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Exercices résolus de chimie générale - · PDF fileExercices résolus de chimie générale Les cours de Paul Arnaud 4e édition ... Vo us voulez vo us entraîner à faire des exercices

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  • Exercices rsolusde chimie gnrale

    4e dition

    LIM_Arnaud.fm Page I Lundi, 20. juin 2016 3:32 15

  • LIM_Arnaud.fm Page II Lundi, 20. juin 2016 3:32 15

  • Exercices rsolusde chimie gnraleLes cours de Paul Arnaud

    4e dition

    Revue parAbdou Boucekkine

    Gilberte ChambaudRoland Lissillour

    Franoise Rouqurol

    Avec la collaboration deRenaud BouchetFlorence Boulch

    Virginie Hornebecq

    LIM_Arnaud.fm Page III Lundi, 20. juin 2016 3:32 15

  • Dunod, 201611 rue Paul Bert, 92247 Malakoff Cedex

    www.dunod.comISBN 978-2-10-075415-1

    LIM_Arnaud.fm Page IV Lundi, 20. juin 2016 3:32 15

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    Table des matires

    AVANT-PROPOS VII

    INTRODUCTION IX

    CHAPITRE 1 ATOME ET LMENT 1

    CHAPITRE 2 RACTIONS NUCLAIRES 7

    CHAPITRE 3 ATOME ET STRUCTURE LECTRONIQUE CLASSIFICATION PRIODIQUE 14

    CHAPITRE 4 LIAISON CHIMIQUE STRUCTURE LECTRONIQUE DES MOLCULES 32

    CHAPITRE 5 LIAISON CHIMIQUE GOMTRIE DES MOLCULES MOMENT DIPOLAIRE 44

    CHAPITRE 6 TATS DE LA MATIRE QUANTIT DE MATIRE TAT GAZEUX TAT LIQUIDE 62

    CHAPITRE 7 STRUCTURE DES CRISTAUX 72

    CHAPITRE 8 CONSERVATION DE LNERGIE CHALEUR TRAVAIL NERGIE INTERNE ENTHALPIE 84

    CHAPITRE 9 PRVISION DU SENS DES TRANSFORMATIONS SPONTANES : ENTROPIE ENTHALPIE LIBRE 92

    CHAPITRE 10 CARACTRISATION THERMO-DYNAMIQUE DES ESPCES PURES, DES MLANGES ET DES SOLUTIONS 96

    CHAPITRE 11 CHANGEMENTS DTAT PHYSIQUE DE LA MATIRE DIAGRAMME DE PHASES 115

    CHAPITRE 12 AVANCEMENT DE RACTION QUATION STCHIOMTRIQUE 131

    TDM.fm Page V Vendredi, 27. mai 2016 9:34 09

  • VI Table des matires

    CHAPITRE 13 APPLICATION DES PRINCIPES DE LA THERMODYNAMIQUE AUX TRANSFORMATIONS CHIMIQUES 166

    CHAPITRE 14 QUILIBRES CHIMIQUES 193

    CHAPITRE 15 TRANSFORMATIONS CHIMIQUES EN SOLUTION AQUEUSE RACTIONS ACIDOBASIQUES DOSAGES ACIDE-BASE 220

    CHAPITRE 16 DISSOLUTION PRCIPITATION COMPLEXATION EN SOLUTION AQUEUSE 248

    CHAPITRE 17 RACTIONS DOXYDORDUCTION ET RACTIONS LECTROCHIMIQUES EN SOLUTION AQUEUSE 273

    CHAPITRE 18 APPLICATION DES PRINCIPES DE LA THERMODYNAMIQUE AUX SYSTMES BIOLOGIQUES 302

    CHAPITRE 19 CINTIQUE CHIMIQUE RADIOACTIVIT MCANISMES RACTIONNELS 311

    ANNEXE A CALCULS, CHIFFRES SIGNIFICATIFS ET VALEUR ARRONDIE 343

    ANNEXE B SYMBOLES RECOMMANDS PAR LIUPAC 345

    ANNEXE C UNITS ET GRANDEURS FONDAMENTALES SI 349

    ANNEXE D MASSES VOLUMIQUES 355

    ANNEXE E NUMROS ATOMIQUES Z ET MASSES ATOMIQUES RELATIVES DES LMENTS 355

