ \\&\Rightarrow&V_{O_{2}}&=&\dfrac{m_{Pb_{3}O_{4}}\times V_{M}}{2\times M_{Pb_{3}O_{4}}}\end{array}$
 
A.N : $V_{O_{2}}=\dfrac{13.07\;10^{3}\times 22.4}{2\times 685}=224$
 
Donc $\boxed{V_{O_{2}}=224\;l}$

Exercice 7

1) En brûlant le cuivre dans l'air, on obtient l'oxyde cuivrique $CuO$ et l'oxyde cuivreux $Cu_{2}O.$
 
Écrivons les équations bilan respectives de leurs formations.
 
$-\ $ formation de $CuO\ :\ Cu\ +\ \dfrac{1}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ CuO$
 
$-\ $ formation de $Cu_{2}O\ :\ 2Cu\ +\ \dfrac{1}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ Cu_{2}O$
 
2) Calculons le volume de dioxygène nécessaire.
 
D'après l'équation bilan on a :
 
$\begin{array}{rcrcl}\dfrac{n_{O_{2}}}{\tfrac{1}{2}}=\dfrac{n_{Cu_{2}O}}{1}&\Rightarrow&2n_{O_{2}}&=&n_{Cu_{2}O}\quad\text{ or, }\ n=\dfrac{m}{M}=\dfrac{V}{V_{M}}\\ \\&\Rightarrow&2\times\dfrac{V_{O_{2}}}{V_{M}}&=&\dfrac{m_{Cu_{2}O}}{M_{Cu_{2}O}}\quad\text{ avec, }\ V_{M}=\text{volume molaire}\\ \\&\Rightarrow&2V_{O_{2}}&=&\dfrac{m_{Pb_{3}O_{4}}\times V_{M}}{M_{Pb_{3}O_{4}}}\\ \\&\Rightarrow&V_{O_{2}}&=&\dfrac{m_{Cu_{2}O}\times V_{M}}{2\times M_{Cu_{2}O}}\end{array}$
 
avec $M_{Cu_{2}O}=2M_{Cu}+M_{O}=2\times 64+16=144\ \Rightarrow\ M_{Cu_{2}O}=144\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $V_{O_{2}}=\dfrac{7.2\times 22.4}{2\times 144}=0.56$
 
Donc $\boxed{V_{O_{2}}=0.56\;l}$
 
3) Calculons la masse de cuivre oxydé.
 
D'après l'équation bilan on a :
 
$\begin{array}{rcrcl}\dfrac{n_{Cu}}{2}=\dfrac{n_{Cu_{2}O}}{1}&\Rightarrow&n_{Cu}&=&2n_{Cu_{2}O}\quad\text{ or, }\ n=\dfrac{m}{M}\\ \\&\Rightarrow&\dfrac{m_{Cu}}{M_{Cu}}&=&2\times\dfrac{m_{Cu_{2}O}}{M_{Cu_{2}O}}\\ \\&\Rightarrow&m_{Cu}&=&\dfrac{2\times m_{Cu_{2}O}\times M_{Cu}}{M_{Cu_{2}O}}\end{array}$ 
 
A.N : $m_{Cu}=\dfrac{2\times 7.2\times 64}{144}=6.4$
 
Donc $\boxed{m_{Cu}=6.4\;g}$

Activité

1) Complétons le tableau :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|}\hline \text{Métal}&\text{Al}&\text{Zn}&\text{Fe}&\text{Pb}&\text{Cu}\\ \hline \text{Couleur}&\text{blanche}&\text{blanchâtre}&\text{grise}&\text{blanchâtre}&\text{rouge}\\ \hline&\text{se recouvre}&\text{il se forme}&\text{se revouvre}&\text{il se forme }&\text{se forme}\\&\text{d'une couche}&\text{une couche}&\text{d'une couche}&\text{une couche}&\text{une couche}\\&\text{superficielle,}&\text{imperméable}&\text{poreuse}&\text{imperméable :}&\text{imperméable}\\ \text{Comportement}&\text{imperméable}&\text{appelée}&\text{de couleur}&\text{hydro-}&\text{appelée}\\ \text{à l'air humide}&\text{et protectrice}&\text{hydro-}&\text{brune :}&\text{carbonate}&\text{vert-de-gris}\\&\text{qui vernit}&\text{carbonate}&\text{la rouille}&\text{de Plomb}&\\&\text{son éclat}&\text{de zinc}&&&\\&\text{métallique :}&&&&\\&\text{c'est l'alumine}&&&&\\ \hline \text{Utilisation}&\text{emballages}&\text{toitures}&\text{rails}&\text{canalisations}&\text{fils}\\ \text{usuelle}&&&&&\text{électriques}\\\hline \end{array}$$
2) Description d'une expérience qui permet de distinguer une lame de fer et une lame de cuivre :
 
Laissons à l'air libre ces deux lames de métaux. 
 
Alors, par l'action de l'oxygène de l'air, nous constatons que ceux-ci se recouvrent, chacun, d'une couche :
 
Le fer se recouvre d'une couche poreuse de couleur brune ; la rouille. Tandis que le cuivre se recouvre d'une couche imperméable ; vert-de-gris ou hydrocarbonate de cuivre.

Exercice 8

A chaud, le dioxygène réagit avec le fer pour donner de l'oxyde magnétique de fer $\left(Fe_{3}O_{4}\right).$ 
 
Dans les mêmes conditions, le dioxygène réagit avec l'aluminium pour donner de l'oxyde d'aluminium ou alumine $\left(Al_{2}O_{3}\right).$
 
Écrivons l'équation-bilan de chaque réaction :
 
$-\ $ Pour le fer :
$$3Fe\ +\ 2O_{2}\ \longrightarrow\ Fe_{3}O_{4}$$ 
$-\ $ Pour l'aluminium :
$$4Al\ +\ 3O_{2}\ \longrightarrow\ 2Al_{2}O_{3}$$

Exercice 9

Équilibrons les équations suivantes :
$$Zn\ +\ 2H^{+}\ \longrightarrow H_{2}\ +\ Zn^{2+}$$
$$2Al\ +\ 6H^{+}\ \longrightarrow\ 3H_{2}\ +\ 2Al^{3+}$$
$$Fe\ +\ 2H^{+}\ \longrightarrow\ H_{2}\ +\ Fe^{2+}$$

Exercice 10

1) Dans un tube à essais contenant de la grenaille de zinc, on introduit une solution diluée d'acide chlorhydrique.
 
a) On sait que le zinc réagit avec l'acide chlorhydrique en donnant du chlorure de zinc et du dihydrogène.
 
Donc, le gaz produit lors de la réaction est du dihydrogène : $H_{2}$
 
b) Pour mettre en évidence ce gaz, on approche une flamme à l'ouverture de ce tube, cela provoque alors une détonation. Ce qui est caractéristique de la présence du dihydrogène.
 
c) L'équation globale de la réaction qui se produit est donnée par :
$$Zn\ +\ 2HCl\ \longrightarrow\ ZnCl_{2}\ +\ H_{2}$$
2) On introduit maintenant la solution diluée d'acide chlorhydrique dans des tubes à essais contenant successivement de la limaille de fer, de la poudre d'aluminium, de la tournure de cuivre et du plomb.
 
a) On sait que l'acide chlorhydrique $(HCl)$ ne réagit pas avec le cuivre et que sa réaction avec le Plomb $(Pb)$ est éphémère.
 
Cependant, le fer $(Fe)$ et l'aluminium $(Al)$ réagissent parfaitement avec l'acide chlorhydrique.
 
Donc, on observe une réaction dans les tubes à essais contenant successivement de la limaille de fer, de la poudre d'aluminium.
 
b) Écrivons l'équation ionique des réactions qui se produisent.
$$Al\ +\ 3(H^{+}+Cl^{-}) \longrightarrow\ (Al^{3+}+3Cl^{-})\ +\ \dfrac{3}{2}H_{2}$$
$$Fe\ +\ 2(H^{+}+Cl^{-}) \longrightarrow\ (Fe^{2+}+2Cl^{-})\ +\ H_{2}$$

Exercice 11

Expliquons pourquoi on utilise le zinc et non le fer pour couvrir les toits des maisons.
 
En effet, laissé à l'air libre, le zinc, par l'action de l'oxygène, se recouvre d'une couche imperméable appelée hydrocarbonate de zinc $(ZnCO_{3}\;;\ H_{2}O)$ qui protège le métal contre la corrosion. Tandis que le fer, à l'air libre, se recouvre d'une couche poreuse appelée la rouille $(Fe_{2}O_{3}\;;\ H_{2}O).$
 
Ainsi, le fer étant plus sensible aux effets corrosifs de la nature, il est préférable de couvrir les toits des maisons avec le zinc.

Exercice 12

On veut conserver de l'acide sulfurique dilué dans trois pots respectivement en fer, en cuivre et en zinc.
 
1) La conservation est impossible avec les pots en fer et en zinc.
 
En effet, l'acide sulfurique réagit avec le fer et le zinc en donnant d'autres produits.
 
Cependant, il ne réagit pas avec le cuivre.
 
Par conséquent, les pots en fer et en zinc ne pourront être utilisés pour la conservation de l'acide sulfurique dilué car celui-ci déclenchera une réaction qui donnera d'autres produits.
 
2) Les équations bilans ioniques globales des réactions chimiques qui se produisent avec les métaux des pots inutilisables (pot en fer et en zinc) sont données par :
 
$\centerdot\ $ fer : $\ Fe^{2+}\ +\ (2H^{+}+SO_{4}^{2-})\ \longrightarrow\ (Fe^{2+}+SO_{4}^{2-})\ +\ H_{2}$
 
$\centerdot\ $ zinc : $\ Zn^{2+}\ +\ (2H^{+}+SO_{4}^{2-})\ \longrightarrow\ (Zn^{2+}+SO_{4}^{2-})\ +\ H_{2}$
 

Exercice 13

Ibrahima dispose de $3$ lames fraichement décapées de fer, de cuivre et de zinc.
 
1) Déterminons l'aspect physique de chacune de ces métaux :
 
$\centerdot\ $ Fer : aspect Gris ;
 
$\centerdot\ $ Cuivre : aspect Rouge ;
 
$\centerdot\ $ Zinc : aspect Blanchâtre.
 
2) On expose les trois lames à l'air libre. Donnons les réactions susceptibles de se produire :
$$4Fe\ +\ 3O_{2}\ \longrightarrow\ 2Fe_{2}O_{3}$$
$$2Cu\ +\ O_{2}\ \longrightarrow\ 2CuO$$
$$2Zn\ +\ O_{2}\ \longrightarrow\ 2ZnO$$
Les produits qui se forment sont :
 
$\centerdot\  Fe_{2}O_{3}\ $ = oxyde ferrique ;
 
$\centerdot\  CuO\ $ = oxyde de cuivrique;
 
$\centerdot\  ZnO\ $ = oxyde de zinc.
 
3) Pour chaque métal, écrivons le(s) équation(s)-bilan(s) des réactions lors de l'oxydation à chaud :
 
Le Fer : $3Fe\ +\ 2O_{2}\ \longrightarrow\ Fe_{3}O_{4}$ ;
 
Le cuivre : $4Cu\ +\ O_{2}\ \longrightarrow\ 2Cu_{2}O\ $ ; $\ 2Cu_{2}O\ +\ O_{2}\ \longrightarrow\ 4CuO$
 
Le Zinc : $2Zn\ +\ O_{2}\ \longrightarrow\ 2ZnO$

Exercice 14

Fatou fait réagir complètement $3.25\;g$ de zinc avec une solution décimolaire d'acide chlorhydrique.
 
1) Écrivons l'équation-bilan de la réaction.
 
Comme le zinc réagit avec de l'acide chlorhydrique en donnant du chlorure de zinc et du dihydrogène alors, l'équation de la réaction est donnée par :
$$Zn\ +\ HCl\ \longrightarrow\ ZnCl_{2}\ +\ H_{2}$$
En équilibrant cette équation, on obtient l'équation-bilan de la réaction suivante :
$$Zn\ +\ 2HCl\ \longrightarrow\ ZnCl_{2}\ +\ H_{2}$$
Ou encore, sous forme ionique :
$$Zn\ +\ 2(H^{+}+Cl^{-})\ \longrightarrow\ (Zn^{2+}+2Cl^{-})\ +\ H_{2}$$
2) Déterminons le volume $V$ de la solution d'acide utilisé.
 
D'après l'équation bilan, on a :
$$\dfrac{n_{_{Zn}}}{1}=\dfrac{n_{_{HCl}}}{2}$$
Donc, $n_{_{HCl}}=2\times n_{_{Zn}}\ $ or, $\ n_{_{Zn}}=\dfrac{m_{_{Zn}}}{M_{_{Zn}}}$
 
Par suite, $n_{_{HCl}}=2\times\dfrac{m_{_{Zn}}}{M_{_{Zn}}}$
 
A.N : $n_{_{HCl}}=2\times\dfrac{3.25}{65}=0.1\;mol$
 
D'après l'énoncé, Fatou a utilisé pour cette expérience une solution décimolaire d'acide chlorhydrique.
 
