Dans tous les exercices, on donnera la formule littérale puis on fera l’application numérique

Dans tous les exercices, on donnera le nombre correct de chiffres significatifs

EXERCICES D’AUTOMATISATION

Ex 1 – Cinq minutes chrono !

Ex 2 – Déterminer la nature d’une transformation

Indiquer la nature des transformations observées sur les photographies ci-dessous :

TRANSFORMATION DE LA MATIERE – TRANSFERT D’ENERGIE CHAPITRE 12

EXERCICES

Ex 3 – Utiliser une équation de réaction Déterminer la nature de la transformation correspondant à chacune des équations de réaction ci-dessous. Justifier

Ex 4 – Distinguer des transformations On place :

– dans un cristallisoir contenant de l’eau chaude, un bécher (1) contenant un glaçon d’eau et un bécher (2) contenant un morceau de sucre ;

– dans un bécher (3), de l’eau à la même température que dans le cristallisoir et un morceau de sucre. On agite.

Au bout de 10 min, on observe les résultats suivants

1. Nommer la transformation subie par le glaçon.

2. En exploitant l’expérience, expliquer pourquoi on ne peut pas affirmer que le sucre fond dans un verre d’eau

Ex 5 – Nommer une transformation 1. Nommer la transformation que subit le sel lorsqu’il est mélangé à l’eau

2. Nommer le changement d’état que subit l’eau dans un marais salant

Ex 6 – Décrire des états physiques On a mesuré la température au cours du temps lors de la solidification du cyclohexane. Les résultats sont rassemblés

dans le tableau suivant :

t(min) 0 2 4 6 8 10

θ (°C) 16,0 11,5 6,5 6,5 6,0 1,5

1. Tracer le graphique représentant l’évolution de la température au cours du temps. 2. Identifier les états physiques par lesquels passe le cyclohexane au cours du temps.

3. Expliquer les modifications se produisant à l’échelle microscopique lors du changement d’état

Ex 7 – Ecrire une équation de changement d’état L’huile d’olive, essentiellement composée d’acide oléique C18H34O2, se fige lorsqu’elle est placée au réfrigérateur.

Écrire l’équation de cette transformation

Ex 8 – Utiliser le modèle particulaire 1. Ecrire l’équation de ce changement d’état et en préciser le nom 2. Au cours de cette transformation physique que peut-on dire de l’agitation des

molécules et des liaisons entre les molécules ?

3. Faire une phrase complète pour expliquer ce changement d’état à l’aide du modèle particulaire

Ex 9 – Schématiser une transformation chimique Le fusain est constitué de carbone solide C(s). Un morceau de fusain est enflammé puis placé dans un flacon bouché contenant du dioxygène pur, O2(g). Après une

vive combustion, la transformation cesse. Une partie du fusain n’a pas brûlé. Il s’est

formé du dioxyde de carbone, CO2(g). 1. Nommer les espèces chimiques constituant le système chimique étudié dans l’état initial et l’état final.

2. Schématiser la transformation chimique

Ex 10 – Exploiter une transformation chimique Une transformation chimique a été schématisée ci-

contre :

1. Identifier les deux produits formés 2. Identifier les réactifs.

3. a. Quel réactif est totalement consommé à la fin de la

transformation ? b. Comment appelle-t-on ce réactif ?

4. Identifier les deux espèces chimiques spectatrice

Ex 11 – Ecrire et ajuster une équation de réaction

Les ions cuivre (II) Cu2+(aq) donnent une couleur bleue aux solutions qui les contiennent.

1. Nommer les quatre espèces chimiques présentes dans l’état initial du système chimique étudié. 2. Identifier les réactifs et les produits de la réaction.

3. Écrire et ajuster l’équation de la réaction.

4. Identifier les espèces spectatrices

Ex 12 – Identifier l’équation d’une réaction En solution aqueuse, l’ion fer (III) 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) réagit avec les ions hydroxyde 𝐻𝑂−(𝑎𝑞) pour former un précipité

orange d’hydroxyde de fer (III) 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠). Dans un tube à essai contenant 2 mL d’une solution de chlorure de fer

(III) 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) + 3𝐶𝑙−(𝑎𝑞), on verse quelques gouttes d’une solution d’hydroxyde de sodium 𝑁𝑎+(𝑎𝑞) + 𝐻𝑂−(𝑎𝑞).