    ANNEXE E MASSES ATOMIQUES RELATIVES DE QUELQUES NUCLIDES PARTICULIERS 357

    ANNEXE F RAYONS ATOMIQUES ET IONIQUES 357

    ANNEXE G LECTRONGATIVITS (SELON PAULING) 358

    ANNEXE H PRESSION DE VAPEUR SATURANTE DE LEAU 359

    ANNEXE I DONNES THERMODYNAMIQUES 359

    ANNEXE J COMPOSITION DE LAIR (% EN VOLUME) 362

    ANNEXE K CONSTANTES DACIDIT ET PKA (DANS LEAU, 298 K) 362

    ANNEXE L PRODUITS DE SOLUBILIT 363

    ANNEXE M CONSTANTES DE COMPLEXATION 363

    ANNEXE N POTENTIELS DLECTRODE DE RFRENCE, 298 K 364

    ANNEXE O PRIODES RADIOACTIVES 365

    INDEX 366

    CLASSIFICATION PRIODIQUE DES LMENTS 2 de couverture

    TDM.fm Page VI Vendredi, 27. mai 2016 9:34 09

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    VIIVII

    AVANT-PROPOSDE LA 4e DITION

    Lquipe de rdaction a actualis cette 4e dition des Exercices Rsolus pour mieux suivre le plan et la prsentation du cours : les chapitres consacrs latomistique ont t revus en profondeur, trois chapitres ont t transforms ( Structure des cristaux , Caractrisation thermody-namique des espces pures, des mlanges et des solutions et Ractions lectrochimiques et ractions doxydorduction ) et un nouveau a t ajout ( Applications des principes de la thermodynamique aux systmes biologiques ).

    Nous avons continu respecter le cheminement pdagogique de Paul Arnaud qui nhsitait pas prendre des exemples trs simples faisant appel au sens physique de ses lecteurs.

    Nous restons disponibles pour celles et ceux qui souhaiteraient appro-fondir lun des points abords dans cet ouvrage.

    Franoise Rouqurol (francoise.rouquerol@univ-provence.fr)Gilberte Chambaud (gilberte.chambaud@univ-mlv.fr)

    Roland Lissillour (roland.lissillour@wanadoo.fr)Abdou Boucekkine (abdou.boucekkine@univ-rennes1.fr)

    Renaud Bouchet (renaud.bouchet@univ-provence.fr) Florence Boulch (florence.boulc'h@univ-provence.fr)

    Virginie Hornebecq (virginie.hornebecq@univ-provence.fr)

    Avant-propos.fm Page VII Lundi, 20. juin 2016 3:34 15

    mailto:francoise.rouquerol@univ-provence.frmailto:gilberte.chambaud@cnrs-dir.frmailto:roland.lissillour@wanadoo.frmailto:abdou.boucekkine@univ-rennes1.frmailto:renaud.bouchet@univ-provence.frmailto:virginie.hornebecq@univ-provence.fr

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    VIIIVIII

    AVANT-PROPOSDE LA 1RE DITION

    Certains des exercices ou problmes proposs dans ce livre proviennent, plus ou moins directement, darchives de sujets dexamen constitues au fil des ans. Ces sujets avaient souvent t labors en commun, au sein dquipes enseignantes, et il ne mest pas possible aujourdhui de rendre chacun ce qui lui est peut-tre d.

    Jespre que les collgues qui se reconnatraient dans tel ou tel exercice voudront bien me pardonner cet emprunt, et je les remercie pour un consentement que je me suis permis de supposer acquis.

