Devoir Surveillé (DS) de Chimie de niveau Première S

Jdouezy

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Ds 1
Devoir Surveillé (DS) en Chimie (2009) pour Première S

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• Langue: Français

Extrait

DEVOIR COMMUN PHYSIQUE CHIMIE 1 ère S 2h – Lundi 29 septembre 2008

Toute réponse doitêtre rédigée avec une phrase. La clarté, la précision de l’explication ainsi que l’orthographe rentrent en compte dans la notation de votre copie.

Le barème (sur 65 points) est indicatif, il est susceptible d’être modifié.

La calculatrice programmable est autorisée. Tout document est bien sûr interdit

EXERCICE 1 - boisson au cola

 12 pts

Les boissons au cola contiennent de l’acide phosphorique (H 3 PO 4 ), identifiépar le code alimentaire E338. La législation limite la teneur en acide phosphoriqueà0,60 g.L -1 . Une analyse quantitative a révélé volume de 20mL de Coca-cola contient 1,10.10 qu’un -4  d’acide mol phosphorique. 1) a. Déterminer la concentration molaire en acide phosphorique de cette boisson.(1 pt formule, 1 pt AN) 2) b. Calculer la masse d’acide phosphorique contenu dans 1,0 L de cette boisson.(1 pt) c. La boisson est-elle conformeàla législation(1 pt)  2) On dispose d’une bouteille de solution commerciale d’acide phosphorique. On peut lire sur l’étiquette les indications suivantes :

85% en masse d’acide ; d = 1,7 ; M ( H 3 PO 4 ) = 98 g.mol -1

On veut préparer 500 mL d’une solution S 1 d’acide phosphorique de concentration identiqueàcelle de la boisson précédente,àpartir de la solution commerciale d’acide phosphorique. a. On donne la masse volumique de l’eauμ eau = 1,0 kg.L -1 ; déla masse d’un litre de laterminer solution commerciale d’acide phosphorique.(1 pt formule, 1 pt AN) b. Déterminer la masse d’acide phosphorique contenu dans un litre de la solution commerciale d’acide phosphorique(1 pt) c. Calculer la concentration molaire en acide phosphorique de cette solution.(1 pt formule, 1 pt AN) d. Quel volume de la solution commerciale faut-il prélever pour réaliser la solution S 1 (1 pt formule, 1 pt AN) e. Que signifie le pictogramme figurant sur l’étiquette? Quelles sont les précautionsàprendre pour effectuer le prélèvement(1 pt)

EXERCICE 2 - sang et calcium

 12 pts

Le calcium joue un rôle essentiel dans l’organisme, pour les os, la coagulation sanguine et la contraction musculaire. La teneur en ion calcium doitêtre comprise entre 88 et 105 mg.L -1 . Les apports quotidiens, pour un adulte doiventêtre de l’ordre de 800mg. Les réd’un patient indiquent une teneur de 8,0*10sultats de l’analyse -2 g.L -1 .

1. La teneur en ions calcium du sang de ce patient est-elle suffisante ?(1 pt) 2. Pour compenser un déficit en calcium, il est parfois nécessaire de prendre des médicaments. Il est conseillépatient de prendre par jour un comprimau éeffervescent de : « Démovit 800mg » dissout dans un volume Vs = 200 mL d’eau. Chaque comprimécontient 800mg de calcium sous forme de carbonate de calcium CaCO 3 .

a. Lorsque l’on met le comprimécelui-ci se dissout pour donner des ions Cadans l’eau 2+ et des ions carbonate. Ecrire l’équation de dissolution correspondante(1 pt) b. déterminer la concentration massique t Ca2+ en ions calcium de la solution de volume Vs.(1 pt) c. On propose trois relations simples liant la concentration massique en ion calcium t 2+aC et la concentration molaire volumique en ion calcium [Ca 2+ ](1 pt bonne formule, 1 pt justification) + - [Ca 2 ] t Ca2+ . Vs = - [Ca 2+ ] = t Ca2+ .M (Ca)  M avec (Ca) la masse molaire atomique du calcium - t Ca2+ = [Ca 2+ ] .M (Ca) Une seule d’entre elle est correcte, laquelle ? Vous justifierez soigneusement votre réponse. d. Calculer la concentration molaire volumique des ions calcium dans la solution, ainsi que celle des ions carbonates.(1 pt formule, 1 pt AN)

3. Le patient peutégalement prendre des comprimés de « Calcium-Vit D3 Merck500mg/UI ». Un compriméde masse 1387,50mg contient 90% en masse de carbonate de calcium. a. Quelle est la masse de calcium contenu dans un comprimé?(2x[1 pt formule, 1 pt AN] soit 4 pts) b. Justifier alors l’indication 500 dans le nom du médicament(1 pt)

Données du problème

M(Ca    ) = 40,1 g.mol -1 , M(C    ) = 12,0 g.mol -1 , M(H    )= 1,00 g.mol -1 , M(O   ) = 16,0 g.mol -1 .

