Sujet Bac Pondichéry Mars 2008

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I ) Propriétés des solutions d'ammoniac (7 points)

II ) Quelques propriétés du plutonium (5 points)

III ) Mesure de la valeur de la capacité d'un condensateur (4 points)

III ) (spe) Quelques propriétés de la flûte de pan (4 points)

 

Sujet Bac Pondichéry Mars 2008 - I ) Propriétés des solutions d'ammoniac :

 

Données et rappels :

* Produit ionique de l’eau : K_e = 1,0.10 ^–14.

 

* pK_A des couples acide/base suivants :

H₃O⁺_(aq) / H₂O_{( l)} :           pK_A1 = 0

NH₄⁺_(aq) / NH_{3 (aq)} :          pK_A2 = 9,2

H₂O_{( l)} / HO^–_(aq) :            pK_A3 = 14

 

* Conductimétrie :

La conductivité σ d’une solution contenant des espèces ioniques X_i est fonction des concentrations molaires effectives [X_i] de ces ions dans la solution selon la loi :

σ = Σ_i λ_i [X_i]

σ s’exprime en S.m^-1, λ_i conductivité molaire ionique en S.m².mol^-1 et les  concentrations [X_i] en mol.m^-3.

 

* Valeurs des conductivités molaires ioniques (en S.m².mol^-1) :

λ(HO^–_(aq)) = 199.10^–4 S.m².mol^-1

λ(NH₄⁺_(aq)) = 73,4.10^–4 S.m².mol^-1.

 

Une solution commerciale S₀ d’ammoniac NH_3(aq) de concentration C₀ = 1,1 mol.L^-1 peut être utilisée, après dilution, comme produit nettoyant (éviers, lavabos, …) ou  comme produit détachant (moquette, tapis, …).

 

On se propose d’étudier la solution S d’ammoniac de concentration C_S : S est 100 fois plus diluée que S₀.

 

1.1) Préparation de la solution diluée S :

Faire la liste de la verrerie nécessaire pour préparer précisément un volume  V = 1,00 L de S à partir de S₀.

 

1.2) Titrage de la solution diluée S :

On se propose de vérifier la valeur de la concentration C₀ de S₀.

Pour cela, la solution S est titrée par une solution d’acide chlorhydrique de  concentration Ca = 0,015 mol.L^-1.

Dans un volume U_S = 20 mL de la solution S, on verse progressivement la solution d’acide chlorhydrique et on mesure après chaque ajout le pH du mélange.

On peut alors tracer la courbe d’évolution du pH en fonction du volume de solution acide ajoutée Va à l’aide d’un logiciel approprié.

On trace aussi la courbe d’évolution de la dérivée dpH/dVa en fonction de Va.

 

 

Evolutions de pH et de dpH/dVa :

 

1.2.1) Faire un schéma légendé du dispositif expérimental de titrage.

 

1.2.2) Réaction de titrage :

Ecrire l’équation bilan de la réaction de titrage (1) de la solution d’ammoniac S.

 

1.2.3) Détermination des concentrations :

1.2.3.a) A partir des données expérimentales, déterminer le volume de solution acide versé à l’équivalence Va_E. Préciser la méthode employée.

 

1.2.3.b) En déduire la valeur de la concentration C_S de la solution diluée S.

Déterminer alors la valeur de la concentration C₀ de la solution S₀.

Comparer la valeur trouvée à la valeur C₀ donnée au début de l’énoncé.

Remarque : Pour la suite de l’exercice, on utilisera la valeur de C₀ donnée au début de l’énoncé et la valeur correspondante de C_S.

 

1.2.4) Autre repérage de l’équivalence :

Parmi les indicateurs colorés du tableau ci-dessous, déterminer celui qu’il faut ajouter à la solution pour procéder le plus efficacement possible au titrage précédent par une méthode colorimétrique. Justifier ce choix. Qu’observe-t-on autour de l’équivalence dans ce cas ?

 

Indicateur coloré	Teinte acide	Zone de virage	Teinte basique
Bleu de bromophénol	Jaune	3,0 – 4,6	Bleu-violet
Rouge de méthyle	Rouge	4,2 – 6,2	Jaune
Rouge de crésol	Jaune	7,2 – 8,8	Rouge

 

1.3) Etude de l’équilibre dans la solution diluée S :

On considère maintenant un volume V_S = 1,0 L de la solution S.

 

1.3.1) Réaction acido-basique dans S :

L’équation bilan, notée (2) de la réaction entre l’ammoniac et l’eau est :

NH_{3 (aq)} + H₂O_{( l)}  = NH₄⁺_(aq) + HO^–_(aq)         (2)

 

1.3.1.a) Donner l’expression littérale de la constante d’équilibre K associée à l’équation de la réaction (2).

 

1.3.1.b) Exprimer K en fonction de K_e et K_A2. Calculer K.

 

1.3.2) Composition de S :

 

1.3.2.a) Reproduire puis compléter sur votre copie le tableau d’avancement, ci-dessous, associé à la transformation modélisée par la réaction d’équation (2).

Tableau d’avancement

Remarque :

A l’état initial, [NH_{3 (aq)}]_i = C_S  (concentration de la solution S).

L’avancement à l’état final d’équilibre est noté x_éq.

Le volume de la solution U_S est supposé constant (la dilution est négligée).

 

1.3.2.b) En supposant que x_éq est négligeable par rapport au produit C_S.U_S, montrer que   K ≈ x_éq² / (C_S.U_S²)

 

1.3.2.c) En déduire la valeur x_éq. L’hypothèse est-elle justifiée ?

 

1.3.3) Etude conductimétrique :

La valeur de la conductivité de la solution diluée S est σ = 8,52.10^–3 S.m^-1.

 

1.3.3.a) En déduire la valeur commune de la concentration (en mol.L^-1) des ions NH₄⁺_(aq) et HO^–_(aq) dans la solution S.

 

1.3.3.b) Déterminer alors la valeur du pH de la solution S. Ce résultat est-il en accord avec les données expérimentales ?

 

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Sujet Bac Pondichéry Mars 2008 - II ) Quelques propriétés du plutonium :

 

 

          

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Sujet Bac Pondichéry Mars 2008 - III ) Mesure de la valeur de la capacité d'un condensateur :

 

 

 

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Sujet Bac Pondichéry Mars 2008 - III ) Quelques propriétés de la flûte de pan (spécialité) :

 

 

 

 

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