1. Identifier le(s) réactif(s) et le(s) produit(s) de la réaction.

2. Parmi les équations suivantes, identifier, en justifiant, l’équation de la réaction correctement ajustée :

1. 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) + 3𝐶𝑙−(𝑎𝑞) + 𝑁𝑎+(𝑎𝑞) + 𝐻𝑂−(𝑎𝑞) → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠)

2. 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) + 𝐻𝑂−(𝑎𝑞) → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠)

3. 3𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) + 𝐻𝑂−(𝑎𝑞) → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠)

4. 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) + 3𝐻𝑂−(𝑎𝑞) → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠) 3. Indiquer pourquoi les trois autres équations ne sont pas ajustées.

4. Identifier les espèces spectatrices

Ex 13 – Ajuster des équations Recopier et ajuster, avec des nombres stœchiométriques corrects, les équations des réactions chimiques suivantes :

Ex 14 – Vérifier et corriger des équations On considère les équations de réaction suivantes :

Identifier les équations qui ne sont pas correctement ajustées. Recopier ces équations en les corrigeant

Ex 15 – Identifier un réactif limitant Soit la réaction d’équation :

4𝐹𝑒(𝑠) + 3𝑂2(𝑔) → 2𝐹𝑒2𝑂3(𝑠)

On fait réagir une quantité 𝑛0(𝐹𝑒) = 8 𝑚𝑜𝑙 de fer avec une quantité 𝑛0(𝑂2) = 9 𝑚𝑜𝑙 de dioxygène

1. Définir le réactif limitant d’une transformation 2. Identifier le réactif limitant de cette réaction

Ex 16 – Identifier une relation de stœchiométrie L’aluminium 𝐴𝑙 (𝑠) réagit avec le soufre 𝑆(𝑠) selon la réaction d’équation : 2𝐴𝑙(𝑠) + 3𝑆(𝑠) → 𝐴𝑙2𝑆3(𝑠)

Parmi les relations suivantes, identifier celle qui correspond à un mélange initial stœchiométrique :

a. 𝑛0(𝐴𝑙) = 𝑛0(𝑆)

b. 𝑛0(𝐴𝑙)

3=

𝑛0(𝑆)

2

c. 𝑛0(𝐴𝑙)

2=

𝑛0(𝑆)

3

Ex 17 – Identifier des mélanges stœchiométriques

Le dihydrogène 𝐻2(𝑔), peut réagir avec le dioxygène 𝑂2(𝑔), pour former de la vapeur d’eau 𝐻2𝑂 (𝑔), selon la

réaction d’équation :

2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) → 2𝐻2𝑂 (𝑔)

1. Écrire la relation entre les quantités initiales des réactifs notées 𝑛0(𝐻2) et 𝑛0(𝑂2)pour qu’elles soient dans les proportions stœchiométriques.

2. Parmi les mélanges suivants, lequel vérifie les proportions stœchiométriques ?

a. 4 moles de H2 et 2 moles de O2

b. 2 moles de H2 et 4 moles de O2

Ex 18 – Identifier des atomes isotopes

On considère les atomes dont les noyaux ont les écritures conventionnelles suivantes :

1. Indiquer ce qui distingue deux atomes isotopes.

2. Identifier les atomes isotopes en justifiant

Ex 19 – Justifier que deux ions sont isotopes

L’élément fer, de symbole chimique Fe, possède 28 isotopes. Les deux plus abondants sont le fer 54 et le fer 56.

Un atome de fer 54 perd 2 électrons. Un atome de fer 56 perd 3 électrons 1. Déterminer la formule de l’ion formé par chaque atome de fer.

