Physique - Furet du Nord

ObjectiffBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABBBABBBABBBABBBAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAACCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCAAACAAACAAACAAACCCCCCCCCAAACAAACAAACAAAAAACAAACAAACAAACCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC

Michel BARDE

Nathalie BARDE

Jacqueline FAYE

Philippe FAYE

Antoine LA PIANA

Anne-Laure RAMON

222222222ndendendePhysiqueChimie

objectif_bac_Phys_chimie_2nde_titre.indd 1 15/03/2017 18:32P001-006_9782017012849.indd 1 19/04/2017 11:44

Ce livre reprend à la base toutes les notions du programme de Seconde et les met en œuvre à travers des exercices simples qu’il est indispensable de maîtriser. Il vous permet-tra ainsi d’assimiler parfaitement le cours et de savoir l’appliquer dans des exercices de difficulté variée.Chacun des dix-huit chapitres comporte cinq grandes parties :

Chaque méthode correspond à une compétence clé qu’il faut maîtriser. Elle est illustrée par un exercice type, corrigé et commenté.

M O D E D ’ E M P L O I

I.S.B.N. 978-2-01-701284-9© HACHETTE LIVRE 2017, 58, rue Jean Bleuzen, CS 70007, 92178 VANVES Cedexwww.hachette-education.com

Tous droits de traduction, de reproduction et d’adaptation réservés pour tous pays.

Conception graphique Couverture : Stéphanie BenoitIntérieur : Françoise Bouvard

Composition, schémas et mise en pagesLasergraphieÉditionEmmanuel Meier

LE COURS

LES MÉTHODES

MÉTHODES EXERCICES CORRIGÉSCOURS

93

7Extraction, séparation et identification des espèces chimiques

Hydrodistillation3

■■ Lors d’une hydrodistillation, des espèces chimiques contenues dans un végétal (fleurs, écorces…) sont entraînées, à l’état gazeux, par de la vapeur d’eau. Après pas-sage à travers le réfrigérant, la vapeur se condense. On obtient un mélange de deux liquides non miscibles : l’hydrodistillat. Il est formé d’une phase aqueuse appelée eau aromatique (ou hydrolat) et d’une phase organique : l’huile essentielle. Ces deux phases sont séparées par décantation.

■■ Pour chauffer dans les conditions de sécurité, il faut utiliser un support élévateur. Le chauffage peut être arrêté facilement en baissant le support élévateur.

réfrigérant

hydrodistillat

végétal+ eau

chauffe-balloneau

eau

support-élévateur

MÉTHODES EXERCICES CORRIGÉSCOURS

7 Extraction, séparation et identification des espèces chimiques

92

Ex. : la solubilité du chlorure de sodium dans l’eau est s(NaCl) = 360 g.L–1 à 20 °C. Cela signifie qu’un litre d’eau salée saturée ne peut pas contenir plus de 360 g de chlorure de sodium dissous à cette température.

Extraction des espèces chimiques par un solvant2

■■ Pour extraire une espèce chimique contenue dans un solide, on broie ce solide en présence d’un solvant dans lequel l’espèce à extraire est très soluble. On obtient alors un mélange comportant une phase solide et une phase liquide contenant l’espèce chimique dissoute. La phase liquide peut être séparée du solide par filtration (fig. a).

Dispositif pour la filtration

filtre a)

support

bécher

entonnoir

■■ Pour extraire une espèce chimique dissoute dans l’eau, on ajoute un solvant organique (cyclohexane, éther éthylique). Ce solvant doit être non miscible à l’eau. L’espèce à extraire doit y être plus soluble que dans l’eau. Les phases aqueuse et organique ainsi obtenues sont séparées par décantation à l’aide d’une ampoule à décanter (fig. b). La phase organique contient l’espèce chimique extraite. Le liquide de plus grande densité se trouve dans la phase inférieure. Dans la mesure du possible, on choisit le solvant présentant le moins de risques (voir fiche « Produits chimiques » page 273).

b)

Ampouleà décanter

liquide le moinsdense

liquide le plusdense

EXERCICES CORRIGÉSCOURS MÉTHODES

95


Bien distinguer les termes miscible et soluble :– deux liquides miscibles se mélangent totalement l’un dans l’autre ;– un corps qui se dissout dans un liquide (solvant) est dit soluble.