EXERCICE 3 - densitéd’un gaz

9 pts

Par définition, la densitéd’un gaz estégale au rapport de la masse d’un volume donnédu gaz considéré  par la masse du même volume d’air. L air, bien qu’il soit un mélange de gaz, peutêtre considérégaz parfait. A la pression de 1,013comme un *10 5 Pa etàla température de 25°C, la masse volumique de l’air est :  μ  air = 1,18 kg.m -3 1. Donner la loi des gaz parfait, donner l’unitéde toutes les grandeurs physiques y figurant.(1 pt) 2. En utilisant la loi des gaz parfaits et la définition de la masse volumique, montrer que la masse d’une mole d’air vaut environ 29g.(2 pts formule, 1 pt AN) 3. En déduire que la densitéd’un gaz pris dans les mêmes conditions de pression et de température peut s’é M est la masse molaire du gaz.crire d = M/29 ou(2 pts) 4. Calculer la densitépar rapportàl’air des gaz suivant : - dihydrogène ; dioxygène ; dioxyde de carbone et hélium.(0,5 pts/rép) 5. Quels sont parmi les gaz citésont utilisable pour gonfler un ballon sonde. Rs, ceux qui éponseàjustifier.  (1 pt)

Données du problème

M(He   ) = 4,0g.mol -1 , M(C) = 12,0 g.mol -1 , M(H)= 1,00 g.mol -1 ,M(O   ) = 16,0 g.mol -1 . R = 8,31 S.I.

EXERCICE 4 - Analyse d’une coquille d’œuf

 13 pts

Dans un flacon de volume V = 850 ml, on introduit un volume V’ = 100 mL d’acide chlorhydrique de concentration molaire C 0,50 mol.L -1  mesur. La pression initialeée dans le flacon est P i = P air = 1025 hPa = et la température est T i = 22°C. On introduit alors une masse m = 0,250 g de coquille d’œuf et on laisse le systèmeévoluer. En fin d’expérience la température est toujours la même et la pression finale P f du mélangeégaleà1102 hPa.

La coquille d’œuf est essentiellement constituée de carbonate de calcium CaCO 3 . Le gaz forméest du dioxyde de carbone. 1.Ecrire l’équation de la réaction entre le carbonate de calcium et les ions H +  de la solution d’acide(1 pt) 2.Quelle est la relation entre la pression finale de dioxyde de carbone P f (CO 2 ) et les pression P i et P f ? Calculer sa valeur(1 pt) 3.a.Etablir le tableau d’avancement de la réaction.(1 pt tableau avec toutes les cases, 2 pts données) 3.b.En déduire l’expression de n(CO 2 ) forméen fonction de l’avancement maximal x max (1 pt) 3.c.A l’aide de la relation des gaz parfaits appliquée au gaz forméCO 2 , exprimer l’avancement maximal x max en fonction de P f (CO 2 ), V(CO 2 ), R et T(2 pts formule, 1 pt AN) 3.d.En déduire l’avancement maximal.(1 pt) 4.En supposant que les ions H + sont en excès, calculer alors la quantitéde matière puis la masse de carbonate de calcium présent dans la coquille d’œuf(1 pt formule, 1 pt AN) 5.En déduire le pourcentage en masse de ce composédans la coquille(1 pt)

Donnée du problème :

R = 8,31 S.I.

EXERCICE 5 – Combustion du magnésium dans le dichlore 19 pts

        

On réalise la combustion de 1,00 g de magnésium dans un ballon de 1,00 litre contenant du dichlore. La température dans le flacon est en moyenne de 50,0°C et le gaz estàla pression de 986 hPa. Il se forme des fumées blanches qui sont formées de petites particules d'un corpsàl'état solide. Après réajoute 100 mL d'eau, on agite .Toutes les fumaction, on ées se sont dissoutes dans 1'eau. On introduit alors quelques gouttes de nitrate d'argent et on constate l'apparition d'un précipitéblanc qui noircitàla lumière. 1. Quelle est la structureélectronique des atomes de magnésium et des atomes de chlore ainsi que la composition des noyaux(0,5 pt/rép) 2.Quelle est la formule de Lewis de la molécule de dichlore(1 pt) 3.Cette molécule est-elle polaire? Justifier(1 pt) 4.Quel ion est mis enévidence par le précipité évoquéci-dessus,écrire la réaction de précipitation.(1 pt) 5.Ecrire la réaction de combustion du magnésium dans le dichlore(2 pt) 6.Calculer les quantités de matière correspondant aux réactifs introduits dans le ballon. (On supposera que le dichlore est un gaz parfait.)(2x[1 pt formule, 1 pt AN] soit 4 pts) 7.Dresser un tableau d'avancement et en déduire l'avancement maximal, le réactif limitant et la masse des fumées blanches formées(1 pt tableau avec toutes les cases, 1 pts données,1 pts réactif limitant, 1 pt calcul de masse) 8.Ecrire la réaction de dissolution des fumées blanches dans l’eau(1 pt) 9.La solution obtenue est-elle une solutionélectrolytique ? Pourquoi ?(0,5 pt rép, 0,5 pt justification) 10.Calculer les concentrations des espèces dissoutes dans la solution(1 pt par formule, 1 pt AN)

Données du problème :

  Masses molaires en g.mol -1 Cl : 35,5 ; R = 8.31 J.mol: Mg : 24,3 ; -l .K -1 .