2. Ces atomes sont isotopes. Justifier l’affirmation

Ex 20 – Reconnaitre des particules

Nommer les particules suivantes en précisant leur charge électrique en unité de charge élémentaire e :

Ex 21 – Identifier une particule Le noyau d’un atome de palladium107 se désintègre en un noyau d’argent 107, avec émission d’une particule de

charge –e. Identifier la particule et donner son symbole

Ex 22 – Utiliser les lois de conservation

1. Citer les lois de conservation mises en œuvre lors d’une réaction nucléaire.

2. Recopier les équations des réactions nucléaires ci-dessous et les compléter à l’aide des étiquettes suivantes :

Ex 23 – Utiliser les lois de conservation (bis) Recopier et compléter les équations des réactions nucléaires ci-dessous en déterminant les valeurs de A et de Z :

EXERCICES D’ANALYSE

Ex 24 – Etude graphique de mélanges Soit la réaction d’équation :

𝐶6𝐻8𝑂7(𝑎𝑞) + 3𝐻𝑂−(𝑎𝑞) → 𝐶6𝐻5𝑂73−(𝑎𝑞) + 3𝐻2𝑂 (𝑙)

Les graphiques a et b donnent les quantités initiales des réactifs en mol

1. Identifier le mélange stœchiométrique

Déterminer le réactif limitant Ex 25 – Coté maths Soit la réaction d’équation :

3𝐹𝑒(𝑠) + 2𝑂2(𝑔) → 𝐹𝑒3𝑂4(𝑠)

4 mol 3 mol

n(Fe) 0,12 mol

Calculer la quantité n(Fe)

Ex 26 – Histoire des sciences. Expérience de Lavoisier En 1775, LAVOISIER réalise une expérience historique. Il fait

chauffer 122 g de mercure liquide dans une cornue qui communique avec une cloche contenant initialement 0,80 L d’air

Douze jours plus tard, le mercure liquide est recouvert d’une

couche rouge d’oxyde de mercure solide et le volume d’air a diminué de 0,17 L sous la cloche. Le gaz restant sous la

cloche éteint la flamme d’une bougie et ne permet pas la respiration. Ce gaz « irrespirable », et qui prive de vie les animaux qui le respirent, est nommé « azote » par LAVOISIER : il est composé du préfixe privatif « a » et du radical

grec « zot » qui signifie vivant.

1. Quelles observations montrent qu’une transformation chimique a eu lieu ? 2. a. Quelles sont les trois espèces chimiques dans l’état initial ?

a. Identifier les deux réactifs.

3. Pourquoi la transformation chimique s’est-elle arrêtée ? En déduire le réactif limitant. 4. Écrire et ajuster l’équation de la réaction en indiquant les états physiques des réactifs et du produit formé.

5. Vérifier la réponse à la question 3 à l’aide des données.

6. Quelles connaissances sur la composition de l’air, gaz incolore et inodore, LAVOISIER a-t-il pu tirer de cette

expérience ?

Données :

Formule du mercure : Hg.

Formule de l’oxyde de mercure : HgO.

122 g de mercure correspond à une quantité n0(Hg) = 0,61 mol de mercure. 0,17 L de dioxygène correspond à une quantité n0(O2) = 7,1 mmol de dioxygène

Ex 27 – Vol en montgolfière Un brûleur à propane C3H8(g) permet de chauffer l’air contenu dans l’enveloppe d’une montgolfière et de la faire

s’élever. Si la combustion du propane avec le dioxygène O2(g) de l’air est complète, il se forme uniquement du

dioxyde de carbone CO2(g) et de l’eau, H2O (g). Si la combustion est incomplète, il peut se former aussi du monoxyde

de carbone CO(g), qui est un poison, et du carbone C (s). La bouteille de propane embarquée dans la montgolfière contient une quantité n0(C3H8) = 680 mol de propane.

1. Écrire et ajuster, avec les nombres stœchiométriques entiers les plus petits possibles, les équations des réactions de

combustion du propane, pour lesquelles les produits sont : a. le dioxyde de carbone et l’eau ;

b. le monoxyde de carbone et l’eau ;

c. le carbone et l’eau. 2. Pour laquelle de ces trois réactions, la quantité n0(O2) de dioxygène nécessaire pour la combustion de la quantité

n0(C3H8) de propane est-elle la plus petite ?