2 Exploiter un tableau de données physiques

EXERCICE TYPEL’extraction du diiode d’une solution d’eau iodée se fait en deux étapes :– extraction par solvant,– décantation.Le tableau ci-dessous donne les caractéristiques de certains solvants usuels.

1° a) Le solvant d’extraction doit-il être miscible à l’eau ? Pourquoi ?b) Parmi les solvants, lesquels peut-on choisir pour réaliser l’extraction ?

2° a) L’espèce chimique à extraire doit-elle être plus soluble dans l’eau ou dans le solvant d’extraction ? Pourquoi ?b) Parmi les solvants, lequel conviendrait le mieux pour réaliser l’extraction ?c) On choisit le cyclohexane. Pour quelle raison a-t-on fait ce choix ?

3° Dans l’ampoule à décanter, ce solvant se trouvera-t-il dans la phase supérieure ou dans la phase inférieure ?

Eau Éthanol Chloroforme CyclohexaneDensité 1,0 0,8 1,5 0,8Miscibilité à l’eau oui oui non nonSolubilité du diiode (g/L) 0,3 253 47 18Risques chimiques

PICTO_inflammable présumé cancérigène

PICTO_inflammable

CORRIGÉ COMMENTÉ

1° a) Pour réaliser l’extraction, il faut choisir un solvant non miscible à l’eau afin de pouvoir séparer la phase organique contenant l’espèce chimique à extraire de la phase aqueuse.b) On peut donc utiliser du chloroforme ou du cyclohexane.

2° a) L’espèce chimique à extraire (le diiode) doit être plus soluble dans le solvant d’extrac-tion que dans l’eau sinon le diiode restera dans la phase aqueuse.b) Le diiode est plus soluble dans le chloro-forme et dans le cyclohexane que dans l’eau. C’est dans le chloroforme que la différence de solubilité est la plus grande.

EXERCICES CORRIGÉSCOURS MÉTHODES

94


1 Calculer la densité d’un liquideEXERCICE TYPEL’acide acétylsalicylique est le principe actif de l’aspirine. On souhaite l’extraire d’une solution aqueuse avec de l’éther diéthylique. L’eau et l’éther diéthylique ne sont pas miscibles. Pour séparer la phase aqueuse de la phase organique contenant l’acide acétylsalicylique, on utilise une ampoule à décanter :

1° Déterminer, à l’aide des données, la masse volumique de l’eau.

2° Calculer, à l’aide des données, la densité de l’éther diéthylique.

3° Une fois l’extraction réalisée, l’acide acétylsalicylique se trouvera-t-il dans la phase inférieure ou dans la phase supérieure ?Données : • Densité de l’eau : d

eau = 1,0.

• Un volume de 10,0 mL d’éther diéthylique a une masse de 7,1 g.

CORRIGÉ COMMENTÉ

1° La densité de l’eau s’exprime par le même nombre que la masse volumique en g.mL-1. Ainsi, comme la densité de l’eau d

eau est égale à 1,0, la masse volumique de

l’eau est égale à : µeau = 1,0 g.mL-1.

2° La densité d’un liquide par rapport à l’eau est le quotient de la masse volumique

de ce liquide par celle de l’eau : déther

= m

méther

eau

.

Ainsi, il nous faut calculer la masse volumique µéther

de l’éther diéthylique :

µéther

= éther

éther

m

V =

7,1

10,0 = 0,71 g.mL-1.

On en déduit la densité de l’éther diéthylique : déther

= m

méther

eau

= 0,71

1,0 = 0,71.

3° Dans une ampoule à décanter, le liquide de plus grande densité se trouve dans la phase inférieure : l’eau se trouve donc dans la phase inférieure et l’éther diéthylique, contenant l’acide acétylsalicylique, dans la phase supérieure.