    Je mesure tout ce quun ouvrage comme celui-ci doit aux tudiants avec lesquels il ma t donn de travailler, en Cours, en Travaux Dirigs et en Travaux Pratiques.

    Jespre que lexprience acquise auprs deux, maura permis dapporter leurs camarades daujourdhui et de demain un outil de travail utile, rpondant leurs attentes.

    Paul Arnaud

    Avant-propos.fm Page VIII Mercredi, 25. mai 2016 1:55 13

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    IX

    INTRODUCTION

    POURQUOI APPRENDRE RSOUDRE DES PROBLMES ?

    Vous voulez vous entraner faire des exercices et rsoudre des problmes en Chimiephysique ? Cest une louable intention, mais savez-vous vraiment pour quelle raisonvous tes prt(e) consentir les efforts ncessaires ?

    Une rponse assez probable serait Cest pour russir lexamen que je prpare .Mais cette perspective utilitaire (bien lgitime !) ne dispense pas de se demander prci-sment pourquoi lactivit de rsolution de problme tient une place aussi importantedans lenseignement des sciences, et dans les examens ou concours. Pourquoi, en dfi-nitive, impose-t-on aussi frquemment ce type dpreuve aux candidats, alors quil enexiste bien dautres.

    Plusieurs raisons peuvent tre invoques :

    On pourrait penser quil y correspond un intrt pratique, une utilit relle : le cher-cheur, lingnieur, le technicien ont effectivement rsoudre des problmes, dont lasolution importe vraiment, et un savoir uniquement thorique et livresque ne rpon-drait pas aux exigences de leur pratique professionnelle.Mais tous les tudiants auxquels cet apprentissage est impos, par exemple dans lespremiers cycles scientifiques, ne deviendront pas des professionnels de la chimie.Dautre part, les problmes qui peuvent leur tre poss ne sont pas de la mme natureque ceux qui se posent dans la ralit. Ils sont ncessairement simplifis ; leursnoncs sont rdigs de telle sorte que la rsolution fasse appel uniquement desconnaissances contenues dans Le Cours. Ils comportent gnralement toutes lesinformations ncessaires la rsolution, et seulement elles, lexclusion de touteinformation ou donne parasite. Ils concernent souvent des situations assez artifi-cielles, dans lesquelles des approximations ont t implicitement introduites, defaon constituer des cas dapplication de procdures de rsolution plus ou moinsstandard. Ainsi lapprenti rsolveur est accoutum considrer que les problmessoumis sa sagacit ont toujours une solution, et une seule, ce qui est loin dtre lecas des problmes rels.

    Intro.fm Page IX Jeudi, 26. mai 2016 4:27 16

  • Introduction

    X

    Il ne sagit donc pas dacqurir un savoir-faire utilisable dans des situations relles.

    On peut aussi considrer la pratique de la rsolution de problme comme un moyendapprentissage de la discipline concerne (donc, pour nous, de la chimie).

    Pour acqurir des connaissances solides, durables, et utilisables, il ne suffit pasdemmagasiner, mme avec beaucoup de soin, des savoirs dans sa mmoire, surtoutsi on les a reus tout organiss, en provenance par exemple dun cours ou dun livre.Il est indispensable de se les approprier, de les faire siens rellement, et pour cela deles organiser et de les structurer selon ses propres modes de pense, de les relier entreeux et avec ce que lon sait dj.

    Or lactivit de rsolution de problme, qui fait ncessairement interagir les connais-sances, est prcisment un moyen de favoriser puissamment ce processus dassimila-tion. Se battre avec un problme est un excellent moyen dapprofondir lacomprhension dun domaine, dtablir des relations entre les faits, les lois, lesconcepts, de faire fonctionner dautres capacits que la mmoire, et daboutir ainsi cette construction personnelle des connaissances. Imposer dans les examens unepreuve de rsolution de problme peut donc tre considr comme un moyendinciter les apprenants un travail intelligent et efficace.

    Enfin la valeur formatrice associe la

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