3. Dans le cas de la combustion complète, calculer la quantité n0(O2) nécessaire à la combustion de la quantité

n0(C3H8) de propane et les quantités des produits formés

Ex 28 – Hydroxyde de cuivre Dans deux béchers, notés 1et 2, on verse une quantité n0(Cu2+) = 2,0 mmol d’ions cuivre (II) provenant d’une solution

de sulfate de cuivre (II) Cu2+(aq) + SO42–(aq).

Dans le bécher 1 on ajoute une quantité : n0,1(HO–) = 2,0 mmol d’ions hydroxyde HO–(aq) provenant d’une solution

d’hydroxyde de sodium. Dans le bécher 2, on ajoute une quantité : n0,2(HO–) = 8,0 mmol d’ions hydroxyde.

Dans chacun des béchers, il se forme un précipité bleu d’hydroxyde de cuivre (II), Cu(OH)2(s).

On filtre les mélanges obtenus dans les deux béchers et on récupère les filtrats 1’ et 2’ ci-dessous respectivement associés aux béchers 1 et 2

Données :

Les ions cuivre (II) Cu2+(aq) colorent en bleu les solutions qui les contiennent, tandis que les ions sodium Na+(aq), hydroxyde HO–(aq) et sulfate SO4(aq) n’ont pas d’influence sur la couleur des solutions qui les contiennent

1. Établir et ajuster l’équation de la réaction 2. Pour le bécher 1 :

a. Comparer les grandeurs : 𝑛0(𝐶𝑢2+)

1 et

𝑛0(𝐻𝑂−)

2

b. Identifier le réactif limitant.

3. En utilisant la même méthode, identifier le réactif limitant pour le bécher 2

4. Justifier les observations expérimentales

Ex 29 – Ecrire une équation de réaction nucléaire Le plomb 185 est instable. Il se désintègre en formant du mercure 181 et de l’hélium 4. 1. Donner les écritures conventionnelles des noyaux des atomes de plomb 185, de mercure 181 et d’hélium 4.

2. Écrire l’équation de la réaction nucléaire.

Données :

Z(Pb) = 82 ; Z(Hg) = 80 ; Z(He) = 2

Ex 30 – Ecrire une équation de réaction nucléaire (bis) Le noyau d’uranium 235 est fissile, car il peut être scindé en deux

noyaux plus petits. Une des transformations possibles est décrite ci-

contre. Ecrire l’équation de la réaction modélisant la fission de l’uranium 235.

Ex 31 – Un stimulateur cardiaque Dans les années 1970, certains stimulateurs cardiaques fonctionnaient à partir de l’énergie libérée par la désintégration

de noyaux de plutonium 238.

1. Recopier et compléter, en justifiant, l’équation de réaction modélisant la transformation :

𝑃𝑢94238 → 𝑋 +𝑍

𝐴 𝐻𝑒24

2. Le fonctionnement du stimulateur était lié au nombre de noyaux de plutonium se désintégrant par seconde. Il

fallait remplacer le stimulateur lorsque 30 % des noyaux s’étaient désintégrés. Déterminer la « durée d’utilisation » de ce stimulateur cardiaque en année (courbe A)

Ex 32 – Formation d’éléments chimiques

Une supernova est l’ensemble des phénomènes qui résultent de l’explosion d’une étoile. Dans le milieu interstellaire

sont alors libérés des éléments chimiques

Une étoile est principalement constituée des éléments hydrogène H et hélium He. La température et la pression au cœur y sont élevées. Ces conditions permettent la formation d’autres éléments.

1. a. Déterminer la composition des noyaux d’hélium de symbole 𝐻𝑒24 et 𝐻𝑒2

3

b. Les atomes correspondant à ces noyaux sont-ils isotopes ?

2. La synthèse des autres éléments chimiques se fait par une succession de transformations. Indiquer, en justifiant, la nature de ces transformations.