Ce qui correspond à une concentration $c=10^{-1}\;mol.L^{-1}$
 
Or, $\ c=\dfrac{n_{_{HCl}}}{V}\ $ donc, $V=\dfrac{n_{_{HCl}}}{c}$
 
A.N : $V=\dfrac{0.1}{0.1}=1$
 
D'où, $\boxed{V=1\;L}$
 
Déterminons le volume de dihydrogène obtenu
 
D'après l'équation bilan, on a :
$$\dfrac{n_{_{Zn}}}{1}=\dfrac{n_{_{H_{2}}}}{1}$$
Donc, $n_{_{Zn}}=n_{_{H_{2}}}\ $ or, $\ n_{_{Zn}}=\dfrac{m_{_{Zn}}}{M_{_{Zn}}}\ $ et $\ n_{_{H_{2}}}=\dfrac{V_{_{H_{2}}}}{V_{_{M}}}$
 
Par suite, $\dfrac{V_{_{H_{2}}}}{V_{_{M}}}=\dfrac{m_{_{Zn}}}{M_{_{Zn}}}$
 
Ce qui donne : $V_{_{H_{2}}}=\dfrac{m_{_{Zn}}\times V_{_{M}}}{M_{_{Zn}}}$
 
A.N : $V_{_{H_{2}}}=\dfrac{3.25\times 24}{65}=1.2$
 
D'où, $\boxed{V_{_{H_{2}}}=1.2\;L}$

 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Solution des exercices : Solutions acides - solutions basiques - 3e

Classe: 
Troisième
 

Exercice 1

Le $BBT$ qui change de couleur suivant la nature de la solution est un indicateur Coloré.
Une solution acide fait virer le $BBT$ au jaune. Le $BBT$ reste vert dans une solution neutre. Le vert est la zone de virage du $BBT$. Une solution est basique quand elle fait virer le $BBT$ au bleu.
Dans une réaction acido-basique, l'élévation de la température notée par le thermomètre montre que la réaction est exothermique. La réaction entre un acide et une base donne du dioxyde de carbone $(CO_{2})$ et de l'eau. La réaction permet d'obtenir une solution neutre ; elle se produit quand le nombre de mols de base est égal à celui de l'acide. A ce moment précis, l'indicateur coloré change de coloration, le point équivalent est atteint. Le dosage ou titrage d'une solution est la détermination de la quantité de matière (titre) inconnue d'une solution à partir de celle (titre) connue d'une autre solution : c'est une application de la réaction acido-basique. Dans un dosage, la solution titrante est dans la burette ; sa concentration est connue alors que la solution titrée dont la concentration est inconnue est dans le bêcher.

Exercice 2

Au laboratoire, on dose souvent une solution acide (ou basique) par une solution basique (ou acide) en présence d'un indicateur coloré.
 
1) L'utilité de ce dosage est de déterminer la concentration (inconnue) d'une solution (acide ou basique) par une autre solution (basique ou acide) dont la concentration est connue.
 
2) L'indicateur coloré permet d'indiquer l'équivalence acido-basique.
 
3) L'équivalence acido-basique c'est lorsque l'acide et la base ont les mêmes quantités de matières.

Exercice 3

1) Cette expérience est un dosage d'un acide par une base.
 
2) Complétons le tableau expérimental joint.
$$\begin{array}{|l|l|}\hline\text{Annotation}&\text{Fonction expérimentale}  \\ \hline\text{1 : burette}&\text{contient la solution titrante} \\ \hline\text{2 : robinet}&\text{permet de controler le volume de la} \\ &\text{solution titrante à verser pour ne pas} \\ &\text{dépasser l'équivalence} \\ \hline\text{3 : bêcher}&\text{il contient la solution à titrer} \\ \hline\text{4 : solution acide}&\text{c'est la solution dont la concentration} \\ &\text{est inconnue} \\ \hline\text{5 : solution basique}&\text{c'est la solution dont la concentration} \\ &\text{est connue} \\ \hline\end{array}$$

Exercice 4

Masse d'hydroxyde de sodium $NaOH$ à dissoudre dans $500\;mL$ d'une solution d'acide chlorhydrique décimolaire pour la neutraliser.
 
Soit $n_{B}$ le nombre de mols de la base et $n_{A}$ le nombre de mols de l'acide.
 
A l'équivalence on a : $n_{A}=n_{B}\ $ or, $\ n_{A}=c_{A}\times V_{A}\ $ et $\ n_{B}=\dfrac{m_{B}}{M_{B}}$
 
Ainsi, $c_{A}\times V_{A}=\dfrac{m_{B}}{M_{B}}$
 
Par suite, $m_{B}=c_{A}\times V_{A}\times M_{B}\ $ avec $M_{B}=M_{NaOH}=40\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $m_{B}=0.1\times 500\;10^{-3}\times 40=2$
 
Donc, $\boxed{m_{B}=2\;g}$

Exercice 5

Pour doser une solution d'acide chlorhydrique, $30\;mL$ de soude de concentration $0.25\;mol\cdot L^{-1}$ ont été versés pour neutraliser $20\;cm^{3}$ de cet acide.
 
1) Schéma annoté de l'expérience.

 

 
2) Trouvons la concentration molaire de $HCl$
 
Soit $n_{A}$ le nombre de mols de $HCl\ $ et $\ n_{B}$ le nombre de mols de $NaOH.$
 
A l'équivalence on a : $n_{A}=n_{B}\ $ or, $\ n=c\times V$
 
Donc, $c_{A}\times V_{A}=c_{B}\times V_{B}$
 
Par suite, $c_{A}=\dfrac{c_{B}\times V_{B}}{V_{A}}$
 
A.N : $c_{A}=\dfrac{0.25\times 30}{20}=0.375$
 
Ainsi, $\boxed{c_{A}=0.375\;mol\cdot l^{-1}}$
 
Déduisons sa concentration massique.
 
On a $c_{m}=c\times M$ avec $M_{(HCl)}=36.5\;g\cdot mol^{-1}$
 
A.N : $c_{m}=0.375\times 36.5=13.687$
 
Donc, $\boxed{c_{m}=13.687\;g\cdot l^{-1}}$
 
3) Calculons la masse de sel et d'eau produit par ce dosage.
 
Soit l'équation de la réaction suivante :
$$HCl\ +\ NaOH\ \longrightarrow\ NaCl\ +\ H_{2}O$$
On a : $n_{(HCl)}=n_{(NaCl)}=n_{(H_{2}O)}$
 
or, $c_{A}\times V_{A}=n_{(NaCl)}$ et que $n=\dfrac{m}{M}$
 
Donc, $c_{A}\times V_{A}=\dfrac{m}{M}\ \Rightarrow\ m=c_{A}\times V_{A}\times M$
 
A.N : pour $NaCl$, on a : $M_{(NaCl)}=58.5\;g\cdot mol^{-1}$
 
$m_{(NaCl)}=0.375\times 20\;10^{-3}\times 58.5=0.438$
 
Par suite, $\boxed{m_{(NaCl)}=0.438\;g}$
 
pour $H_{2}O$, on a : $M_{(H_{2}O)}=18\;g\cdot mol^{-1}$
 
$m_{(H_{2}O)}=0.375\times 20\;10^{-3}\times 18=0.135$
 
Donc, $\boxed{m_{(H_{2}O)}=0.135\;g}$

Exercice 6

Une solution de soude de concentration inconnue est dosée par une solution d'acide chlorhydrique de concentration $0.10\;mol\cdot L^{-1}$. Pour une prise d'essai de $10.0\;cm^{3}$ de la solution basique, il faut verser $8.2\;cm^{3}$ de la solution d'acide pour le virage du $BBT.$
 
Trouvons la concentration molaire et massique.
 
Au virage du $BBT$ on a : $n_{A}=n_{B}$ avec $n_{A}$ le nombre de mols de l'acide et $n_{B}$ le nombre de mols de la base.
 
$c_{A}\times V_{A}=c_{B}\times V_{B}\ \Rightarrow\ c_{B}=\dfrac{c_{A}\times V_{A}}{V_{B}}$
 
A.N : $c_{B}=\dfrac{0.10\times 8.2}{10}=0.082$
 
Donc, $\boxed{c_{B}=0.082\;mol/l}$
 
$c_{m_{B}}=c_{B}\times M\ $ avec, $M_{(NaOH)}=40\;g\cdot mol^{-1}$
 
A.N : $c_{m_{B}}=0.082\times 40=3.28$
 
D'où, $\boxed{c_{m_{B}}=3.28\;mol\cdot l^{-1}}$

Exercice 7

Dans un bécher, on met $100\;mL$ d'eau pure dans lesquelles on dissout $2\;g$ d'hydroxyde de sodium $NaOH.$
 
1) Calculons la molarité de la solution obtenue.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}$ or $n=\dfrac{m}{M}$
 
Alors, $c=\dfrac{m}{M\times V}$ avec $M_{NaOH}=40\;g\cdot mol^{-1}$
 
A.N : $c=\dfrac{2}{40\times 100\;10^{-3}}=0.5$
 
Donc, $\boxed{c=0.5\;mol\cdot l^{-1}}$
 
2-1) Trouvons la masse de chacun des produits obtenus.
 
Soit l'équation de la réaction :
$$HCl\ +\ NaOH\ \longrightarrow\ NaCl\ +\ H_{2}O$$
On a : $n_{HCl}=n_{NaCl}=n_{H_{2}O}$
 
Or, $c\times V=n=\dfrac{m}{M}$
 
Donc, $m=c\times V\times M$
 
A.N : pour $NaCl$, on a : $M_{(NaCl)}=58.5\;g\cdot mol^{-1}$
 
$m_{(NaCl)}=0.5\times 100\;10^{-3}\times 58.5=2.925$
 
Ainsi, $\boxed{m_{(NaCl)}=2.925\;g}$
 
pour $H_{2}O$, on a : $M_{(H_{2}O)}=18\;g\cdot mol^{-1}$
 
$m_{(H_{2}O)}=0.5\times 100\;10^{-3}\times 18=0.9$
 
Donc, $\boxed{m_{(H_{2}O)}=0.9\;g}$
 
2-2) Concentration molaire de la solution acide.
 
On a : $c_{(NaOH)}\times V=c_{(HCl)}\times V$
 
Alors, $c_{(HCl)}=\dfrac{c_{(NaOH)}\times V_{NaOH}}{V_{HCl}}$
 
A.N : $c_{(HCl)}=\dfrac{0.5\times 100}{50}=1$
 
Donc, $\boxed{c_{(HCl)}=1\;mol\cdot l^{-1}}$
 

Exercice 8

Un bécher contient $30\;ml$ d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration molaire $C_{B}.$ On y ajoute quelques gouttes de bleu de bromothymol $(B.B.T.).$ Cette solution est dosée par une solution d'acide chlorhydrique de concentration $C_{A}=1.5\;mol\cdot l^{-1}$. On obtient le point d'équivalence après avoir versé $20\;ml$ de la solution acide dans le bécher.
 
1) Calculons la concentration massique de la solution acide.
 
On a : $c_{m}=c\times M\ $ avec, $M_{(HCl)}=36.5\;g\cdot mol^{-1}$
 
A.N : $c_{m}=1.5\times 36.5=54.75$
 
Donc, $\boxed{c_{m}=54.75\;g\cdot l^{-1}}$
 
2) Calculons la concentration molaire $C_{B}$ de la solution basique.
 
A l'équivalence on a : $n_{A}=n_{B}\ $ or, $\ n=cV$
 
Donc, $c_{A}\times V_{A}=c_{B}\times V_{B}$
 
Par suite, $c_{B}=\dfrac{c_{A}\times V_{A}}{V_{B}}$
 
A.N : $c_{B}=\dfrac{1.5\times 20}{30}=1$
 
Ainsi, $\boxed{c_{B}=1\;mol\cdot l^{-1}}$
 
3) On ajoute $10\;ml$ d'acide dans le bécher. La nouvelle solution vire au jaune.
 
3-1) La couleur jaune indique que la nouvelle solution est une solution acide.
 
3-2) Calculons sa concentration molaire.
 
On a : $c'_{A}=\dfrac{n'_{A}}{V'_{A}}\ $ or, $\ n'_{A}=c_{A}\times V_{\text{ajouté}}\ $ et $\ V'_{A}=V_{s}+V_{\text{ajouté}}$
 
Donc, $c'_{A}=\dfrac{c_{A}\times V_{\text{ajouté}}}{V_{s}+V_{\text{ajouté}}}\ $ avec $\ V_{s}=V_{A}+V_{B}$
 
Ainsi, $c'_{A}=\dfrac{c_{A}\times V_{\text{ajouté}}}{V_{A}+V_{B}+V_{\text{ajouté}}}$
 
A.N : $c'_{A}=\dfrac{1.5\times 10}{20+30+10}=0.25$
 
Donc, $\boxed{c'_{A}=0.25\;mol\cdot l^{-1}}$

Activité

1) On verse une goutte de $BBT$ dans chacune des solutions et on note la teinte correspondante (voir tableau ci-dessous)
 
Complétons le tableau en précisant la nature acide, basique ou neutre de chaque solution.
 
Pour rappel : en présence de $BBT$, une solution est jaune si elle est acide, bleue si elle est basique et verte si elle est neutre.
$$\begin{array}{|l|c|l|}\hline\text{Solution}&\text{Teinte}&\text{Nature}\\ \hline\text{Jus d'orange}&\text{Jaune}&\text{acide}\\ \hline\text{Eau pure}&\text{Verte}&\text{neutre}\\ \hline \text{Eau savonneuse}&\text{Bleue}&\text{basique}\\ \hline\text{Jus de tomate}&\text{Jaune}&\text{acide}\\ \hline\text{Jus de pamplemousse}&\text{Jaune}&\text{acide}\\ \hline \text{Eau de mer}&\text{Bleue}&\text{basique}\\ \hline\text{Lait}&\text{Jaune}&\text{acide}\\ \hline\text{Solution de cendre}&\text{Bleue}&\text{basique}\\ \hline\end{array}$$
2)Schématisons un montage électrique qui permet de tester le caractère conducteur d'une solution.

 
 

Exercice 9

Recopions et complétons le texte suivant en ajoutant les mots ou groupe de mots manquants.
 
Une solution acide donne une coloration jaune en présence de BBT, tandis qu'une solution basique donnera une coloration bleue.
 
Une solution dans laquelle le $BBT$ vire au vert est neutre.
 
Une solution d'acide contient toujours des ions $H^{+}$, tandis qu'une solution basique contient toujours des ions $OH^{-}.$ 
 

Exercice 10

L'acidité du sol joue un rôle important dans l'agriculture.
 
Proposons une méthode expérimentale permettant de vérifier le caractère acide ou basique d'un sol.
 
Vérifier le caractère acide ou basique d'un sol revient à mesurer le $pH$ de ce sol. Pour ce faire, il faut creuser le sol jusqu'à $20$ voire $30\;cm$ de profondeur.
 