À RETENIR

• Pour situer une phase par rapport à une autre, il faut comparer les densités des liquides constituant ces phases.• La densité d’un liquide s’exprime par le même nombre que la masse volumique en g.mL-1 ou en g.cm-3.

phase supérieure

phase inférieure

Un cours clair et structuré, avec tout ce qu’il faut savoir

À retenir : le résumé de la méthode à mettre en œuvre pour résoudre l’exercice

Intitulé de la méthode à acquérir

Énoncé de l’exercice illustrant la méthode

Corrigé détaillé et commenté

P001-006_9782017012849.indd 2 26/04/2017 14:46

EXERCICESMÉTHODESCOURS CORRIGÉS

99


Bien appliquer le cours et les méthodes

4 ★ 5 min ➔ Méthode 1, p. 94

Le cyclohexane est un liquide incolore et insoluble dans l’eau. On réalise la manipu-lation suivante :

100,0 mL

100,0 mL�ole jaugée

bécher

60,5 g balance

100,0 mL

138,4 g

cyclohexane

②① ③

Déterminer la densité du cyclohexane.

Donnée : masse volumique de l’eau µeau

= 1,0 g.mL−1.

5 ★ 10 min ➔ Méthode 1, p. 94

Le tétrachlorure de carbone peut être utilisé comme solvant d’extraction de la caféine du café.

1° Dans l’ampoule à décanter schématisée ci-dessous, indiquer la phase aqueuse et la phase contenant le tétrachlorure de carbone. Justifier.

2° Pourquoi n’utilise-t-on pas le tétrachlorure de carbone pour décaféiner le café ?Donnée : densité par rapport à l’eau du tétrachlorure de carbone : 1,59.

Tétrachlorure de carbone

➔ Corrigé p. 104


98


Connaître le coursPour chaque exercice du « Connaître le cours », indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

1 Caractéristiques des espèces chimiques 3 min

A B C

1° La solubilité d’une espèce chimique dans un solvant peut s’exprimer en :

g g.L–1 L.g–1

2° La densité d’un corps par rap-port à l’eau est : d =

μ  μ

eau d =

μeau μ  d = μ

eau.μ

3° La fusion est le passage de :l’état liquide à l’état solide

l’état solide à l’état liquide

l’état solide à l’état gazeux

� ➔�Corrigé p. 104

2 Extraction des espèces chimiques par solvant 5 min

A B C

1° Pour extraire une espèce dissoute dans l’eau, le solvant d’extraction doit être :

miscible à l’eaunon miscible

à l’eausoluble dans l’eau

2° Pour extraire la chlorophylle contenue dans des feuilles d’épi-nard, on peut réaliser :

une filtration une décantationune extraction

par solvant

3° Une ampoule à décanter permet de séparer :

des liquides non miscibles

de même densité

des liquides non miscibles de

densités différentes

des liquides miscibles de

densités différentes

4° Une filtration permet de séparer un solide :

d’un liquide dans lequel il est

solubled’un autre solide

d’un liquide dans lequel il est

insoluble

� ➔�Corrigé p. 104

3 Hydrodistillation 1 min

A B C

1° Une hydrodistillation permet :de séparer deux

liquides non miscibles

d’extraire des huiles essentielles

d’obtenir de l’eau pure

2° Pour séparer deux liquides non miscibles, on peut réaliser :

une filtrationune

hydrodistillationune décantation

➔�Corrigé p. 104


103


Faire le bilan et s’évaluer

11 ★★★ 30 min L’huile essentielle d’eucalyptus, obtenue par hydrodistillation des feuilles, est uti-lisée pour soulager les douleurs articulaires ou musculaires. L’hydrodistillat obtenu contient très peu d’huile essentielle.Afin d’extraire l’huile essentielle, on réalise une extraction par solvant. On introduit l’hydrodistillat dans une ampoule à décanter, puis on ajoute du cyclohexane.On donne dans le tableau ci-après la solubilité et la densité des espèces chimiques présentes.

eau

�

��

�

�

�

�

�

�

C3

A2

R1

6 points

1° Légender le montage d’hydrodistillation. × / 22° a) Quel est le rôle du réfrigérant ? × / 0,5b) Quel est le rôle du support élévateur ? × / 0,53° Pour quelle raison l’éthanol ne peut-il pas être utilisé comme solvant d’extraction de l’huile essentielle ? On s’aidera du tableau ci-dessous.

