Puisque Ksitov n'a pas l'air d'avoir le temps, je reprends le flambeau...Sauf que écrire des sujets de mon niveau c'est dur...Donc pour bien démarrer l'année, exercice de chimie du bac 2004 au Liban. Bon courage !
(pour ceux qui désirent des exercices pour des niveaux inférieurs, me demander).
2004 Liban EXERCICE I – CHIMIE ET SPELEOLOGIE (6,5 points)…..
Calculatrice autorisée
Dans le cadre d’un projet pluridisciplinaire sur le thème de la spéléologie, des élèves de terminale doivent faire l’exploration d’une grotte où ils risquent de rencontrer des nappes de dioxyde de carbone CO2. A teneur élevée, ce gaz peut entraîner des évanouissements et même la mort. Le dioxyde de carbone est formé par action des eaux de ruissellement acides sur le carbonate de calcium CaCO3 présent dans les roches calcaires. Le professeur de chimie leur propose d’étudier cette réaction.
Données :
- température du laboratoire au moment de l’expérience : 25°C soit T = 298 K
- pression atmosphérique : Patm = 1,020.105 Pa
- loi des gaz parfaits : P.V = n.R.T
- constante des gaz parfaits : R = 8,31 SI
- masses molaires atomiques, en g.mol-1 : M(C) = 12 ; M(H) = 1 ; M(O) = 16 ; M(Ca) = 40
- densité d’un gaz par rapport à l’air : , où M est la masse molaire du gaz.
Dans un ballon, on réalise la réaction entre le carbonate de calcium CaCO3(s) et l’acide chlorhydrique (H3O+(aq) + Cl–(aq)). Le dioxyde de carbone formé est recueilli par déplacement d’eau, dans une éprouvette graduée.
Un élève verse dans le ballon, un volume VS = 100 mL d’acide chlorhydrique à 0,1 mol.L-1. A la date t = 0 s, il introduit rapidement dans le ballon 2,0 g de carbonate de calcium CaCO3(s) tandis qu’un camarade déclenche un chronomètre. Les élèves relèvent les valeurs du volume VCO2 de dioxyde de carbone dégagé en fonction du temps. Elles sont reportées dans le tableau ci-dessous. La pression du gaz est égale à la pression atmosphérique. (les V sont en mL ! )
t (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
VCO2 0 29 49 63 72 79 84 89 93 97 100 103
t (s) 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440
VCO2 106 109 111 113 115 117 118 119 120 120 121
La réaction chimique étudiée peut être modélisée par l’équation :
CaCO3(s) + 2 H3O+(aq) = Ca2+(aq) + CO2(g) + 3H2O(l)
1. Calculer la densité par rapport à l’air du dioxyde de carbone CO2(g). Dans quelles parties de la grotte ce gaz est-il susceptible de s’accumuler ?
2. Déterminer les quantités de matière initiale de chacun des réactifs.
3. Dresser le tableau d’avancement de la réaction. En déduire la valeur xmax de l’avancement maximum. Quel est le réactif limitant ?
4. a) Exprimer l’avancement x de la réaction à une date t en fonction de VCO2, T, Patm et R. Calculer sa valeur numérique à la date t = 20 s.
b) Calculer le volume maximum de gaz susceptible d’être recueilli dans les conditions de l’expérience. La transformation est-elle totale ?
5. Les élèves ont calculé les valeurs de l’avancement x et reporté les résultats sur le graphe donné en annexe (à rendre avec la copie).
a) Donner l’expression de la vitesse volumique de réaction en fonction de l’avancement x et du volume VS de solution. Comment varie la vitesse volumique au cours du temps ? Justifier à l’aide du graphe.
b) Définir le temps de demi réaction t1/2. Déterminer graphiquement sa valeur sur l’annexe.
6. La température de la grotte qui doit être explorée par les élèves est inférieure à 25°C.
a) Quel est l’effet de cet abaissement de température sur la vitesse volumique de réaction à la date
t = 0 s ?
b) Tracer, sur l’annexe, l’allure de l’évolution de l’avancement en fonction du temps dans ce cas.
7. La réaction précédente peut être suivie en mesurant la conductivité de la solution en fonction du temps.
a) Faire l’inventaire des ions présents dans la solution. Quel est l’ion spectateur dont la concentration ne varie pas ?
b) On observe expérimentalement une diminution de la conductivité. Justifier sans calcul ce résultat connaissant les valeurs des conductivités molaires des ions à 25°C :
lambda(H3O+) = 35,0 mS.m².mol-1
lambda(Ca2+) = 12,0 mS.m².mol-1
lambda(Cl-) = 7,5 mS.m².mol-1
c) Calculer la conductivité de la solution à l’instant de date t = 0 s.
d) Montrer que la conductivité est reliée à l’avancement x par la relation :
sigma = 4,25 – 580.x
e) Calculer la conductivité de la solution pour la valeur maximale de l’avancement.