On prélève un échantillon de ce sol qui est ensuite séché et tamisé.
 
On mélange l'échantillon de sol avec de l'eau distillée, de $pH$ connu jusqu'à ce que le sol et le liquide soient en équilibre. La valeur du $pH$ de l'eau distillée doit être précisée pour déterminer si l'eau distillée a affecté les mesures.
 
Remuer le mélange avec une cuillère jusqu'à ce qu'il soit totalement mélangé.
 
Remuer le mélange pendant $30\;s$ puis attendre pendant $3\;mn$ et répéter 5 fois ce cycle (remuer/attendre).
 
Ensuite, laisser le mélange jusqu'à ce qu'une couche surnageante se forme.
 
A l'aide d'un $\text{pH-mètre}$, mesurer le $pH$ de la couche surnageante.
 
Pour des mesures de précision, prendre trois échantillons dans des endroits différents et répéter la même expérience.
 
Alors, ces valeurs correspondent au $pH$ de ce sol.
 

Exercice 11

Après avoir préparé diverses solutions, on verse dans chacune d'elles quelques gouttes de $BBT.$
 
1) En milieu acide le $BBT$ donne une coloration jaune, tandis qu'en milieu basique il donne une coloration bleue et une coloration verte en milieu neutre.
 
2) Recopions et remplissons le tableau ci-dessous :
$$\begin{array}{|l|c|l|}\hline\text{Solution}&\text{Teinte}&\text{Nature}\\ \hline\text{Jus de tamarin}&\text{jaune}&\text{acide}\\ \hline\text{Liquide vaisselle}&\text{bleu}&\text{basique}\\ \hline\text{Jus de citron}&\text{jaune}&\text{acide}\\ \hline\text{vinaigre}&\text{jaune}&\text{acide}\\ \hline\text{Eau de mer}&\text{bleu}&\text{basique}\\ \hline\text{Chlorure de sodium}&\text{verte}&\text{neutre}\\ \hline\end{array}$$
 

Exercice 12

On mélange un volume $V_{a}=25\;cm^{3}$ de solution d'acide chlorhydrique de concentration $C_{a}=10^{-1}mol\cdot l^{-1}$ et un volume $V_{b}=20\;cm^{3}$ d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration $C_{b}=1.5\cdot 10^{-1}mol\cdot l^{-1}.$
 
1) Déterminons la nature du mélange (acide ou basique)
 
En effet, le mélange est acide si le nombre de moles d'acide est supérieur à celle de la base. Et vice versa.
 
Comparaison des nombres de moles :
 
On a : $C=\dfrac{n}{V}\ $ donc, $\ n=C\times  V.$ Ainsi :
 
$\blacktriangleright$ Pour l'acide, on obtient alors :
 
$n_{a}=10^{-1}\times 25\cdot 10^{-3}=2.5\cdot10^{-3}$
 
D'où, $\boxed{n_{a}=2.5\cdot10^{-3}}$
 
$\blacktriangleright$ Pour la base, on a :
 
$n_{b}=1.5\cdot10^{-1}\times 20\cdot 10^{-3}=3\cdot 10^{-3}$
 
Donc, $\boxed{n_{b}=3\cdot 10^{-3}}$
 
On remarque que : $n_{b}>n_{a}.$ Ce qui signifie qu'il y a excès de la base par rapport à l'acide.
 
Par conséquent, le mélange est basique.
 
2) Calculons alors le volume d'acide à ajouter pour neutraliser la solution.
 
Soit $V_{a'}$ le volume total d'acide alors, $V_{a'}=V_{a}+V_{\text{ajouté}}.$
 
A l'équivalence (neutralisation), on a : $n_{a}=n_{b}$
 
Or, $n_{a}=C_{a}\times V_{a'}\ $ et $\ n_{b}=C_{b}\times V_{b}$
 
Donc, $C_{a}\times V_{a'}=C_{b}\times V_{b}$
 
Par suite, $V_{a'}=\dfrac{C_{b}\times V_{b}}{C_{a}}$
 
A.N : $V_{a'}=\dfrac{1.5\cdot 10^{-1}\times 20}{10^{-1}}=30\,cm^{3}$
 
Donc, $V_{a'}=30\;cm^{3}$
 
Comme $V_{a'}=V_{a}+V_{\text{ajouté}}\ $ alors, $V_{\text{ajouté}}=V_{a'}-V_{a}$
 
A.N : $V_{\text{ajouté}}=30-25=5$
 
D'où, $\boxed{V_{\text{ajouté}}=5\;cm^{3}}$

Exercice 13

1) Schéma annoté du dispositif expérimental :

 

 
2) Écrivons l'équation globale de la réaction de dosage :
$$(H^{+}+ Cl^{-})\ +\ (Na^{+}+OH^{-})\ \ \longrightarrow\ \ (Na^{+}+Cl^{-})\ +\ (H^{+}+OH^{-})$$
3) Le $BBT$ prend une coloration verte à l'équivalence.
 
En effet, à l'équivalence, les quantités de matière d'acide et de base sont égales : $n_{a}=n_{b}.$
 
Ce qui fait que la solution est neutre en ce point. D'où, le $BBT$ prend la coloration verte qui caractérise la neutralité de la solution.
 
4) Déterminons la concentration $C_{a}$ de la solution d'acide.
 
A l'équivalence, on a : $n_{a}=n_{b}\ $ or,  $\ n_{a}=C_{a}\times V_{a}\ $ et $n_{b}=C_{b}\times V_{b}$
 
Donc, $C_{a}\times V_{a}=C_{b}\times V_{b}$
 
D'où $C_{a}=\dfrac{C_{b}\times V_{b}}{V_{a}}$
 
A.N : $C_{a}=\dfrac{0.05\times20}{10}=0.1$
 
Ainsi, $\boxed{C_{a}=0.1\;mol\cdot l^{-1}}$
 
5) Si l'on continuait à verser la soude, la solution prendrait une couleur bleue.
 
Justification : si on continuait à verser la soude, cette dernière serait en excès par rapport à l'acide. Ce qui rendrait la solution basique. D'où sa coloration en bleue.
 

Exercice 14

Pour déterminer la concentration $C_{a}$ de l'acide chlorhydrique, lors d'un compte rendu de TP, un élève de $3^{e}$ utilise la démarche suivante :
 
$\dfrac{C_{a}}{V_{a}}=\dfrac{C_{b}}{V_{b}}\ \Rightarrow\ C_{a}=\dfrac{V_{a}\times C_{b}}{V_{b}}=\boxed{\dfrac{(10\times 0.010)}{20}}$
 
Rectifions les erreurs de cet élève de $3^{e}$
 
Il doit d'abord se rappeler qu'à l'équivalence, on a : $n_{a}=n_{b}\ $ avec, $C_{a}\times V_{a}\ $ et $\ n_{b}=C_{b}\times V_{b}$
 
Ce qui lui permet donc d'écrire :
 
$\begin{array}{rcl} C_{a}\times V_{a}=C_{b}\times V_{b}&\Rightarrow&C_{a}=\dfrac{C_{b}\times V_{b}}{V_{a}}\\ \\&\Rightarrow&C_{a}=\dfrac{0.10\times20}{10}\\ \\&\Rightarrow&C_{a}=0.2\;mol\cdot l^{-1}\end{array}$
 

Exercice 15

Lors d'une séance de travaux pratiques, un groupe d'élèves, a préparé dans des erlenmeyers $30\;ml$ de solution d'hydroxyde de sodium, $30\;ml$ d'acide chlorhydrique et $30\;ml$ de chlorure de sodium ayant chacune une concentration de $1\;mol\cdot l^{-1}.$ 
 
Ces élèves se trouvent ensuite dans l'impossibilité de distinguer les trois solutions.
 
1) Afin de reconnaitre les trois solutions, ces élèves peuvent mettre quelques gouttes de $BBT$ dans chaque erlenmeyer.
 
En effet, en présence de $BBT$, une solution acide donne une coloration jaune, tandis qu'une solution basique donne une coloration bleue et une solution neutre donne une coloration verte.
 
Sachant que la solution d'hydroxyde de sodium est basique, celle d'acide chlorhydrique est acide et celle de chlorure de sodium est neutre alors, quelques gouttes de $BBT$ dans chaque erlenmeyer permettront de distinguer les trois solutions.
 
2) Pour éviter une telle mésaventure à l'avenir, ils doivent les étiquetées afin de pouvoir les distinguer.

Exercice 16

On prélève $100\;ml$ de solution d'hydroxyde de sodium ou soude $\left(Na^{+}+OH^{-}\right)$ de concentration molaire $0.5\;mol\cdot l^{-1}$
 
1) Calculons la quantité de matière de soluté $NaOH$ dissoute dans cette solution.
 
Soit $n_{(NaOH)}$ la quantité de matière dissoute alors, on a :
 
$C=\dfrac{n_{(NaOH)}}{V}\ \Rightarrow\ n_{(NaOH)}=C\times V$
 
A.N : $n_{(NaOH)}=0.5\times 100\cdot 10^{-3}=0.05$
 
Donc, $\boxed{n_{(NaOH)}=0.05\;mol}$
 
2) Calculons sa concentration massique 
 
Soit : $C_{m}=C\times M_{(NaOH)}$ avec,
 
$\begin{array}{rcl} M_{(NaOH)}&=&M_{(Na)}+M_{(O)}+M_{(H)}\\&=&23+16+1\\&=&40\end{array}$
 
Donc, $M_{(NaOH)}=40\;g\cdot mol^{-1}$
 
Par suite, $C_{m}=0.5\times 40=20$
 
D'où, $\boxed{C_{m}=20\;g\cdot l^{-1}}$
 
3) Cette solution est utilisée pour doser une solution d'acide chlorhydrique $\left(H^{+}+Cl^{-}\right)$ de volume $10\;ml.$
 
a) Écrivons l'équation bilan de la réaction de dosage
$$(H^{+}+Cl^{-})\ + \ (Na^{+}+OH^{-})\ \longrightarrow\ (Na^{+}+Cl^{-})\ +\ (H^{+}+OH^{-})$$
b) Calculons la concentration molaire de l'acide
 
A l'équivalence, on a : $n_{a}=n_{b}\ $ or, $\ n_{a}=C_{a}\times V_{a}\ $ et $\ n_{b}=C_{b}\times V_{b}$
 
Donc,
 
$\begin{array}{rcl} n_{a}=n_{b}&\Rightarrow&C_{a}\times V_{a}=C_{b}\times V_{b}\\ \\&\Rightarrow&C_{a}=\dfrac{C_{b}\times V_{b}}{V_{a}}\end{array}$
 
A.N : $C_{a}=\dfrac{0.5\times 15}{10}=0.75$
 
Ainsi, $\boxed{C_{a}=0.75\;mol\cdot l^{-1}}$
 

Exercice 17

Pour préparer une solution $S$ d'hydroxyde de sodium $\left(Na^{+}+OH^{-}\right)$ de concentration $C_{b}=5\cdot 10^{-2}\;mol\cdot l^{-1}$, on pèse une masse $m$ d'hydroxyde de sodium que l'on fait dissoudre dans un volume $V=1200\;ml$ d'eau pure.
 
On considère que la dissolution a lieu sans variation de volume.
 
1) Calculons la concentration massique de la solution $S.$ 
 
Soit $C_{m}=C\times M_{(NaOH)}$ avec,
 
$\begin{array}{rcl} M_{(NaOH)}&=&M_{(Na)}+M_{(O)}+M_{(H)}\\&=&23+16+1\\&=&40\end{array}$
 
Donc, $M_{(NaOH)}=40\;g\cdot mol^{-1}$
 
Ainsi, $C_{m}=5\cdot 10^{-2}\times 40=2$
 
Par suite, $\boxed{C_{m}=2\;g\cdot l^{-1}}$
 
En déduisons la valeur de la masse $m$
 
On a : $C_{m}=\dfrac{m}{V}\ \Rightarrow\ m=C_{m}\times V$
 
A.N : $m=2\times 1200\cdot 10^{-3}=2.4$
 
D'où, $\boxed{m=2.4\;g}$
 
2) On répartit la solution $S$ en trois parties $A\;,\ B\ $ et $\ C$ de volumes $V_{A}=400\;ml\;,\ V_{B}=300\;ml\ $ et $\ V_{C}=500\;ml.$
 
a) Déterminons la quantité de matière d'hydroxyde de sodium présente dans chaque partie.
 
Soit : $n=C\times V$
 
$-\ $ Partie $A\ :$
 
$n_{A}=5\cdot 10^{-2}\times 400\cdot 10^{-3}=0.02$
 
Donc, $\boxed{n_{A}=0.02\;mol}$
 
$-\ $ partie $B\ :$
 
$n_{B}=5\cdot 10^{-2}\times 300\cdot 10^{-3}=0.015$
 
Ainsi, $\boxed{n_{B}=0.015\;mol}$
 
$-\ $ Partie $C\ :$
 
$n_{C}=5\cdot 10^{-2}\times 500\cdot 10^{-3}=0.025$
 
Pars suite, $\boxed{n_{C}=0.025\;mol}$
 
b) Dans chaque partie, on ajoute $200\;ml$ d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration $1\cdot 10^{-2}\;mol\cdot l^{-1}.$ 
 
Indiquons le caractère acide, basique ou neutre de ces solutions.
 
Pour cela, cherchons d'abord le nombre de moles d'acide $n_{a}$ ajouté.
 
Soit : $n_{a}=1\cdot 10^{-2}\times 200\cdot 10^{-3}=0.002$
 
Donc, $n_{a}=0.002\;mol$
 
Ensuite, comparons avec la quantité de matière d'hydroxyde de sodium présente dans chaque partie pour enfin conclure.
 
$-\ $ Pour la solution $A$, on a :
 
$n_{A}>n_{a}$ donc, la solution est basique car la base est en excès par rapport à l'acide.
 
$-\ $ Pour la solution $B$, on a : $n_{B}>n_{a}$ donc, la solution est basique.
 
