Conductivité

Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométriePremière partieConductivité1 Vrai ou Faux? (d’après concours 2007)1. La conductance d’une solution électrolytique augmente si on lui rajoute de l’eau.2. La conductivité d’une solution dépend des caractéristiques géométriques de la cellule.3. La résistance d’une solution augmente si la surface des électrodes de la cellule diminue.4. Les ions positifs en solution, se déplacent dans le sens inverse du courant électrique.5. La conductance d’une solution augmente si on augmente la tension appliquée aux bornesde la cellule.2 Conductivité d’une solution saturée (d’après concours 2007)Calculer la conductivité d’une solution saturée de chlorure de plomb PbCl 2 .λ Pb 2+ = 14 mS·m 2·mol −1 ; λ cl − = 7 mS·m 2·mol −1 ;Solubilité du chlorure de plomb s = 20 mmol·L −1 .3 Conductivité d’un mélange (d’après concours 2007)On mélange25 mL d’une solution de chlorure de sodium de concentration c 1 = 4,0.10 −3 mol·L −1avec 25 mL d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration c 2 = 2,0.10 −3 mol·L −1 .On note S la solution obtenue.Conductivité molaire ionique (S·m 2·mol −1 ) : λ(HO − ) = 20.10 −3 ; λ(Na + ) = 5,0.10 −3 ;λ(Cl − ) = 7,6.10 −3 .1. Calculer la concentration des différents ions présents dans S.2. Calculer la conductivité σ de S.4 Acide fluorhydrique : conductivité (Kiné Limoges 2007)On prépare un volumeV = 1 L de solution d’acide fluorhydrique par dissolution den = 10 −3 molde fluorure d’hydrogène HF dans l’eau. On mesure à 25 ◦ C sous P = 1 bar la conductivité dela solution σ = 22,3.10 −3 S·m −1 .Conductivité molaire ionique (S·m 2·mol −1 ) : λ(H 3 O + ) = 35.10 −3 ; λ(F − ) = 5,5.10 −3 .Aide aux calculs : 5,5×4,05 = 22,3 et 0,45×0,68 = 0,55 2 .1. Écrire l’équation de la réaction de dissolution du fluorure d’hydrogène dans l’eau.2. Calculer l’avancement final de la réaction.3. Exprimer la constante de réaction en fonction de l’avancement final x f , n et V .4. Calculer sa valeur.5 Réaction du chlorure de tertiobutyle avec l’eau (d’après concours2007)Le chlorure de tertiobutyle (CH 3) 3C−Cl réagit avec l’eau La transformation est modéliséepar l’équation chimique : (CH 3 ) 3 C−Cl (aq)+ 2H 2 O = H 3 O + + Cl – + (CH 3 ) 3 C−OH (aq)Prépa Santé G 3 1/ 8 Chimie

Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométrieDans deux béchers différents on prépare 360 mL d’eau. L’un est placé dans un bain thermostatéà 40 ◦ C et l’autre à 30 ◦ C. Quand l’équilibre thermique est atteint, on ajoute 9,25 mL dechlorure de tertiobutyle et on plonge une cellule conductimétrique dans chacun des béchers.On déclenche pendant 20 min l’enregistrement de la valeur de la conductivité σ de la solutionen fonction du temps.On obtient les courbes suivantes :Données :chlorure de tertiobutyle : d = 0,85; M = 92,5 g·mol −1 .; eau : d = 1; M = 18 g·mol −1 .Répondre par vrai ou faux en justifiant :1. Les réactifs sont introduits en proportions stœchiométriques.2. Soit n la quantité de matière initiale de chlorure de tertiobutyle, σ la conductivité dela solution à l’instant t et σ ∞ la conductivité de la solution quand t tend vers l’infini.L’avancement de la réaction peut s’écrire : x = nσσ ∞.3. Au bout de 5 min, [Cl − ] 30 = 60%[Cl − ] 40 .4. L’avancement final à 40 ◦ C, notéx f,40 , est supérieur à l’avancement final à 30 ◦ C, notéx f,30 .6 Étude pH-métrique et conductimétrique d’une solution d’acideméthanoïque (kiné APHP 2008)1. L’acide méthanoïque HCOOH (ou acide formique) réagit de façon limitée avec l’eauselon l’équation chimique :HCOOH (aq)+ H 2 O (l)= HCOO –(aq) + H 3 O+ (aq) .(a) Donner les deux couples acide/base mis en jeu.(b) Exprimer la constante d’équilibreK associée à l’équation de cet équilibre chimique.Comment la nomme-t-on?(c) On place dans un bécher V 1 = 100 mL de solution d’acide méthanoïque de concentrationmolaire en soluté apporté c 1 = 5,0.10 −3 mol·L −1 . La mesure du pH de lasolution, à 25 ◦ C, donne pH= 3,1.Exprimer, en le justifiant, l’avancement maximal théorique de la transformationchimique entre l’acide et l’eau.(d) Déterminer les expressions littérales, en fonction de V 1 , c 1 et de pH, des concentrationsmolaires volumiques finales en ions méthanoate, oxonium et en acide méthanoïque.Prépa Santé G 3 2/ 8 Chimie

Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométrie(e) Calculer les valeurs de ces concentrations.(f) Vérifier que la valeur K 1 de la constante d’équilibre K est égale à 1,5.10 −4 .2. La mesure, à 25 ◦ C, de la conductivité d’une solution aqueuse d’acide méthanoïque deconcentration molaire en soluté apportéec 2 = 1,0.10 −2 mol·L −1 donneσ = 4,9.10 −2 S·m −1 .(a) Citer les espèces ioniques majoritaires dans cette solution.(b) Donner la relation liant leur concentration molaire volumique.(c) Donner l’expression littérale de la conductivité de la solution.(d) Donner l’expression littérale permettant d’obtenir les concentrations molaires finalesdes ions oxonium et méthanoate.(e) En déduire l’expression littérale de la concentration molaire finale en acide méthanoïque.(f) Calculer la valeur finale de la concentration molaire en acide méthanoïque.λ(H 3 O + ) = 36.10 −3 S·m 2·mol −1 ; λ(HCOO − ) = 5,5.10 −3 S·m 2·mol −1 .(g) Calculer la valeur K 2 de la constante d’équilibre K.(h) Comparer les valeurs numériques et conclure.Deuxième partieCinétique - Catalyse7 Catalyse (Kiné St Michel 2007)1. Dans une catalyse homogène, le catalyseur ne subit aucune transformation chimique.2. Dans une catalyse enzymatique, le substrat est transformé par la réaction chimique.3. Un catalyseur augmente le rendement d’une réaction chimique.4. Dans une catalyse hétérogène, le catalyseur est toujours un solide.5. Un catalyseur diminue le temps de demi-réaction.8 Ion iodure et eau oxygénéeOn réalise la réaction d’oxydation des ions iodures I – par une solution d’eau oxygénée. Lescouples mis en jeu sont : I 2 /I – et H 2 O 2 /H 2 O.6[I 2 ] (mmol·L −1 )5432100 5 10 15 20 25 30 35 40t (min)Prépa Santé G 3 3/ 8 Chimie

•••••••Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométrie1. Écrire les demi-équations et l’équation bilan de la réaction.2. Définir et calculer la vitesse volumique de réaction à la date t = 0.3. Comment évolue la vitesse de la réaction? Justifier.4. Calculer le temps de demi-réaction t1.29 Eau oxygénée et ion iodure (Kiné Limoges 2007 )On étudie à 25 ◦ C la cinétique de la réaction de l’eau oxygénée avec l’ion iodure en milieuaqueux acide. Il s’agit d’une réaction totale. Les concentrations initiales des réactifs sont :[H 2 O 2 ] = 0,1 mol·L −1 ; [I − ] = 0,4 mol·L −1 .Couples oxydant réducteur : I 2 /I – ; O 2 /H 2 O 2 ; H 2 O 2 /H 2 O.1. Écrire la réaction entre l’eau oxygénée et l’ion iodure.2. Les ions oxonium sont-ils catalyseurs de la réaction? Justifier.3. À l’instant t mesuré depuis le début de la réaction, x et n sont respectivement l’avancementde la réaction et la quantité de matière de diiode formé. V est le volume totalde la solution considéré comme constant. Donner l’expression de la vitesse volumiquede la réaction en fonction de x et V puis de n et V .4. Calculer la concentration en diiode en fin de réaction.10 Vitamine CLa vitamine C est indispensable au bon fonctionnement de l’organisme humain dont ellerenforce les défenses immunitaires. Elle doit être apportée par l’alimentation, en particulierles fruits et les légumes. Elle est aussi utilisée comme additif alimentaire car elle fait partie dela famille des antioxydants. Réducteur facilement oxydable, elle protège les autres nutrimentsde l’oxydation. C’est aussi un acide appelé acide ascorbique (noté AH par la suite) réagissantde façon limitée avec l’eau.1. Dégradation de la vitamine C :La vitamine C se dégrade facilement par oxydation enzymatique aérobie, chauffageou exposition à la lumière. La forme oxydée reste néanmoins physiologiquement active.Pour étudier ce phénomène on réalise des titrages à différentes dates d’un volumeV = 100 mL d’un jus d’orange. On obtient la courbe suivante :4.03.53.02.52.01.51.0x (10 −5 mol)• • •0.5t (min)00 100 200 300 400 500(a) Définir la vitesse volumique d’une réaction chimique.(b) On considère les vitessesv 1 etv 2 aux instants respectifst 1 = 50 min ett 2 = 250 min.Calculer v 1 et v 2 et les comparer.Prépa Santé G 3 4/ 8 Chimie

Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométrie(c) Quel(s) facteur(s) explique(nt) cette évolution?(d) Donner la définition du temps de demi-réaction et déterminer sa valeur.2. Réaction entre l’acide ascorbique AH et une solution d’hydroxyde de sodium :On envisage la réaction entre un volume V a = 20,0 mL d’une solution d’acide ascorbiqueAH de concentration molaire C a = 1,00.10 −2 mol·L −1 et un volume V b = 5,0 mLd’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration molaireC b = 2,00.10 −2 mol·L −1 .À 25 ◦ C, le pH de la solution vaut 4.(a) Écrire l’équation associée à la réaction.(b) Calculer la concentration en ions oxonium H 3 O + dans ce mélange.(c) Calculer la concentration en ion hydroxyde dans ce mélange. En déduire la quantitén(HO − ) d’ions hydroxyde présents à l’état final.(d) Établir le tableau descriptif (expressions littérales et valeurs numériques) de laréaction entre l’acide ascorbique et la soude.(e) Déterminer le taux d’avancement final τ de la réaction. La transformation est-elletotale?3. Titrage colorimétrique :On écrase un comprimé de « vitamine C 500 » dans un mortier. On dissout la poudredans un peu d’eau distillée et on introduit l’ensemble dans une fiole jaugée de 100 mL.On complète avec de l’eau distillée. On obtient la solution S 1 de concentration en acideascorbique C 1 . On prélève un volume V 1 = 20,0 mL de la solution S 1 que l’on doseavec une solution d’hydroxyde de sodium de concentration molaire en soluté apportéC 2 = 4,00.10 −2 mol·L −1 en présence d’un indicateur coloré convenablement choisi.L’équivalence est obtenue pour un volume de solution aqueuse d’hydroxyde de sodiumV BE = 14,0 mL.(a) Déterminer la concentration C 1 de la solution S 1 .(b) En déduire la masse de vitamine C présente dans le comprimé. À votre avis, quesignifie l’appelation « vitamine C 500 »?Donnée : M(HA) = 176,1 g·mol −1 .Prépa Santé G 3 5/ 8 Chimie

Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométrieTroisième partieSpectrophotométrie11 Étude d’une réaction par spectrophotométrie (Kiné Limoges2007)On dispose de la courbe d’étalonnage d’un spectrophotomètre. Celle-ci représente pour unelongueur d’onde choisie la variation de l’absorbance A d’une solution de diiode en fonctionde sa concentration molaire volumique [I 2 ].On étudie par spectrophotométrie la réaction suivante :2 I –(aq) + S 2 O2– 8(aq) = I 2–2(aq)+ 2SO4(aq)Soit n 0 la quantité initiale d’ions I – ; l’ion peroxodisulfate S 2 O 2–8 reste toujours en excès.Pour la même longueur d’onde que celle utilisée pour l’étalonnage, la courbe représentant enfonction du temps les variations de l’absorbance d’une cuve contenant le milieu réactionnelest la suivante :1. Au bout d’un temps suffisamment long l’absorbance du milieu réactionnel ne varie pluset vaut A f = 1,1. Établir un tableau d’avancement de la réaction.2. Montrer en utilisant l’une des courbes précédentes que l’on peut calculer la concentrationinitiale en ion iodure [I – ] 0 . Calculer sa valeur.3. Calculer la concentration en ion iodure pour t = 800 s.12 Caféine (d’après concours 2007)On utilise la spectrophotométrique pour doser la caféine dans deux solutions de café, notéesS 1 et S 2 , de concentrations respectives en caféine c 1 , c 2 .On trace la courbe d’absorption A = f(λ) d’une solution de caféine afin de déterminer lalongueur d’onde correspondant à l’absorption maximale soit λ m = 270 nm.Prépa Santé G 3 6/ 8 Chimie

Exercices : conductimétrie, cinétique, spectrophotométrie13 Réaction des ions iodures avec les ions peroxodisulfate (d’aprèsconcours 2007)Par spectrophotométrie, on suit la cinétique de la réaction des ions iodures I – avec les ionsperoxodisulfate S 2 O8 2– qui conduit à la formation de diiode (jaune en solution) et d’ionsulfate. Cette réaction est lente et totale.La transformation est modélisée par l’équation chimique : S 2 O 2–8(aq) +2I –(aq) = I 2–2(aq)+2SO4(aq) .Les concentrations et volumes des réactifs introduits sont les suivants :– S 2 O8 2– : c 1 = 0,50 mol·L −1 ; v 1 = 10,0 mL– I – : c 2 = 0,020 mol·L −1 ; v 2 = 10,0 mL.On a mesuré l’absorbance au cours du temps et obtenu la courbe ci-dessous :On rappelle la loi de Beer-Lambert aux faibles concentrations :A = k[I 2 ] oùk est un coefficientde proportionnalité.Répondre par vrai ou faux :1. Le temps de demi-réaction t1 vaut environ 30 min.22. L’ion peroxodisulfate est le réactif limitant.3. La réaction étant totale, la concentration finale doit être [I 2 ] max = 10 mmol·L −1 .4. La valeur de k pour la longueur d’onde choisie est 5,0.10 2 L·mol −1 .Prépa Santé G 3 8/ 8 Chimie