(pour ceux qui désirent des exercices pour des niveaux inférieurs, me demander).
EXERCICE DU MOIS DE SEPTEMBRE 2010
2004 Liban EXERCICE I – CHIMIE ET SPELEOLOGIE (6,5 points)…..
Calculatrice autorisée
Dans le cadre d’un projet pluridisciplinaire sur le thème de la spéléologie, des élèves de terminale doivent faire l’exploration d’une grotte où ils risquent de rencontrer des nappes de dioxyde de carbone CO2. A teneur élevée, ce gaz peut entraîner des évanouissements et même la mort. Le dioxyde de carbone est formé par action des eaux de ruissellement acides sur le carbonate de calcium CaCO3 présent dans les roches calcaires. Le professeur de chimie leur propose d’étudier cette réaction.
Données :
- température du laboratoire au moment de l’expérience : 25°C soit T = 298 K
- pression atmosphérique : Patm = 1,020.105 Pa
- loi des gaz parfaits : P.V = n.R.T
- constante des gaz parfaits : R = 8,31 SI
- masses molaires atomiques, en g.mol-1 : M(C) = 12 ; M(H) = 1 ; M(O) = 16 ; M(Ca) = 40
- densité d’un gaz par rapport à l’air : , où M est la masse molaire du gaz.
Dans un ballon, on réalise la réaction entre le carbonate de calcium CaCO3(s) et l’acide chlorhydrique (H3O+(aq) + Cl–(aq)). Le dioxyde de carbone formé est recueilli par déplacement d’eau, dans une éprouvette graduée.
Un élève verse dans le ballon, un volume VS = 100 mL d’acide chlorhydrique à 0,1 mol.L-1. A la date t = 0 s, il introduit rapidement dans le ballon 2,0 g de carbonate de calcium CaCO3(s) tandis qu’un camarade déclenche un chronomètre. Les élèves relèvent les valeurs du volume VCO2 de dioxyde de carbone dégagé en fonction du temps. Elles sont reportées dans le tableau ci-dessous. La pression du gaz est égale à la pression atmosphérique. (les V sont en mL ! )
t (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
VCO2 0 29 49 63 72 79 84 89 93 97 100 103
t (s) 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440
VCO2 106 109 111 113 115 117 118 119 120 120 121
La réaction chimique étudiée peut être modélisée par l’équation :
CaCO3(s) + 2 H3O+(aq) = Ca2+(aq) + CO2(g) + 3H2O(l)
1. Calculer la densité par rapport à l’air du dioxyde de carbone CO2(g). Dans quelles parties de la grotte ce gaz est-il susceptible de s’accumuler ?
2. Déterminer les quantités de matière initiale de chacun des réactifs.
3. Dresser le tableau d’avancement de la réaction. En déduire la valeur xmax de l’avancement maximum. Quel est le réactif limitant ?
4. a) Exprimer l’avancement x de la réaction à une date t en fonction de VCO2, T, Patm et R. Calculer sa valeur numérique à la date t = 20 s.
b) Calculer le volume maximum de gaz susceptible d’être recueilli dans les conditions de l’expérience. La transformation est-elle totale ?
5. Les élèves ont calculé les valeurs de l’avancement x et reporté les résultats sur le graphe donné en annexe (à rendre avec la copie).
a) Donner l’expression de la vitesse volumique de réaction en fonction de l’avancement x et du volume VS de solution. Comment varie la vitesse volumique au cours du temps ? Justifier à l’aide du graphe.
b) Définir le temps de demi réaction t1/2. Déterminer graphiquement sa valeur sur l’annexe.
6. La température de la grotte qui doit être explorée par les élèves est inférieure à 25°C.
a) Quel est l’effet de cet abaissement de température sur la vitesse volumique de réaction à la date
t = 0 s ?
b) Tracer, sur l’annexe, l’allure de l’évolution de l’avancement en fonction du temps dans ce cas.
7. La réaction précédente peut être suivie en mesurant la conductivité de la solution en fonction du temps.
a) Faire l’inventaire des ions présents dans la solution. Quel est l’ion spectateur dont la concentration ne varie pas ?
b) On observe expérimentalement une diminution de la conductivité. Justifier sans calcul ce résultat connaissant les valeurs des conductivités molaires des ions à 25°C :
lambda(H3O+) = 35,0 mS.m².mol-1
lambda(Ca2+) = 12,0 mS.m².mol-1
lambda(Cl-) = 7,5 mS.m².mol-1
c) Calculer la conductivité de la solution à l’instant de date t = 0 s.
d) Montrer que la conductivité est reliée à l’avancement x par la relation :
sigma = 4,25 – 580.x
e) Calculer la conductivité de la solution pour la valeur maximale de l’avancement.
) 