$-\ $ Pour la solution $C$, on a : $n_{C}>n_{a}$ alors, la solution est basique.
 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Solution des exercices : Les solutions 3e

Classe: 
Troisième
 

Exercice 1


 

 

Exercice 2

Trouvons la molarité de chacune des solutions suivantes :
 
1) $0.3\;mol$ de $NaOH$ dans $4\;L$ d'eau.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}$
 
A.N : $c=\dfrac{0.3}{4}=0.075$
 
Donc, $\boxed{c=0.075\;mol/l}$
 
2) $29.25\;g$ de $NaCl$ dans $250\;mL$ d'eau.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $n=\dfrac{m}{M}$
 
Donc, $c=\dfrac{m}{MV}\ $ avec, $M_{NaCl}=23+35.5=58.5\;g\cdot mol^{-1}$
 
A.N : $c=\dfrac{29.25}{58.5\times 250\;10^{-3}}=2$
 
Donc, $\boxed{c=2\;mol.l^{-1}}$
 
3) $56\;mL$ de gaz chlorhydrique dans les conditions normales dans $10\;L$ d'eau.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V_{s}}\ $ or, $n=\dfrac{V}{V_{M}}\ $ avec, $V_{s}$ volume solution
 
Donc, $c=\dfrac{V}{V_{M}\times V_{s}}$
 
A.N : $c=\dfrac{56\;10^{-3}}{22.4\times 10}=0.00025$
 
Donc, $\boxed{c=2.5\;10^{-4}\;mol.l^{-1}}$

Exercice 3

Calculons la masse de $NaOH$ nécessaire.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $n=\dfrac{m}{M}$
 
Donc, $c=\dfrac{m}{MV}\ \Rightarrow\ m=c\times V\times M$ 
 
On a : $M=M_{NaOH}=23+16+1=40\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $m=0.5\times 250\;10^{-3}\times 40=5$
 
Donc, $\boxed{m=5\;g}$

Exercice 4

Trouvons la concentration massique de la solution.
 
On a : $c_{m}=\dfrac{m}{V}$ 
 
A.N : $c_{m}=\dfrac{100}{500\;10^{-3}}=200$
 
Donc, $\boxed{c_{m}=200\;g.l^{-1}}$
 
Déduisons sa molarité 
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $n=\dfrac{m}{M}$
 
Donc, $c=\dfrac{m}{MV}\ $ or, $\dfrac{m}{V}=c_{m}.$
 
Ainsi, $c=\dfrac{c_{m}}{M}\ $ avec, $M=M_{CaCl_{2}}=40+2\times 35.5=111\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $c=\dfrac{200}{111}=1.8$
 
Donc, $\boxed{c=1.8\;mol.l^{-1}}$

Exercice 5

Trouver la molarité de la solution diluée.
 
On a : $c'=\dfrac{c}{5}$
 
En effet, $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, on a dilué 5 fois le volume.
 
Donc, $V'=5V\ $ et $\ c'=\dfrac{n'}{V'}=\dfrac{n'}{5V}\ $ or, $n'=n$
 
Ainsi, $c'=\dfrac{n}{5V}=\dfrac{c}{5}$
 
A.N : $c'=\dfrac{5\;10^{-2}}{5}=0.01$
 
Donc, $\boxed{c'=0.01\;mol.l^{-1}}$

Exercice 6

Indiquons, l'opération et les quantités à prendre.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}=2\;mol.l^{-1}\ $ et $\ c'=\dfrac{n'}{V'}=0.1\;mol\cdot l^{-1}\ $ or, $n=n'$
 
Donc, $\dfrac{c}{c'}=\dfrac{\dfrac{n}{V}}{\dfrac{n}{V'}}=\dfrac{V'}{V}$
 
Ainsi, $V=\dfrac{V'\times c'}{c}$
 
A.N : $V=\dfrac{200\times 0.1}{2}$
 
Donc, $\boxed{V=10\;ml}$
 
On prend $10\;ml$ de la solution dimolaire qu'on verse dans un fiole jaugé de $200\;ml$ et on remplit jusqu'au trait de jauge. Alors la solution obtenu est une solution dimolaire.

Exercice 7

1) Concentration molaire de la solution $B$
 
On a : $c_{B}=\dfrac{n_{B}}{V_{B}}\ $ or, $n_{B}=n_{A}\ $ et $\ V_{B}=V_{A}+450\;ml$
 
Donc, $c_{B}=\dfrac{n_{A}}{V_{A}+450}\ $ avec, $n_{A}=c_{A}\times V_{A}$
 
Ainsi, $c_{B}=\dfrac{c_{A}V_{A}}{V_{A}+450}$
 
A.N : $c_{B}=\dfrac{0.1\times 50\;10^{-3}}{50\;10^{-3}+450\;10^{-3}}=0.01$
 
Donc, $\boxed{c_{B}=0.01\;mol\cdot l^{-1}}$
 
2) Molarité de la solution $C$
 
On a : $c_{C}=\dfrac{n_{C}}{V_{C}}\ $ or, $n_{C}=n_{B}\ $ et $\ V_{C}=10V_{B}$
 
Donc, $c_{C}=\dfrac{n_{B}}{10V_{B}}\ $ or, on sait que $\dfrac{n_{B}}{V_{B}}=c_{B}$
 
Ainsi, $c_{C}=\dfrac{c_{B}}{10}$
 
A.N : $c_{C}=\dfrac{0.01}{10}=0.001$
 
Donc, $\boxed{c_{C}=0.001\;mol\cdot l^{-1}}$

Exercice 8

1) La masse d'hydroxyde de sodium a-t-on utilisée
 
On a \begin{eqnarray} c=\dfrac{n}{V}\ \text{ or }\ n=\dfrac{m}{M}&\Rightarrow&c=\dfrac{m}{V\times M}\nonumber \\ &\Rightarrow&m=c\times V\times M\ \text{ avec }\ M_{NaOH}=23+16+1=40\nonumber \end{eqnarray}
A.N : $m=0.01\times 200\;10^{-3}\times 40=0.08$
 
Donc, $\boxed{m=0.08\;g}$
 
2) Trouvons la molarité de la solution diluée obtenue.
 
Soit $c'$ la concentration de la solution diluée
 
On a : $c'=\dfrac{n'}{V'}\ $ or, $n'=n$ et $V'=V+450$
 
Donc, $c'=\dfrac{n}{V+450}\ $ avec, $n=c\times V$
 
Ainsi, $c'=\dfrac{cV}{V+450}$
 
A.N : $c'=\dfrac{0.01\times 50}{50+450}=0.001$
 
Donc, $\boxed{c'=0.001\;mol\cdot l^{-1}}$

Exercice 9

1) Calculons la concentration molaire de cette solution d'acide chlorhydrique.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $\ n=\dfrac{m}{M}$ donc, $c=\dfrac{m}{V\times M}$
 
De plus, comme $p=\dfrac{m}{m_{s}}\times 100$ alors, $m=\dfrac{p\times m_{s}}{100}$ avec, $m_{s}$ la masse du solide
 
Ainsi, 
 
$\begin{array}{rcl} c&=&\dfrac{p\times m_{s}}{M\times V\times 100}\quad\text{ or, }\ m_{s}=\mu\times V\\ \\&=&\dfrac{p\times\mu\times V}{M\times V\times 100}\\ \\&=&\dfrac{p\times\mu}{M\times 100}\end{array}$
 
Donc, $\dfrac{p\times\mu}{M\times 100}$
 
A.N : $c=\dfrac{37\times 1190}{36.5\times 100}=12.063$
 
D'où, $\boxed{c=12.063\;mol.l^{-1}}$
 
2) Trouvons la concentration molaire de la solution diluée.
 
Soit $c'$ la concentration de la solution diluée
 
On a : $c'=\dfrac{n'}{V'}\ $ or, $n'=n$
 
Donc, $c'=\dfrac{n}{V'}\ $ avec, $n=c\times V$
 
Ainsi, $c'=\dfrac{cV}{V'}$
 
A.N : $c'=\dfrac{12.063\times 1}{500}=0.024$
 
Donc, $\boxed{c'=0.024\;mol.l^{-1}}$

Autre méthode

On prélève $1\;ml$ et on dilue pour obtenir $500\;ml$ de solution, alors on a dilué 500 fois le volume prélevé.
 
Donc, $c'=\dfrac{c}{500}=\dfrac{12.063}{500}=0.024\;mol.l^{-1}$
 

Exercice 10

1) Calculons la concentration massique de la solution $B$
 
Soit $c_{m}$ cette concentration massique, alors on a : 
 
$c_{m}=\dfrac{m}{V}$
 
A.N : $c_{m}=\dfrac{60}{500\;10^{-3}}=120$
 
Donc, $\boxed{c_{m}=120\;g.l^{-1}}$
 
Déduisons sa concentration molaire.
 
On a : $c_{m}=\dfrac{m}{V}\ $ or, $\ m=n\times M$
 
Donc, $c_{m}=\dfrac{n\times M}{V}=\dfrac{n}{V}\times M$
 
Comme $\dfrac{n}{V}=c$ alors, $c_{m}=c\times M$
 
Par suite, $c=\dfrac{c_{m}}{M}$ avec, $M_{NaOH}=40\;g.mol^{-1}$
 
A.N : $c=\dfrac{120}{40}=3$
 
D'où, $\boxed{c=3\;mol.l^{-1}}$
 
2) On a obtenu cette solution $C$ par dilution.
 
Trouvons sa molarité.
 
On a : $c_{C}=\dfrac{n_{C}}{V_{C}}\ $ or, $n_{C}=n_{B}\ $ et $\ V_{C}=V_{B}+300$
 
Donc, $c_{C}=\dfrac{n_{B}}{V_{B}+300}$
 
Mais, comme $n_{B}=c_{B}\times V_{B}$ alors, on obtient :
$$c_{C}=\dfrac{c_{B}\times V_{B}}{V_{B}+300}$$
A.N : $c_{C}=\dfrac{3\times 500}{500+300}=1.875$
 
Ainsi, $\boxed{c_{C}=1.875\;mol.l^{-1}}$
 

Exercice 11

1) Trouvons la concentration molaire de cette eau salée.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $n=\dfrac{m}{M}$
 
Par suite,
 
$\begin{array}{rcl} c&=&\dfrac{m}{V\times M}\quad\text{or, }\ \dfrac{m}{V}=c_{m}\\ \\ &=&\dfrac{c_{m}}{M}\quad\text{avec, }\ M_{NaCl}=23+35.5=58.5\;g.mol^{-1}\end{array}$
 
Ainsi, $c=\dfrac{c_{m}}{M}$
 
A.N : $c=\dfrac{23.25}{58.5}=0.397$
 
Donc, $\boxed{c=0.397\;mol.l^{-1}}$
 
2) Trouvons la concentration molaire de la nouvelle solution salée obtenue.
 
Soit $c'$ la nouvelle concentration et $V'$ le nouveau volume.
 
On a : $c'=\dfrac{n'}{V'}\ $ or, $n'=n\ $ et $\ V'=V-\dfrac{20}{100}V$
 
Donc,
 
$\begin{array}{rcl} c'&=&\dfrac{n}{V-\dfrac{20}{100}V}\\ \\&=&\dfrac{n}{V\left(1-\dfrac{20}{100}\right)}\\ \\&=&\dfrac{n}{V\left(\dfrac{100-20}{100}\right)}\\ \\&=&\dfrac{100n}{V\left(100-20\right)}\\ \\&=&\dfrac{100n}{80V}\quad\text{or, }\ n=c\times V\\ \\&=&\dfrac{100cV}{80V}\\ \\&=&\dfrac{100c}{80}\end{array}$
 
Ainsi, $c'=\dfrac{100\times c}{80}$
 
A.N : $c'=\dfrac{100\times 0.397}{80}=0.496$
 
D'où, $\boxed{c'=0.496\;mol.l^{-1}}$
 

Exercice 12

1) $C(mol.L^{-1})$ représente la concentration molaire.
 
$C_{m}(g.L^{-1})$ représente la concentration massique.
 
$M(g.mol^{-1})$ représente la masse molaire moléculaire.
 
2) Relation entre ces différentes grandeurs.
 
On a : $c=\dfrac{n}{V}\ $ or, $n=\dfrac{m}{M}$
 
Donc, $c=\dfrac{m}{V\times M}$ mais, comme $\dfrac{m}{V}=c_{m}$ alors,
$$\boxed{c=\dfrac{c_{m}}{M}}$$
3) Complétons le tableau
$$\begin{array}{|c|c|c|}\hline C(mol.L^{-1})&C_{m}(g.L^{-1})&M(g.mol^{-1})  \\ \hline 5&200&40 \\ \hline 0.547&20&36.5 \\ \hline\end{array}$$
Justification
 
$c=\dfrac{c_{m}}{M}\ \Rightarrow\ c_{m}=c\times M$
 
A.N : $c_{m}=5\times 40=200$
 
Donc, $\boxed{c_{m}=200\;g.l^{-1}}$
 
$c=\dfrac{c_{m}}{M}$
 
A.N : $c=\dfrac{20}{36.5}=0.547$
 
D'où, $\boxed{c=0.547\;mol.l^{-1}}$

Activité

Fatou veut préparer $50\;mL$ d'une solution aqueuse de saccharose de concentration massique $C_{m}=90\;g\cdot L^{-1}$ par dissolution de saccharose (sucre du commerce) de formule $C_{12}H_{22}O_{11}$
 
1) Calculons la masse de saccharose que Fatou doit peser.
 
On a : $C_{m}=\dfrac{m}{v}$
 
D'où, $m=C_{m}\times v$
 
A.N : $m=90\times50\cdot10^{-3}=4.5$
 
Ainsi, $\boxed{m=4.5\;g}$
 
2) Elle dispose du matériel suivant : balance de précision, cuillère, coupelle, entonnoir, fiole jaugée de $50\,mL$, pissette, eau.
 
Décrivons alors le mode opératoire pour préparer cette solution.
 