× / 1

4° a) Schématiser l’ampoule à décanter après agitation en indiquant la nature et la position de chacun des liquides.

× / 1

b) Dans quelle phase se trouve l’huile essentielle ? Justifier. × / 1

Données : Eau Éthanol Cyclohexane Huile essentielle d’eucalyptus

Solubilité dans l’eau ……… grande nulle faibleSolubilité dans le cyclohexane nulle faible ……… forteSolubilité dans l’éthanol grande ……… faible forteDensité 1,0 0,79 0,78 0,93

➔ Corrigé p. 106


102


10 ★★ 15 min L’acide salicylique est une espèce chimique que l’on peut extraire de végétaux comme la reine des prés ou le saule. Elle possède de puissantes propriétés purifiantes et exfo-liantes (éliminant les cellules mortes de la peau). Elle est également utilisée comme médicament pour son action contre la fièvre : elle est un précurseur de l’aspirine.L’extraction d’acide salicylique des végétaux peut se faire en deux étapes :– extraction à chaud à l’eau bouillante ;– une extraction à froid par solvant.Données :

Eau chaude Eau froide Éthanol CyclohexaneÉther

diéthyliqueSolubilité de l’acide salicylique

+ – + – +

Miscibilité à l’eau + + + – –Densité 1,0 1,0 0,79 0,78 0,71

1° Pourquoi réalise-t-on une extraction à l’eau chaude plutôt qu’à l’eau froide ?

2° Rédiger le protocole expérimental de cette extraction à chaud.

3° Afin de réaliser l’extraction de l’acide salicylique dissout dans l’eau, on utilise un solvant parmi ceux proposés dans le tableau ci-dessus : l’éthanol, le cyclohexane, l’éther diéthylique.a) Citer deux conditions que doit respecter le solvant d’extraction.b) Quel solvant convient-il d’utiliser pour extraire l’acide salicylique de la phase aqueuse ? Justifier.

4° Décrire le protocole d’extraction lorsqu’une ampoule à décanter est utilisée.

5° Préciser, en justifiant, la position des deux phases dans l’ampoule à décanter.➔ Corrigé p. 106


105

CORRIGÉSMÉTHODESCOURS EXERCICES

7 Énoncé p. 100 1° Ce montage est celui de l’hydrodistillation.

2° 1 : support-élévateur ; 2 : chauffe-ballon ; 3 : réfrigérant à eau ; 4 : bécher contenant l’hydrodistillat.

3° L’eau de refroidissement circule de bas en haut dans le réfrigérant. Le réfrigé-rant sert à condenser les vapeurs.4° L’huile essentielle est moins dense que l’eau. L’huile essentielle constitue donc la phase supérieure dans l’hydrodistillat.

8 Énoncé p. 101 1° Première méthode : déterminer la densité de l’acide– Poser l’éprouvette graduée vide sur la balance ;– appuyer sur le bouton tare ;– y introduire 100 mL (par exemple) d’acide ;– lire la masse d’acide correspondante.Si la masse d’acide est 105 g (m = μ .V = 1,05 × 100 = 105 g), c’est de l’acide étha-noïque ; si elle vaut 99 g (m = 0,99 × 100 = 99 g), c’est de l’acide propanoïque.Seconde méthode : déterminer la température de fusion de l’acide.Dans un tube à essais, introduire quelques millilitres d’acide (les deux acides sont liquides à température ambiante). Placer le tube dans un verre contenant des glaçons et de l’eau (mélange réfrigérant à 0 °C).Si l’acide se solidifie, sa température de fusion (ou de solidification) est supérieure à 0 °C : il s’agit de l’acide éthanoïque. Sinon, c’est de l’acide propanoïque.

9 Énoncé p. 101 1° Les deux espèces chimiques sont liquides à température ambiante car cette dernière (20 °C) est comprise entre les températures de fusion et d’ébullition.

2° On place le mélange homo-gène dans une ampoule à décan-ter et on y introduit une certaine quantité d’eau.Après agitation, on voit apparaître deux phases : la phase aqueuse contient l’eau et le méthanal qui est très soluble dans l’eau, la phase organique est constituée du benzaldéhyde.

