Exercice 1 : Titrage acido-basique (6 pts)
On titre 20,0 mL d'acide ethanoique CH₃COOH de concentration inconnue cA par une solution de soude NaOH a cB = 0,10 mol/L. Le volume equivalent est VE = 15,0 mL.
- Ecrire l'equation de la reaction de titrage.
- Determiner cA.
- Calculer le pH a l'equivalence sachant que pKa(CH₃COOH/CH₃COO⁻) = 4,75.
Correction
- CH₃COOH + HO⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O
- A l'equivalence : cA×VA = cB×VE. cA = (0,10 × 15,0) / 20,0 = 0,075 mol/L.
- A l'equivalence, seul CH₃COO⁻ est present (base faible). c = cA×VA/(VA+VE) = 0,075×20/(20+15) = 0,0429 mol/L. pH = 7 + ½pKa + ½log(c) = 7 + 2,375 + ½log(0,0429) = 7 + 2,375 - 0,684 = 8,69.
Exercice 2 : Pile electrochimique (5 pts)
On realise une pile zinc-cuivre. Couples : Cu²⁺/Cu (E° = +0,34 V) et Zn²⁺/Zn (E° = -0,76 V).
- Quelle electrode est l'anode ? La cathode ?
- Ecrire les demi-equations a chaque electrode.
- Calculer la fem de la pile.
- Ecrire l'equation bilan.
Correction
- Anode : zinc (E° plus faible, oxydation). Cathode : cuivre (E° plus eleve, reduction).
- Anode : Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Cathode : Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu.
- fem = E(cathode) - E(anode) = 0,34 - (-0,76) = 1,10 V.
- Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu.
Exercice 3 : Cinetique chimique (5 pts)
La decomposition de l'eau oxygenee 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ est suivie. A t=0 : [H₂O₂] = 0,40 mol/L. A t½ : [H₂O₂] = 0,20 mol/L (t½ = 600 s).
- Definir le temps de demi-reaction.
- Que vaut [H₂O₂] a t = 2×t½ si la reaction est d'ordre 1 ?
- Citer deux facteurs cinetiques qui accelerent cette reaction.
- Quel est le role du MnO₂ souvent ajoute ?
Correction
- Le t½ est le temps au bout duquel l'avancement a atteint la moitie de sa valeur finale (ou la concentration du reactif a ete divisee par 2).
- Pour une reaction d'ordre 1, a chaque t½ la concentration est divisee par 2 : [H₂O₂] = 0,40/4 = 0,10 mol/L.
- Temperature (augmenter T accelere) et concentration initiale (plus de reactif = plus de collisions).
- MnO₂ est un catalyseur : il accelere la reaction sans etre consomme et sans modifier l'etat d'equilibre.
Exercice 4 : Spectroscopie IR et RMN (5 pts)
Le spectre IR d'un compose C₃H₆O montre une bande large a 3300 cm⁻¹ et aucune bande vers 1700 cm⁻¹. Le spectre RMN ¹H montre un triplet (3H), un quintuplet (2H) et un triplet (1H).
- La bande a 3300 cm⁻¹ correspond a quelle liaison ?
- L'absence de bande vers 1700 cm⁻¹ exclut quelle fonction ?
- Identifier la molecule. Justifier avec la RMN.
Correction
- Bande large a 3300 cm⁻¹ = O-H lie (alcool ou acide).
- Pas de bande a 1700 cm⁻¹ = pas de C=O → exclut aldehyde (propanal) et cetone (propanone impossibles car pas de C=O).
- Propan-1-ol (CH₃-CH₂-CH₂-OH). RMN : CH₃ (3H, triplet, couple avec 2H du CH₂), CH₂ central (2H, quintuplet, couple avec 3H + 2H), CH₂-OH (2H + OH). Le OH est echangeable (signal variable).
Exercice 5 : Esterification (5 pts)
On melange 0,50 mol d'acide ethanoique et 0,50 mol d'ethanol. A l'equilibre, 0,33 mol d'ester est forme.
- Ecrire l'equation de la reaction.
- Calculer le rendement.
- Calculer la constante d'equilibre K.
- Proposer deux methodes pour ameliorer le rendement.
Correction
- CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O
- η = 0,33/0,50 × 100 = 66% (valeur classique pour un melange equimolaire).
- K = (nester × neau) / (nacide × nalcool) = (0,33 × 0,33) / (0,17 × 0,17) = 3,8.
- 1) Exces d'un reactif (ex. : 5 mol d'alcool pour 1 mol d'acide). 2) Eliminer l'eau au fur et a mesure (dessiccant ou distillation).