Poser la coupelle sur la balance de précision. Puis à l'aide de la cuillère, prendre du saccharose et déposé dans la coupelle jusqu'à ce que la balance indique $4.5\,g$. Mettre le saccharose pesé dans la fiole jaugée de $50\,ml$ à l'aide de l'entonnoir. A l'aide de la pissette, remplir la fiole avec de l'eau jusqu'au trait de jauge.
 

Exercice 13

Recopions et complétons les phrases avec les mots ou groupes de mots suivants : 
 
solvant ; solution ; dissout ; masse ; concentration ; sucre ; saturée ; quantité de matière ; soluté ; eau.
 
1) La concentration molaire d'une solution est la quantité de matière de soluté par litre de solution.
 
2) La concentration massique d'une solution est la masse de soluté par litre de solution.
 
3) Une solution saturée est une solution pour laquelle le solvant ne peut plus dissoudre le soluté à une température donnée.
 
4) Le soluté est le corps qui se dissout dans la solution.
 
5) Dans une solution aqueuse de sucre, le soluté est sucre le solvant est eau.
 
6) Augmenter le volume du solvant d'une solution, c'est faire une dilution ; dans ce cas la concentration de la solution diminue.
 

Exercice 14

Choisissons la lettre correspondant à la bonne réponse.
 
La relation entre la concentration molaire $C$ et la concentration massique $Cm$ et la masse molaire $M$ est :
 
$\boxed{\text{a) }}\ \ C=\dfrac{C_{m}}{M}$
 
b) $C=\dfrac{M}{C_{m}}$
 
c) $C=C_{m}\times M$

Exercice 15

Une solution est obtenue en dissolvant une masse $m=14.2\;g$ de sulfate de sodium $\left(Na_{2}SO_{4}\right)$ dans de l'eau et en complétant le volume à $500\;ml.$
 
1) Calculons la concentration massique $C_{m}$ de cette solution :
 
Soit : $C_{m}=\dfrac{m}{V}$
 
A.N : $C_{m}=\dfrac{14.2}{500\cdot 10^{-3}}=28.4$
 
Donc, $\boxed{C_{m}=28.4\;g\cdot l^{-1}}$
 
2) Calculons de deux façons différentes la concentration molaire $C$ de cette solution.
 
$-\ \ 1^{\text{ère}}$ méthode
 
Soit : $C=\dfrac{n_{(Na_{2}SO_{4})}}{V}\ $ or, $n_{(Na_{2}SO_{4})}=\dfrac{m}{M_{(Na_{2}SO_{4})}}$
 
Donc, $n_{(Na_{2}SO_{4})}=\dfrac{\dfrac{m}{M_{(Na_{2}SO_{4})}}}{V}=\dfrac{m}{M_{(Na_{2}SO_{4})}\times V}\ $
 
avec, 
 
$\begin{array}{rcl} M_{(Na_{2}SO_{4})}&=&2\times M_{(N_{a})}+M_{(S)}+4\times M_{(O)}\\ \\&=&2\times 23+32+4\times 16\\ \\&=&142\;g\cdot mol^{-1}\end{array}$
 
Par suite, $C=\dfrac{14.2}{142\times 500\cdot 10^{-3}}=0.2$
 
D'où, $\boxed{C=0.2\;mol\cdot l^{-1}}$
 
$-\ \ 2^{\text{ième}}$ méthode
 
On a : $C_{m}=C\times M_{(Na_{2}SO_{4})}$
Ce qui donne : $C=\dfrac{C_{m}}{M_{(Na_{2}SO_{4})}}$
 
A.N : $C=\dfrac{28.4}{142}=0.2$
 
Ainsi, $\boxed{C=0.2\;mol\cdot l^{-1}}$
 

Exercice 16

Dans un volume $V=500\;ml$ d'eau distillée, on dissout un volume $v_{(HCl)}=0.12\;L$ de chlorure d'hydrogène $HCl.$ 
 
1) Calculons la concentration molaire de la solution obtenue.
 
Soit : $C=\dfrac{n_{(HCl)}}{V}\ $ or, $n_{(HCl)}=\dfrac{v_{(HCl)}}{V_{m}}$
 
Par suite, $C=\dfrac{v}{V\times V_{m}}$
 
A.N : $C=\dfrac{0.12}{500\cdot 10^{-3}\times 24}=0.01$
 
Ainsi, $\boxed{C=0.01\;mol\cdot l^{-1}}$
 
2) La quantité de matière de chlorure d'hydrogène contenue dans un prélèvement de $20\;cm^{3}$ de cette solution est de :
$$n_{(HCl)}=C\times V'$$
où, $V'$ est le volume prélevé : $V'=20\;cm^{3}=20\cdot 10^{-3}\;L$
 
A.N : $n_{(HCl)}=0.01\times 20\cdot 10^{-3}=0.0002$
 
Donc, $\boxed{n_{(HCl)}= 0.0002\;mol}$
 

Exercice 17

Une solution est obtenue par dissolution de $24\;g$ d'un soluté dans $1.2\;L$ d'eau pure.
 
La dissolution se fait par ailleurs sans changement de volume.
 
1) Calculons la concentration massique de la solution
 
Soit : $C_{m}=\dfrac{m}{V}$
 
A.N : $C_{m}=\dfrac{24}{1.2}=20$
 
D'où, $\boxed{C_{m}=20\;g\cdot l^{-1}}$
 
2) En déduisons la masse molaire du soluté sachant que la concentration molaire volumique de la solution est $C=0.5\,mol\cdot l^{-1}$
 
$M$ est donnée par :
$$M=\dfrac{C_{m}}{C}$$
A.N : $M=\dfrac{20}{0.5}$
 
Ainsi, $\boxed{M=40\;g\cdot mol^{-1}}$

Exercice 18

Un élève a perdu les étiquettes de deux flacons d'eau salée. 
 
Il sait seulement que l'eau se trouvant dans un des flacons est plus concentrée en sel (plus salée) que l'autre.
 
Identifions la solution la moins concentrée par un raisonnement rigoureux et scientifique :
 
Effet, nous savons que la température d'ébullition d'une solution est plus élevée d'autant que celle-ci est plus concentrée.
Dans notre cas, les deux solutions sont identiques en constituants.
 
Par conséquent, celle qui a la plus faible concentration se portera, en premier, à ébullition, pour une augmentation de température.
 

Exercice 19

On dispose d'une solution aqueuse $S$ de chlorure de sodium de concentration molaire $C=0.4\;mol\cdot l^{-1}.$
 
La réalisation de $50\;ml$ d'une solution $S_{1}$ est obtenue par dilution de $5.0\;ml$ de la solution $S$
 
1) Déterminons la concentration molaire de $S_{1}$
 
On a : $C_{1}=\dfrac{n_{1}}{V_{1}}\ $ or, $n_{1}=n$
 
Donc, $C_{1}=\dfrac{n}{V_{1}}$
 
Mais comme $n=C\times V_{\text{prélevé}}\ $ alors, $$C_{1}=\dfrac{C\times V_{\text{prélevé}}}{V_{1}}$$
A.N : $C_{1}=\dfrac{0.4\times 5\cdot 10^{-3}}{50\cdot 10^{-3}}=0.04$
 
Ainsi, $\boxed{C_{1}=0.04\;mol\cdot l^{-1}}$
 
2) Calculons le volume de $S$ qu'il faut diluer pour préparer $500\;ml$ de solution $S_{2}$ de concentration molaire $C_{2}=0.016\;mol\cdot l^{-1}$
 
Soit : $V=\dfrac{n}{C}\ $ or, $n=n_{2}=C_{2}\times V_{2}$
 
Par suite, $V=\dfrac{C_{2}\times V_{2}}{C}$
 
A.N : $V=\dfrac{0.016\times 0.5}{0.4}=0.02$
 
Donc, $\boxed{V=0.02\;l=20\;ml}$
 
3) Décrivons les différentes étapes de la préparation de $S_{2}\ :$
 
Étape 1 : Prendre $20\;ml$ de la solution $S$ à l'aide d'une pipette.
 
Étape 2 : Verser dans une fiole jaugée de $500\;ml.$
 
Étape 3 : Compléter avec de l'eau jusqu'au trait de jauge à l'aide d'une pissette.

 

Exercice 20

Une solution $S_{1}$ est réalisée par dissolution de $0.3$ mole de chlorure de sodium solide dans $200\;mL$ d'eau.
 
On prélève à l'aide d'une pipette $10\;mL$ de la solution $S_{1}$ et on l'introduit dans une fiole de $250\;mL.$ 
 
En complétant avec de l'eau jusqu'au trait jauge de la fiole, on obtient une solution $S_{2}.$
 
1) Calculons la concentration molaire $C_{2}$ de cette nouvelle solution.
 
Soit : $C_{2}=\dfrac{n_{2}}{V_{2}}\ $ avec, $n_{2}=n_{\text{prélevé}}$
 
On a : $n_{\text{prélevé}}=C_{1}\times V_{\text{prélevé}}\ $ or, $C_{1}=\dfrac{n_{1}}{V_{1}}$
 
Donc, en remplaçant étape par étape chaque expression, on obtient :
 
$\begin{array}{rcl} C_{2}&=&\dfrac{n_{2}}{V_{2}}\\ \\&=&\dfrac{n_{\text{prélevé}}}{V_{2}}\\ \\&=&\dfrac{C_{1}\times V_{\text{prélevé}}}{V_{2}}\\ \\&=&\dfrac{\dfrac{n_{1}}{V_{1}}\times V_{\text{prélevé}}}{V_{2}}\\ \\&=&\dfrac{\dfrac{n_{1}\times V_{\text{prélevé}}}{V_{1}}}{V_{2}}\\ \\&=&\dfrac{n_{1}\times V_{\text{prélevé}}}{V_{1}\times V_{2}}\end{array}$
 
Ainsi, $$C_{2}=\dfrac{n_{1}\times V_{\text{prélevé}}}{V_{1}\times V_{2}}$$
A.N : $C_{2}=\dfrac{0.3\times 10\cdot 10^{-3}}{200\cdot 10^{-3}\times 250\cdot 10^{-3}}$
 
D'où, $\boxed{C_{2}=0.06\;mol\cdot l^{-1}}$
 
2) Calculons le volume d'eau ajouté
 
$V_{\text{ajouté}}=V_{2}-V_{\text{prélevé}}$
 
A.N : $V_{aj}=250-10=240$
 
Ainsi, $\boxed{V_{\text{ajouté}}=240\;mL}$

 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Solutions des exercices : Les hydrocarbures 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

 

Exercice 2

1) $C_{n}H_{2n+1}\ +\ \left(\dfrac{6n+1}{4}\right)O_{2}\longrightarrow\  nCO_{2}\ +\ \left(\dfrac{2n+1}{2}\right)H_{2}O$
 
2) $C_{n}H_{2n}\ +\ \left(\dfrac{3n}{2}\right)O_{2}\longrightarrow\  nCO_{2}\ +\ nH_{2}O$
 
3) $C_{n}H_{2n-2}\ +\ \left(\dfrac{3n-1}{2}\right)O_{2}\longrightarrow\ nCO_{2}\ +\ (n-1)H_{2}O$

Exercice 3

$C_{2}H_{4}$ éthylène ; $C_{2}H_{2}$ acétylène et $C_{5}H_{12}$ pentane sont les seuls hydrocarbures parmi les corps suivants :
 
$C_{2}H_{4}$ éthylène ; $C_{2}H_{6}O$ alcool ; $C_{2}H_{2}$ acétylène ; $C_{6}H_{6}$ benzène ; $CS_{2}$ sulfure de carbone ; $C_{5}H_{12}$ pentane et $H_{2}S$ sulfure d'hydrogène.

Exercice 4

Donnons la formule chimique :
 
1) d'un alcane dont la molécule renferme 6 atomes de carbone.
 
Soit $C_{n}H_{2n+2}$ un alcane avec 6 atomes de carbone donc, $n=6.$
 
Par suite, $2n+2=2\times 6+2=14$
 
D'où, la formule chimique est : $C_{6}H_{14}$
 
2) d'un alcène dont la molécule renferme 8 atomes d'hydrogène.
 
La formule générale d'un alcène est $C_{n}H_{2n}$, or la molécule renferme $8$ atomes d'hydrogène donc $2n=8\ \Rightarrow\ n=\dfrac{8}{2}=4$
 
D'où, la formule chimique de cet alcène est : $C_{4}H_{8}$
 
3) d'un alcyne dont la molécule renferme $5$ atomes de carbone.
 
La formule générale d'un alcyne est $C_{n}H_{2n-2}$ or, la molécule renferme 5 atomes de carbone donc $n=5\ \Rightarrow\ 2n-2=2\times 5-2=8$
 
D'où, la formule chimique de cet alcyne est : $C_{5}H_{8}$

Exercice 5

1) Trouvons la formule chimique de cet hydrocarbure
 
Soit $C_{x}H_{8}$ dont $M=82\;g/mol$
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl} M_{C_{x}H_{8}}=12\times x+8\times 1=82&\Rightarrow&12x=82-8=74\\ \\&\Rightarrow&x=\dfrac{74}{12}\\ \\&\Rightarrow&x=6\end{array}$
 
D'où, la formule chimique de cet hydrocarbure est : $C_{6}H_{8}$
 
2) Calculons le volume de dioxyde de carbone obtenu. 
 