3. Recopier et compléter, en justifiant, l’équation de la réaction de fusion de l’hydrogène :

… 𝐻11 → … 𝐻𝑒2

4 + … 𝑒10

4. Cette réaction de fusion modélise-t-elle une transformation physique ? Justifier.

5. D’autres réactions ont lieu au cœur d’une étoile. Si la température atteint environ 108K, la réaction d’équation ci-

dessous se produit :

𝐻𝑒24 + 𝐻𝑒2

4 → 𝑋𝐴𝑍

Déterminer les valeurs de A et de Z, puis à l’aide d’un tableau périodique, déterminer X. 6. De l’eau H2O peut être présente dans certains nuages interstellaires. Une transformation nucléaire peut-elle

expliquer la formation d’eau ?

Ex 33 – Datation par le carbone 14

En octobre 2018, un vaisseau grec échoué au fond de la mer

Noire est découvert. Pour dater ce navire, une datation au carbone 14 est réalisée sur un échantillon de bois prélevé sur la

coque. On mesure 10,1 désintégrations par minute et par

gramme de carbone

1. Expliquer la phrase en italique du texte A.

2. La désintégration du noyau de carbone 14 conduit à l’émission d’un électron de symbole 𝑒10 et d’un noyau 𝑋𝐴

𝑍 . Écrire l’équation de la réaction nucléaire correspondante à l’aide d’un tableau périodique

3. Justifier le fait que la quantité de carbone 14 dans un organisme vivant reste constante (texte A).

4. Interpréter l’allure de la courbe après la mort de l’organisme (graphique C). 5. Déterminer l’époque de construction du vaisseau en expliquant la démarche (doc. B et C)

EXERCICES D’APPROFONDISSEMENT

Ex 34 – Pile à hydrogène

Une pile à hydrogène équipe une voiture qui réalise un déplacement de Paris à Marseille en consommant 8,0 kg de dihydrogène. Déterminer le volume d’eau liquide produit lors de ce trajet

Données :

Masse d’un atome d’hydrogène : 𝑚𝐻 = 1,67 × 10−27 𝑘𝑔.

Masse d’un atome d’oxygène : 𝑚𝑂 = 2,67 × 1026 𝑘𝑔.

Constante d’Avogadro : 𝑁𝐴 = 6,02 × 1023𝑚𝑜𝑙−1

Ex 35 – Programmer un bilan de matière

On considère l’équation de la réaction générale :

a A + b B → c C + d D

pour laquelle a et b sont les nombres stœchiométriques associés respectivement aux réactifs A et B. On note n0(A) et n0(B) les quantités initiales des deux réactifs

1. Copier le programme Python.

2. L’appliquer à l’exercice 15.

3. Proposer une modification du programme qui permette de vérifier qu’un mélange initial est

stœchiométrique et l’appliquer à l’exercice 24

Ex 36 – La scintigraphie du myocarde

Ex 37 – Electrolyse de l’eau

L’ammoniac, espèce utilisée dans de nombreuses industries (carburant, réfrigérant, fabrication d’engrais, etc.), est

fabriqué à partir de dihydrogène. Ce dernier peut être produit par électrolyse de l’eau. 1. Écrire l’équation de réaction de formation de dihydrogène par électrolyse de l’eau

2. Calculer le volume d’eau qui a été consommé pour produire 1L de dihydrogène dans les conditions de

l’expérience décrite ci-dessous :

Ex 38 – Accident nucléaire

1. À l’aide d’un tableur-grapheur, tracer la représentation graphique A=f(t) de l’évolution de l’activité massique en

Bq/kg d’un échantillon d’épinards prélevé à Hitachi en fonction du temps

2. Déterminer au bout de quelle durée l’activité massique de l’iode 131 est inférieure au seuil de 2 000 Bq/kg

3. Au bout de combien de temps l’activité massique de l’iode 131 n’est-elle plus détectable ? 4. Lors d’un accident nucléaire, des pastilles d’iodure de potassium qui contiennent de l’iode 127 (inoffensif pour

l’organisme) sont distribuées à la population autour d’une centrale nucléaire. Rechercher l’explication de cette

procédure