Soit l'équation bilan suivante :
$$C_{6}H_{8}\ +\ 8O_{2}\ \longrightarrow\ 6CO_{2}\ +\ 4H_{2}O$$
On a :
 
$\begin{array}{rcl} \dfrac{n_{C_{6}H_{8}}}{1}=\dfrac{n_{CO_{2}}}{6}&\Rightarrow&6n_{C_{6}H_{8}}=n_{CO_{2}}\times 1\ \text{ or }\ n_{C_{6}H_{8}}=\dfrac{m_{C_{6}H_{8}}}{M_{C_{6}H_{8}}} \\ \\&\Rightarrow&6\times\dfrac{m_{C_{6}H_{8}}}{M_{C_{6}H_{8}}}=n_{CO_{2}}\ \text{ or }\ n_{CO_{2}}=\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{M_{CO_{2}}}}\ (CNTP)\\ \\&\Rightarrow&6\times\dfrac{m_{C_{6}H_{8}}}{M_{C_{6}H_{8}}}=\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{M_{CO_{2}}}}\\ \\&\Rightarrow&V_{CO_{2}}=\dfrac{6\times V_{M_{CO_{2}}}\times m_{C_{6}H_{8}}}{M_{C_{6}H_{8}}}\end{array}$
 
A.N : $V_{CO_{2}}=\dfrac{6\times 22.4\times 20.5}{82}=33.6$
 
Donc, $\boxed{V_{CO_{2}}=33.6\;l}$
 
3) Donnons la formule chimique d'un alcane dont la masse molaire est $72\;g/mol.$
 
La formule générale d'un alcane est $C_{2n}H_{2n+2}$
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl} M_{C_{n}H_{2n+2}}=12n+2n+2=72\;g/mol&\Rightarrow&14n+2=72\\ \\&\Rightarrow&14n=70\\ \\&\Rightarrow&n=\dfrac{70}{14}=5\end{array}$
 
D'où, la formule chimique de cet hydrocarbure est : $C_{5}H_{12}$

Exercice 6

Soit l'équation bilan suivante :
$$C_{n}H_{2n+2}\ +\ \left(\dfrac{3n+1}{2}\right)O_{2}\ \longrightarrow\ nCO_{2}\ +\ (n+1)H_{2}O$$
Trouvons la formule brute
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl} \dfrac{n_{C_{n}H_{2n+2}}}{1}=\dfrac{n_{CO_{2}}}{n}&\Rightarrow&n\times n_{C_{n}H_{2n+2}}=n_{CO_{2}}\times 1\ \text{ or }\ n_{gaz}=\dfrac{V_{gaz}}{V_{M_{gaz}}}\\ \\&\Rightarrow&\dfrac{nV_{C_{n}H_{2n+2}}}{V_{M_{C_{2}H_{2n+2}}}}=\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{M_{CO_{2}}}} \\ \\&\Rightarrow&nV_{C_{n}H_{2n+2}}=V_{CO_{2}}\\ \\&\Rightarrow&n=\dfrac{V_{C_{n}H_{2n+2}}}{V_{CO_{2}}}\end{array}$
 
A.N : $n=\dfrac{68}{17}=4$
 
D'où, la formule brute de cet alcane est : $C_{4}H_{10}$

Exercice 7

1) Écrivons l'équation bilan de la combustion complète du butane
$$C_{4}H_{10}\ +\ \dfrac{13}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ 4CO_{2}\ +\ 5H_{2}O$$
2) Trouvons le volume de dioxygène, mesuré dans les conditions normales, nécessaire pour la combustion complète.
 
Soit l'équation bilan $C_{4}H_{10}\ +\ \dfrac{13}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ 4CO_{2}\ +\ 5H_{2}O$ alors, dans les conditions stœchiométriques on a :
 
$\begin{array}{rcl}\dfrac{n_{C_{4}H_{10}}}{1}=\dfrac{n_{O_{2}}}{\dfrac{13}{2}}&\Rightarrow&13n_{C_{4}H_{10}}=2n_{O_{2}}\times 1\ \text{ or }\ n_{C_{4}H_{10}}=\dfrac{m_{C_{4}H_{10}}}{M_{C_{4}H_{10}}}\\ \\&\Rightarrow&13\times\dfrac{m_{C_{4}H_{10}}}{M_{C_{4}H_{10}}}=2n_{O_{2}}\ \text{ or }\ n_{O_{2}}=\dfrac{V_{O_{2}}}{V_{M_{O_{2}}}}\ (CNTP)\\ \\&\Rightarrow&13\times\dfrac{m_{C_{4}H_{10}}}{M_{C_{4}H_{10}}}=\dfrac{2V_{O_{2}}}{V_{M_{O_{2}}}} \\ \\&\Rightarrow&V_{O_{2}}=\dfrac{13\times V_{M_{O_{2}}}\times m_{C_{4}H_{10}}}{2\times M_{C_{4}H_{10}}}\end{array}$
 
avec $M_{C_{4}H_{10}}=58\;g/mol\ $ et $\ V_{M_{O_{2}}}=22.4\;mol/l$ 
 
A.N : $V_{O_{2}}=\dfrac{13\times 22.4\times 13\;10^{3}}{2\times 58}=32634.482$
 
Donc, $\boxed{V_{O_{2}}=32634.5\;l}$
 
Déduisons en le volume d'air nécessaire.
 
Dans la composition de l'air on a $21\%$ de $O_{2}$.
 
Donc, $\dfrac{V_{O_{2}}}{V_{air}}\times 100=21\ \Rightarrow\ V_{air}=\dfrac{V_{O_{2}}\times 100}{21}$
 
A.N : $V_{air}=\dfrac{32634.5\times 100}{21}=155402.4$
 
D'où, $\boxed{V_{air}=155402.4\;l}$

Exercice 8

On a $C_{12}H_{26}$
 
Posons :
 
$\begin{array}{rcl} n=12&\Rightarrow&2n=24\\&\Rightarrow&2n+2=26\end{array}$
 
Alors, cet hydrocarbure peut s'écrire sous la forme $C_{n}H_{2n+2}$ donc il appartient à la famille des alcanes.
 
Calculons masse minimale de dioxygène qu'il faut prévoir pour brûler les $600$ tonnes de kérosène.
 
Équation bilan de la réaction : $C_{12}H_{26}\ +\ \dfrac{37}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ 12CO_{2}\ +\ 13H_{2}O$
 
Pour une combustion complète du kérosène, on a :
 
$\begin{array}{rcl} \dfrac{n_{C_{12}H_{26}}}{1}=\dfrac{n_{O_{2}}}{\dfrac{37}{2}}&\Rightarrow&37n_{C_{12}H_{26}}=2n_{O_{2}}\times 1\ \text{ or }\ n_{C_{12}H_{26}}=\dfrac{m_{C_{12}H_{26}}}{M_{C_{12}H_{26}}}\\ \\&\Rightarrow&37\times\dfrac{m_{C_{12}H_{26}}}{M_{C_{12}H_{26}}}=2\times\dfrac{m_{O_{2}}}{M_{O_{2}}}\\ \\&\Rightarrow&m_{O_{2}}=\dfrac{37\times M_{O_{2}}\times m_{C_{12}H_{26}}}{2\times M_{C_{12}H_{26}}}\end{array}$
 
avec $M_{C_{12}H_{26}}=12\times 12+26\times 1=170\;g/mol\ $ et $\ M_{O_{2}}=2\times 16\;mol/l$
 
A.N : $m_{O_{2}}=\dfrac{37\times 32\times 600\;10^{6}}{2\times 170}=2089411.765$
 
Donc, $\boxed{m_{O_{2}}=2.089\;tonnes}$

Exercice 9

1) Écrivons l'équation bilan de la combustion complète du composé $A$
 
$A$ est un hydrocarbure donc $A$ est de la forme $C_{x}H_{y}$
$$\left(x+\dfrac{y}{4}\right)O_{2}+C_{x}H_{y}\longrightarrow xCO_{2}+\dfrac{y}{2}H_{2}O$$
2) Déterminons le volume de $O_{2}$ réagi et de $CO_{2}$ formé.
 
Après refroidissement, on constate qu'il reste dans l'eudiomètre un mélange gazeux constitué de $40\;cm^{3}$ de dioxyde de carbone et $20\;cm^{3}$ de dioxygène.
 
Donc le volume de $O_{2}$ réagi est donné par $V_{O_{2}}=80\;cm^{3}-20\;cm^{3}=60\;cm^{3}$ et le volume de $CO_{2}$ formé reste égal à $40\;cm^{3}.$
 
3) Déterminons la formule brute du composé $A$
 
Soit $n$ le nombre de mols et $V$ le volume de gaz, alors $n=\dfrac{V}{V}_{m}$
 
Cherchons $x$
 
On a : $\ \dfrac{n(O_{2})}{x+\dfrac{y}{4}}=n(C_{x}H_{y})=\dfrac{n(CO_{2})}{x}$
 
Or, $\ n(C_{x}H_{y})=\dfrac{V_{C_{x}H_{y}}}{V_{m}}$
 
Donc, $\dfrac{n(CO_{2})}{x}=\dfrac{V_{C_{x}H_{y}}}{V_{m}}\ $ avec, $\ n(CO_{2})=\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{m}}$
 
Par suite,
 
$\begin{array}{rcl}\dfrac{V_{C_{x}H_{y}}}{V_{m}}=\dfrac{\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{m}}}{x}&\Rightarrow&\dfrac{V_{C_{x}H_{y}}}{V_{m}}=\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{m}\times x}\\ \\&\Rightarrow&V_{C_{x}H_{y}}=\dfrac{V_{CO_{2}}}{x}\\ \\&\Rightarrow&x=\dfrac{V_{Co_{2}}}{V_{C_{x}H_{y}}}\end{array}$
 
A.N : $x=\dfrac{40}{10}=4\ \Rightarrow\ \boxed{x=4}$
 
Cherchons $y$
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl}\dfrac{n(O_{2})}{x+\dfrac{y}{4}}=\dfrac{n(CO_{2})}{x}&\Rightarrow&x\;n(O_{2})=\dfrac{4x+y}{4}\left[n(CO_{2})\right]\\ \\&\Rightarrow&\dfrac{x(V_{O_{2}})}{V_{m}}=\dfrac{4x+y}{4}\left(\dfrac{V_{CO_{2}}}{V_{m}}\right)\\ \\&\Rightarrow&\dfrac{x\;V_{O_{2}}}{V_{m}}=\dfrac{(4x+y)(V_{CO_{2}})}{4 V_{m}}\\ \\&\Rightarrow&60x=\dfrac{(4x+y)40}{4}\\ \\&\Rightarrow&240x=40(4x+y)\end{array}$
 
Or, $x=4$ donc $960=640+40y\ \Rightarrow\ y=\dfrac{960-640}{40}$
 
D'où, $\boxed{y=8}$
 
La formule brute de $A$ est donc : $\boxed{C_{4}H_{8}}$

Exercice 10

Complétons les phrases ci-dessous
 
1) Les hydrocarbures sont des composés ne contenant que les éléments carbone et hydrogène. Les alcanes ont pour formule générale $C_{n}H_{2n+2}.$
 
2) Les alcènes ont pour formule générale $C_{n}H_{2n}$
 
3) L'acétylène de formule $C_{2}H_{2}$ est un hydrocarbure appartenant à la famille des alcynes.
 
4) La combustion complète d'un hydrocarbure dans le dioxygène donne du dioxyde de carbone et de l'eau.
 
5) Si la combustion est incomplète, il se forme entre autres des fumées noires de carbone.

Exercice 11

1) Un hydrocarbure est un corps organique dont la molécule ne renferme que du carbone et de l'hydrogène.
 
2) Citons trois familles d'hydrocarbures et précisons leurs formules générales :
 
$-\ $ Les alcanes sont des hydrocarbures de formule générale $C_{n}H_{2n+2}.$
 
$-\ $ Les hydrocarbures dont la formule générale est $C_{n}H_{2n}$ sont appelés alcènes.
 
$-\ $ Parmi les familles d'hydrocarbures, il existe celle dont la formule générale est $C_{n}H_{2n-2}\ :$ c'est la famille des alcynes.
 
3) En précisant leurs familles, déterminons ceux qui sont des hydrocarbures parmi les corps suivants :
 
$\centerdot\ C_{3}H_{4}\ $ cette molécule est composée de trois atomes de carbone et quatre atomes d'hydrogène. Donc, c'est un hydrocarbure.
 
Soit : $n=3 \Rightarrow 2n=2\times 3=6$
 
Or, $4=6-2 \Rightarrow 4=2n-2$ donc, cette molécule appartient à la famille à la famille des hydrocarbures dont la formule générale est $C_{n}H_{2n-2}\ :$ c'est un alcyne
 
$\centerdot\ CO_{2}\ :$ dans cette molécule, il y a un atome de carbone et deux atomes d'oxygène : elle n'est pas un hydrocarbure.
 
$\centerdot\ NH_{3}\ :$ il y a un atome d'azote et trois atomes d'hydrogène dans cette molécule. elle n'est pas hydrocarbure.
 
$\centerdot\ H_{2}O\ :$ la molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et un atome de d'oxygène : l'eau n'est pas un hydrocarbure.
 
$\centerdot\ C_{2}H_{2}\ :$ cette molécule est composée de deux atomes de carbone et deux atomes d'hydrogène : c'est un hydrocarbure.
 
Soit : $n=2 \Rightarrow 2n=4\ $ et $\ 2=4-2=2n-2.$
 
D'où, ce composé appartient à la famille des alcynes dont la formule générale est $C_{n}H_{2n-2}.$
 
$\centerdot\ O_{2}\ :$ Le dioxygène est une molécule diatomique. Donc il n'est pas hydrocarbure.
 
$\centerdot\ CH_{4}\ :$ il y a un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène dans cette molécule : c'est un hydrocarbure.
 
Soit : $n=1 \Rightarrow 2n=2\ $ et $\ 4=2+2.$
 
D'où la formule générale de cet hydrocarbure est $C_{n}H_{2n+2}\ :$ c'est un alcane.

Exercice 12

1) Identification d'un alcane
 
a) Déterminons l'expression de la masse molaire moléculaire d'un alcane possédant $n$ atomes de carbone :
 
Soit un alcane de formule général $C_{n}H_{2n+2}$ alors, sa masse molaire moléculaire est :
 
$\begin{array}{rcl} M(C_{n}H_{2n+2})&=&12\times n+1(2n+2)\\ \\&=&12n+2n+2\\ \\&=&14n+2\end{array}$
 
Donc, $\boxed{M(C_{n}H_{2n+2})=14n+2}$
 
b) En déduisons la formule brute d'un alcane dont la masse molaire est $M=30\,g\cdot mol^{-1}$
 
On a : $M(C_{n}H_{2n+2})=14n+2\ $ or, $M(C_{n}H_{2n+2})=30$ donc,
 
$\begin{array}{rcl} 14n+2=30&\Rightarrow&14n=30-2=28\\ \\&\Rightarrow&n=\dfrac{28}{14}\\ \\&\Rightarrow&n=2\end{array}$
 
Ainsi, $\boxed{n=2}$
 
D'où : la formule brute de cet alcane est :
$$\boxed{C_{2}H_{6}}$$
2) identification d'un alcène
 
a) Déterminons l'expression de sa masse molaire
 
Soit un alcène de formule général $C_{n}H_{2n}$ alors, sa masse molaire est donnée par :
 
$\begin{array}{rcl} M(C_{n}H_{2n})&=&12\times n+1\times 2n\\ \\&=&12n+2n\\ \\&=&14n\end{array}$
 
Donc, $\boxed{M(C_{n}H_{2n})=14n}$
 
b) En déduisons la formule brute d'un alcène dont la masse molaire est $28\,g\cdot mol^{-1}$
 
Soit : $M(C_{n}H_{2n})=14n.$ Comme $M=28$ alors, on a :
 
$\begin{array}{rcrcl} 14n=28&\Rightarrow&n&=&\dfrac{28}{14}\\ \\&\Rightarrow&n&=&2\end{array}$
 
Donc, $\boxed{n=2}$
 
D'où, la formule brute de cet alcène est :
$$\boxed{C_{2}H_{4}}$$
3) Identification d'un alcyne
 
a) Déterminons l'expression de la masse molaire d'un alcyne possédant $n$ atomes de carbone
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl} M(C_{n}H_{2n-2})&=&12\times n+1(2n-2)\\ \\&=&12n+2n-2=14n-2\\ \\&=&14n-2\end{array}$
 
Donc, $\boxed{M(C_{n}H_{2n-2})=14n-2}$
 
b) En déduisons la formule brute d'un alcyne de masse molaire $M=26\,g\cdot mol^{-1}$
 
Soit $M(C_{n}H_{2n-2})=14n-2\ $ or, $M=26$ donc, on a :
 
$\begin{array}{rcl} 14n-2=26&\Rightarrow&14n=26+2=28\\ \\&\Rightarrow&n=\dfrac{28}{2}\\ \\&\Rightarrow&n=2\end{array}$
 
Donc, $\boxed{n=2}$
 
D'où, la formule brute est donnée par :
$$\boxed{C_{2}H_{2}}$$
4) La densité d'un alcane gazeux est $2$
 
a) Rappelons la formule de la densité d'un gaz par rapport à l'air :
$$\boxed{d=\dfrac{M}{29}}$$
b) Trouvons la formule brute de l'alcane :
 
On a :
 
$\begin{array}{rcl} d=\dfrac{M}{29}=2&\Rightarrow&M=29\times 2\\ \\&\Rightarrow&M=58=14n+2\\ \\&\Rightarrow&58-2=14n\\ \\&\Rightarrow&n=\dfrac{56}{14}\\ \\&\Rightarrow&n=4\end{array}$
 
Donc, $\boxed{n=4}$
 
Ainsi, la formule brute de l'alcane est donnée par :
$$\boxed{C_{4}H_{10}}$$

Exercice 13

Complétons et équilibrons les équations
 
$C_{3}H_{8}\ +\ 5O_{2}\ \longrightarrow\ 3CO_{2}\ +\ 4 H_{2}O$
 
$C_{2}H_{4}\ +\ 3O_{2}\ \longrightarrow\ 2CO_{2}\ +\ 2H_{2}O$
 
$C_{2}H_{2}\ +\ \dfrac{5}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ H_{2}O\ +\ 2CO_{2}$
 
$C_{4}H_{10}\ +\ \dfrac{13}{2}O_{2}\ \longrightarrow\ 4CO_{2}\ +\ 5H_{2}O$

Exercice 14

Le méthane $CH_{4}$ brule dans le dioxygène $O_{2}$ en donnant du dioxyde de carbone $CO_{2}$ et de l'eau $H_{2}O.$
 
1) Écrivons l'équation bilan de la réaction
$$CH_{4}\ +\ 2O_{2}\ \longrightarrow\ CO_{2}\ +\ 2H_{2}O$$
2) Donnons l'interprétation du bilan en mole
 
Une mole de méthane réagit avec deux moles de dioxygène pour donner une mole de dioxyde de carbone et deux moles d'eau.
 
Ainsi,
$$\dfrac{n(CH_{4})}{1}=\dfrac{n(O_{2})}{2}=\dfrac{n(CO_{2})}{1}=\dfrac{n(H_{2}O)}{2}$$
3) On dispose de trois moles de méthane.
 
a) Déterminons la quantité de matière de dioxygène nécessaire pour que la combustion soit complète.
 
D'après la question 2), on a :
 
$\dfrac{n(CH_{4})}{1}=\dfrac{n(O_{2})}{2}\ \Rightarrow\ n(O_{2})=2n(CH_{4})$
 
A.N : $n(O_{2}=2\times 3=6$
 
D'où,
$$\boxed{n(O_{2})=6\,mol}$$
b) Calculons :
 
$-\ $ Le volume de dioxyde de carbone
 
On a : $n=\dfrac{V}{V_{M}}\ \Rightarrow\ V=n\times V_{M}\ $ avec, $V_{M}=24\,L\cdot mol^{-1}$
 
Détermination de $n(CO_{2})$ 
 
On a : $\dfrac{n(CH_{4})}{1}=\dfrac{n(CO_{2})}{1}\ \Rightarrow\ n(CO_{2})=n(CH_{4})=3\,mol$
 
A.N : $V(CO_{2})=3\times24$
 
Ainsi,
$$\boxed{V(CO_{2})=72\,L}$$
$-\ $ La masse d'eau formée
 
On a : $n=\dfrac{m}{M}\ \Rightarrow\ m=n\times M\ $ or,
 
$\begin{array}{rcl} M(H_{2}O)&=&2M(H)+M(O)\\ \\&=&2\times 1+16\\ \\&=&18\,g\cdot mol^{-1}\end{array}$
 
De plus, $n(H_{2}O)=2n(CH_{4})=2\times 3=6\,mol$, d'après le bilan molaire.
 
Donc, $m(H_{2}O)=6\times 18=108$
 
D'où,
$$\boxed{m(H_{2}O)=108\,g}$$

 

 
 
 

Auteur: 
Aliou ndiaye

Exercices sur les hydrocarbures 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

Indiquer les mots permettant de remplir la grille

Horizontalement :

1 : corps organiques constitués de carbone et d'hydrogène
 
7 : premier hydrocarbure de la famille des alcynes
 
9 : sa formule chimique est $C_{2}H_{4}$

Verticalement :

1 : un des constituants des hydrocarbures
 
7 : sa combustion complète donne du dioxyde de carbone
 
8 : hydrocarbures de formule générale $C_{n}H_{2n-2}$
 
11 : hydrocarbure sature de masse molaire $58\; g.mol^{-1}$

 

 

Exercice 2

Équilibrer chacune des équations chimiques générales suivantes
 
1) $C_{n}H_{2n+1}\ +\ O_{2}\longrightarrow\  CO_{2}\ +\ H_{2}O$
 
2) $C_{n}H_{2n}\ +\ O_{2}\longrightarrow\  CO_{2}\ +\ H_{2}O$
 
3) $C_{n}H_{2n-2}\ +\ O_{2}\longrightarrow\  CO_{2}\ +\ H_{2}O$

Exercice 3

Quels sont, parmi les corps suivants, ceux qui sont des hydrocarbures ?

$C_{2}H_{2}$ éthylène ; $C_{2}H_{6}O$ alcool ; $C_{2}H_{2}$ acétylène ; $C_{6}H_{6}$ benzène ; $CS_{2}$ sulfure de carbone ; $C_{5}H_{12}$ pentane ; $H_{2}S$ sulfure d'hydrogène.

Exercice 4

Donner la formule chimique :
 
1) d'un alcane dont la molécule renferme 6 atomes de carbone
 
2) d'un alcène dont la molécule renferme 8 atomes d'hydrogène
 
3) d'un alcyne dont la molécule renferme 5 atomes de carbone.

Exercice 5

L'analyse d'un hydrocarbure a permis de noter que sa molécule renferme huit (8) atomes d'hydrogène et de masse molaire $82\;g/mol$.
 
1) Trouver la formule chimique de cet hydrocarbure.
 
2) Calculer le volume de dioxyde de carbone que l'on obtient dans les conditions normales en faisant la combustion complète de $20.5\;g$ de cet hydrocarbure.

3) Un alcane a une masse molaire de $72\;g/mol$, donner sa formule chimique.

Exercice 6

On brûle $17\;cm^{3}$ d'un alcane gazeux dans un excès de dioxygène. Après cette combustion complète, il s'est formé $68\;cm^{3}$ de dioxyde de carbone. Trouver la formule brute de l'alcane brûlé.

Exercice 7

Une bouteille de butagaz contient $13\;kg$ de butane $C_{4}H_{10}$.
 
1) Écrire l'équation bilan de la combustion complète du butane
 
2) Trouver le volume de dioxygène, mesuré dans les conditions normales, nécessaire pour assurer cette combustion. En déduire le volume d'air nécessaire.

Exercice 8

Dans le kérosène, carburant des avions à réaction, on trouve un hydrocarbure de formule $C_{12}H_{26}$ que l'on appelle le duodécane ; à quelle famille d'hydrocarbure appartient-il ?

Quelle masse minimale de dioxygène faut-il prévoir pour brûler les 600 tonnes de kérosène que contient le premier étage de la fusée Saturne V, lanceur du programme Apollo.

Exercice 9 

On introduit dans un tube appelé eudiomètre, $10\;cm^{3}$ d'un hydrocarbure gazeux $A$ et $80\;cm^{3}$ de dioxygène. On fait jaillir une étincelle qui déclenche la combustion complète du mélange. Après refroidissement, il reste dans l'eudiomètre un mélange gazeux dont l'analyse révèle qu'il est constitué de $40\;cm^{3}$ de dioxyde de carbone et $20\;cm^{3}$ de dioxygène. Le volume molaire dans les conditions normales est $V_{m}=22.4\;L/mol.$
 
1) Écris l'équation bilan de la combustion complète du composé $A.$
 
2) Détermine le volume de dioxygène réagi et le volume de dioxyde de carbone formé.
 
3) Déduis en la formule brute du composé $A.$

Activités

Masses molaires atomiques : 
 
$M(H)=1g\cdot mol^{-1}$ ; $M(C)=12g\cdot mol^{-1}$ ; $M(O)=16g\cdot mol^{-1}$
 
Volume molaire des gaz dans les conditions expérimentales : 
 
$V_{M}=24L\cdot mol^{-1}$
 
Décris des expériences à faire pour montrer que, lors de la combustion du butane (briquet), il se forme de l'eau et du dioxyde de carbone.

Exercice 10 Contrôle de connaissances

Compléter les phrases ci-dessous.
 
1) Les hydrocarbures sont des composés ne contenant que les éléments .......... et ................
 
Les alcanes ont pour formule générale ...............
 
2) Les alcènes ont pour formule générale ..............
 
3) L'acétylène de formule $C_{2}H_{2}$ est un hydrocarbure appartenant à la famille des ................
 
4) La combustion complète d'un hydrocarbure dans le dioxygène donne ............. et de ..............
 
5) Si la combustion est ............., il se forme entre autres des fumées noires de carbone.

Exercice 11 Identifier la famille à laquelle appartient un hydrocarbure à partir de sa formule brute.

1) Définis un hydrocarbure
 
2) Cite trois familles d'hydrocarbures et préciser leurs formules générales
 
3) Parmi les corps suivants, lesquels sont des hydrocarbures ;
 
Préciser leur famille.
 
$C_{3}H_{4}$ ; $CO_{2}$ ; $NH_{3}$ ; $H_{2}O$ ; $C_{2}H_{2}$ ; $O_{2}$ ; $CH_{4}$

Exercice 12 Identifier un hydrocarbure à partir de sa masse molaire

1) Identifier un alcane
 
a) Déterminer l'expression de la masse molaire moléculaire d'un alcane possédant $n$ atomes de carbone.
 
b) Déduis-en la formule brute d'un alcane dont la masse molaire est $M=30g\cdot mol^{-1}.$
 
2) Identifier un alcène
 
a) Déterminer l'expression de la masse molaire moléculaire d'un alcène possédant $n$ atomes de carbone
 
b) Déduis-en la formule brute d'un alcène dont la masse molaire est $M=28g\cdot mol^{-1}.$
 
3) Identifier un alcène
 
a) Déterminer l'expression de la masse molaire moléculaire d'un alcyne possédant $n$ atomes de carbone.
 
b) Déduis-en la formule brute d'un alcène dont la masse molaire est $M=26g\cdot mol^{-1}.$
 
4) La densité d'un alcane gazeux est $2$
 
a) Rappelle la formule de la densité d'un gaz par rapport à l'air.
 
b) Trouve la formule brute de l'alcane.

Exercice 13 Équation-bilan de la combustion complète d'un hydrocarbure

Complète et équilibre les équations
 
$C_{3}H_{8}\ +\ \ldots\ \rightarrow\ CO_{2}\ +\ H_{2}O$
 
$C_{2}H_{4}\ +\ O_{2}\ \rightarrow\ CO_{2}\ +\ \ldots$
 
$C_{2}H_{2}\ +\ O_{2}\ \rightarrow\ H_{2}O\ +\ \ldots$
 
$C_{4}H_{10}\ +\ O_{2}\ \rightarrow\ CO_{2}\ +\ H_{2}O$

Exercice 14 Utiliser l'équation bilan de la combustion complète d'un hydrocarbure

Le méthane $CH_{4}$ brûle dans le dioxygène $O_{2}$ en donnant du dioxyde de carbone $CO_{2}$ et de l'eau $H_{2}O$
 
1) Écris l'équation bilan de la réaction
 
2) Donne l'interprétation du bilan en mole
 
3) On dispose de $3$ mol de méthane
 
a) Quelle quantité de matière de dioxygène faut-il pour que la combustion soit complète.
 
b) Calcule le volume de dioxyde de carbone et la masse d'eau formés

Exercice 15 Du gaz à la cuisine

Un alcane $A$ est utilisé comme gaz de cuisine
 
La masse molaire moléculaire de $A$ est de $M=58g\cdot mol^{-1}.$
 
1) Rappelle la formule générale des alcanes en fonction du $n$ d'atomes de carbone.
 
2) Trouve la formule brute de l'alcane $A$ et donner son nom.
 
3) La combustion complète d'une masse m de l'alcane $A$ produit $4$ moles de dioxyde de carbone.
 
a) Écris l'équation-bilan de la réaction.
 
b) Trouve la masse $m$ d'alcane utilisée.

Exercice 16 soudure métallique

La combustion complète de l'acétylène produit une quantité de chaleur qui permet d'atteindre des températures élevées.
 
Cette combustion est utilisée dans le chalumeau oxyacétylénique pour effectuer des soudures métalliques
 
L'acétylène encore appelé éthyne, a pour formule brute $C_{2}H_{2}$
 
1) A quelle famille d'hydrocarbure appartient l'acétylène ?
 
2) Écris la formule générale des hydrocarbures de cette famille
 
3) Écris l'équation bilan de la combustion complète de l'acétylène dans le dioxygène.
 
4) On brule complètement 48L de gaz acétylène dans l'air
 
a) Calculer le volume de dioxygène nécessaire pour cette combustion.
 
b) Quel est le volume d'air utilisé sachant que l'air renferme en volume $\dfrac{1}{5}$ de dioxygène

Exercice supplémentaire Exclusif document.

Mort des enfants de la famille [...] aux Parcelles assainies : 
 
Les résultats de l'autopsie.
 
Le certificat de genre de mort est sans ambages. 
 
Il a révélé que les cinq enfants de la famille [...] de l'Unité $17$ des Parcelles Assainies sont morts par asphyxie après avoir inhalé de la fumée provenant d'un incendie.
Source : un journal dakarois publié le $13$ mai $2017.$
 
En effet tous les ans, au Sénégal, surtout en période de fraicheur, des personnes s'intoxiquent en brûlant du charbon dans des fourneaux comme l'indique la photo ci-dessous.
 
 
 
1) Indique le gaz responsable de cette intoxication.
 
2) Explique comment il est produit.
 
3) Propose une action que l'on doit faire pour éviter le risque d'intoxication.
 

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

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Exercices sur action à froid des acides dilués sur les métaux usuels 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

Donner les mots qui permettent de remplir correctement la grille ci-contre.
 
Horizontalement
 
1 à froid, ce métal ne réagit qu'avec l'acide chlorhydrique dilué
 
4 celui d'aluminium se note $AlCl_{3}$.
 
6 métal qui réagissent à froid avec $HCl,\ H_{2}SO_{4}$ et $HNO_{3}$ dilués
 
8 produit de l'action de l'acide sulfurique sur les métaux.
 
Verticalement :
 
1 solutions qui attaquent certaines métaux
 
4 métal liquide à l'état naturel.
 
11 qualité des réactions du plomb avec certains acides

 

 

Exercice 2

Compléter et équilibrer chacune des équations chimiques ci-dessous.
 
$\ldots\ldots\ +\ \text{ acide chlorhydrique } \longrightarrow\quad AlCl_{3}\ +\ \ldots$.
 
$Zn\ +\ \ldots\ldots\longrightarrow\quad ZnSO_{4}\ +\ H_{2}$
 
$Pb\ +\ \ldots\ldots \longrightarrow\quad PbCl_{2}\ +\ \ldots.$
 
$Fe\ +\ HCl \longrightarrow\quad\ldots\ +\ \ldots$.

Exercice 3

Sur chacun des métaux contenus dans les tubes à essais ci contre, on verse de l'acide chlorhydrique dilué en excès.
 
1) Indiquer les observations que l'on peut faire au niveau de chaque tube.
 
2) On recueillit $56\;mL$ de gaz au niveau d'un des tubes , calculer la masse de métal qu'il contenait.

 

 

Exercice 4

Citer, parmi les métaux usuels, deux métaux attaqués à froid par les trois acides dilués $HCl,\ H_{2}SO_{4},\ HNO_{3}$. Donner alors les produits de chacune des réactions et écrire éventuellement l'équation bilan correspondante.

Exercice 5

On verse un excès d'acide chlorhydrique $HCl$ dilué sur un mélange de cuivre et d'aluminium.
 
1) Dites ce qui se passe et écrivez l'équation bilan de la réaction.
 
2) A la fin du phénomène observé, on y verse ensuite de l'acide nitrique dilué. Qu'est-ce qu'on observe ? expliquez.

Exercice 6

Vous disposez de trois bidons : un en fer, un en aluminium et un en cuivre. Dites, en motivant votre choix, Quel(s) bidon(s) peut-on utiliser pour conserver :
 
1) de l'acide chlorhydrique dilué.
 
2) de l'acide sulfurique dilué.

Exercice 7

On fait réagir entièrement $10\;mL$ d'une solution d'acide chlorhydrique dilué avec $56\;mg$ de fer.
 
1) Calculer la masse de chacun des produits obtenus
 
2) Quelle est la molarité de la solution d'acide chlorhydrique utilisé ?

Exercice 8

On considère l'action de l'acide chlorhydrique dilué sur l'aluminium d'une part et sur le zinc d'autre part.
 
1) Écrire les équations bilan de chacune de ces réactions chimiques.
 
2) Quelle masse d'aluminium faut-il utiliser pour obtenir le même volume de dihydrogène, dans les conditions normales, qu'avec $6.54\;g$ de zinc.

Exercice 9

Un technicien de laboratoire veut obtenir $1.12\;L$ de dihydrogène dans les conditions normales. Il dispose de deux acides dilués (acide nitrique et acide chlorhydrique) et de trois métaux (plomb, fer et cuivre).
 
1) Indiquer les réactifs qu'il devra utiliser et écrire l'équation bilan de la réaction à réaliser. (1.5pt)
 
2) Calculer la masse de chacun des réactifs utilisés. (3pts)
 
3) Justifier de manière précise et sommaire le choix de ce laborantin. (1.5pt)
 
Prendre : $Al=27\;g/mol\;;\ Cl=35.5\;g/mol\;;\ Fe=56\;g/mol\;;\ Zn=65.4\;g/mol\;;\ H=1\;g/mol$.
 

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

Source: 
irempt.ucad.sn

Exercices sur les métaux 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

Indiquer le mots permettant de remplir correctement la grille ci-contre
 
Horizontalement :
 
2 – à l'air libre, il donne un oxyde plus réfractaire qui le protège même liquide.
 
4 – il est le meilleur conducteur d'électricité parmi les métaux usuels
 
Verticalement :
 
2 – c'est le plus lourd des métaux usuels, il possède trois (3) variétés d'oxydes
 
7 – son oxyde entre souvent dans la fabrication de peintures et de médicaments.
 
11 – sans protection, il est détruit par l'air libre.

 

 

Exercice 2

Répondre par Vrai (V) ou Faux (F) en mettant une croix (X) sur la bonne réponse
 
1) Le bronze est :
 
un métal
un alliage
un corps métallique
un non métal
 
2) La corrosion d'un métal est :
 
la perte de son éclat métallique
le changement de son état physique
 
3) A l'air libre, ce métal sécrète sa propre protection :
 
le plomb
le fer
le cuivre
 
4) La rouille est :
 
la couche qui recouvre tout métal
Le résultat de la corrosion du fer
L'oxyde ferrique humide

Exercice 3

1) Pourquoi recouvre-t-on le fer de peinture ?
 
2) Qu'est-ce que le fer blanc ? le fer galvanisé ?
 
3) Que se passe-t-il quand on expose, à l'air libre,
 
3-1) l'aluminium
 
3-2) le zinc
 
3-3) quelle différence y a-t-il entre la corrosion de ces métaux et celle du fer ?

Exercice 4

1) Décrire l'action de l'air sur le zinc à froid puis à chaud.
 
2) Quelle masse d'oxyde de zinc obtient-on en brûlant complètement $13\;g$ de zinc dans du dioxygène pur ?

Exercice 5

Un morceau de fer de masse $20\;g$ est abandonné à l'air libre il s'enrouille. Ramassé, décapé et poli, le morceau perd 1/4 de sa masse initiale. Sachant que la rouille formée se compose de 5 moles d'eau pour une mole d'oxyde ferrique soit $Fe_{2}O_{3}\;;\ 5H_{2}O$, trouvez :
 
1) La masse de fer oxydé et en déduire la masse d'oxyde ferrique formé.
 
2) La masse d'eau contenue dans la rouille formée.
 
3) La masse de rouille formée
 
4) La masse du morceau de fer rouillé avant son nettoyage.

Exercice 6

Chauffé dans un courant de dioxygène, l'oxyde de plomb $PbO$ se transforme en minium $Pb_{3}O_{4}$.
 
1) Écrire l'équation bilan de la réaction.
 
2) Calculer la masse molaire du minium.
 
3) Sachant que dans les conditions de cette expérience, une mole de gaz occupe $22.4\;L$, quel volume de dioxygène faut-il pour obtenir $13.7\;kg$ de minium ?

Exercice 7

En brûlant le cuivre dans l'air, on obtient deux oxydes de cuivre.
 
1) Lesquels, écrivez les équations bilan respectives de leurs formations.
 
2) Calculer le volume de dioxygène nécessaire pour obtenir $7.2\;g$ d'oxyde cuivreux.
 
3) Quelle est la masse de cuivre ainsi oxydé ?
 
Prendre :
 
$O=16\;g/mol\;;\ Pb=207\;g/mol\;;\ Fe=56g/mol\;;\ Cu=64\;g/mol\;;\ H=1\;g/mol\;;\ Zn=65\;g/mol$

Activité

1) Compléter le tableau
$$\begin{array}{|l|c|c|c|c|c|} \hline \text{Métal}&\text{Al}&\text{Zn}&\text{Fe}&\text{Pb}&\text{Cu}\\ \hline \text{Couleur}& & & & &\\ \hline \text{Comportement à l'air humide}& & & & &\\ \hline \text{Utilisation usielle}& & & & &\\ \hline \end{array}$$
 
2) Décris une expérience qui permet de distinguer une lame de fer et une lame de cuivre

Exercice 8 Oxydation de métal à chaud

A chaud, le dioxygène réagit avec le fer pour donner de l'oxyde magnétique de fer $\left(Fe_{3}O_{4}\right).$ 
 
Dans les mêmes conditions, le dioxygène réagit avec l'aluminium pour donner de l'oxyde d'aluminium ou alumine $\left(Al_{2}O_{3}\right).$
 
Écris l'équation-bilan de chaque réaction.

Exercice 9 Attaque de métal par l'acide chlorhydrique

Équilibre les équations suivantes :
 
$Zn\ +\ H^{+}\ \rightarrow\ H_{2}\ +\ Zn^{2+}$
 
$Al\ +\ H^{+}\ \rightarrow\ H_{2}\ +\ Al^{3+}$
 
$Fe\ +\ H^{+}\rightarrow\ H_{2}\ +\ Fe^{2+}$

Exercice 10 Action de l'acide chlorhydrique sur les métaux

1) Dans un tube à essais contenant de la grenaille de zinc, on introduit une solution diluée d'acide chlorhydrique.
 
a) Quel est le nom et la formule du gaz produit lors de la réaction ?
 
b) Décris une expérience simple permettant d'identifier ce gaz.
 
c) Écris l'équation globale de la réaction qui se produit.
 
2) On introduit maintenant la solution diluée d'acide chlorhydrique dans des tubes à essais contenant successivement de la limaille de fer, de la poudre d'aluminium, de la tournure de cuivre et du plomb.
 
a) Dans quels tubes observe-t-on une réaction ?
 
b) Écris l'équation ionique des réactions qui se produisent.

Exercice 11

Explique pourquoi on utilise le zinc et non le fer pour couvrir les toits des maisons.

Exercice 12

On dispose de trois pots : 
 
Le premier en fer, le second en cuivre et le troisième en zinc.
 
On veut conserver de l'acide sulfurique dilue dans l'un de ces pots.
 
1) La conservation est impossible avec deux de ces pots. 
 
Lesquels ? 
 
Justifiez.
 
2) Écris les équations bilans ioniques globales des réactions chimiques qui se produisent avec les métaux des pots inutilisables.

Exercice 13

Ibrahima dispose de $3$ lames fraichement décapées de fer, de cuivre et de zinc.
 
1) Quel est l'aspect physique de chacune d'elles ?
 
2) On expose les $3$ lames à l'air libre, quelles sont les réactions susceptibles de se produire avec chacun de ces métaux ? 
 
Quels sont les produits qui se forment éventuellement ?
 
3) Pour chaque métal, écris l'équation-bilan ou les équations-bilans des réactions qui se produisent lors de l'oxydation à chaud.

Exercice 14

Fatou fait réagir complètement $3.25\,g$ de zinc avec une solution décimolaire d'acide chlorhydrique.
 
1) Écris l'équation-bilan de la réaction.
 
2) Quel volume de la solution d'acide a-t-elle utilisé ? 
 
Quel volume de dihydrogène obtient-elle ?
 
On donne : 
 
$M(Zn)=65g\cdot mol^{-1}\;;\ V_{M}=24L\cdot mol^{-1}$

Exercice supplémentaire

Une violente explosion est survenue dans un entrepôt de matériaux lorsqu'un employé a actionné par erreur l'interrupteur du circuit électrique qui permet d'allumer la lampe.
 
Dans ce local, sont stockés les matériaux suivants : 
 
du cuivre, du fer, de l'aluminium, du zinc et de l'acide chlorhydrique.
 
Lors de l'enquête menée par un inspecteur de police scientifique, l'employé signale que plusieurs bidons d'acide chlorhydrique étaient mal fermés et laissaient échapper un liquide.
 
Expliquer qui pourrait être à l'origine de l'explosion ?
 

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

 
Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

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