Pour connaître l’état physique du méthanal, on peut reporter les températures sur un axe :

solide liquide gazeux

température (°C)– 15 20 97

À 20 °C, le méthanal est liquide.


104

CORRIGÉSMÉTHODESCOURS EXERCICES

1 Énoncé p. 98 1° B ; 2° A ; 3° B.

2 Énoncé p. 98 1° B ; 2° C ; 3° B ; 4° C.

3 Énoncé p. 98 1° B ; 2° C.

4 Enoncé p. 99 On calcule la masse de cyclohexane versé :

mcyclo

= 138,4 − 60,5 = 77,9 g.

On peut en déduire la masse volumique du cyclohexane :

µcyclo

= m

Vcyclo

cyclo

= 77,9

100,0 = 0,779 g.mL−1.

On en déduit la densité du cyclohexane :

dcyclo = m

m

cyclo

eau

= 0,779

1,0 = 0,78.

5 Énoncé p. 99 1° L’eau (d = 1,0) est moins dense que le tétrachlorure de car-bone (d = 1,59). La phase aqueuse constitue donc la phase supérieure.

2° Le café ainsi décaféiné pourrait contenir des traces de tétrachlorure de carbone, qui est un solvant toxique.

6 Énoncé p. 100 1° Cette technique se nomme extraction par solvant.2° a) Le sulfate de cuivre (II) est soluble dans l’eau et insoluble dans le cyclohexane. Après agitation, la phase aqueuse est consti-tuée d’eau et de sulfate de cuivre (II).Le rouge de méthyle est soluble dans le cyclo-hexane et insoluble dans l’eau. Après agitation, la phase organique est constituée de cyclo-hexane et de rouge de méthyle.b) L’eau est plus dense que le cyclohexane (d = 0,78). La phase aqueuse constitue donc la phase inférieure.

En général, les solvants organiques ont des densités inférieures à 1 ; la phase aqueuse est donc souvent au-dessous de la phase organique. Mais il existe des solvants plus denses que l’eau.Il faut toujours regarder la densité.

La phase aqueuse est constituée principalement d’eau et d’espèces solubles dans l’eau.La phase organique est constituée principalement du solvant organique et d’espèces solubles dans ce solvant.

LES EXERCICES

Des exercices progressifs (3 niveaux de difficulté) et minutés pour bien s’entraîner

LES CORRIGÉS

De nombreuses aides (rappels de cours, conseils, pièges à éviter…) complètent utilement les corrigés détaillés

EXERCICE-BILAN

Dans chaque exercice-bilan, les questions sont classées par niveau de difficulté : C : connaître le coursA : savoir l’appliquerR : maîtriser le raisonnement

Chaque exercice-bilan (avec barème) permet de s’assurer qu’on maîtrise bien l’ensemble du chapitre

P001-006_9782017012849.indd 3 20/04/2017 09:16

4

S O M M A I R E

1 Un modèle de l’atome. L’élément chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Méthodes : 1. Évaluer la masse d’un atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. Déterminer la constitution d’un atome ou d’un ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3. Répartir les électrons d’un atome sur les différentes couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4. Répartir les électrons d’un ion sur les différentes couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2 Les ions et les molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Méthodes : 1. Évaluer la masse d’un atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. Représenter des formules développées et semi-développées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3 Classification périodique des éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Méthodes : 1. Utiliser la classification pour retrouver la formule électronique d’un atome . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2. Localiser les familles dans le tableau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3. Utiliser la classification pour retrouver la charge des ions monoatomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4. Appliquer les tests de reconnaissance des ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4 La quantité de matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Méthodes : 1. Calculer une masse molaire moléculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2. Déterminer une quantité de matière à partir de la masse d’un solide et inversement . . . . . . . 48 3. Déterminer une quantité de matière à partir du volume d’un liquide et inversement . . . . . . . . 49Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5 Solutions et concentrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Méthodes : 1. Exploiter l’expression de la concentration massique ou molaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2. Mettre en œuvre un protocole de dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3. Utiliser une échelle de teintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4. Tracer et exploiter une courbe d’étalonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6 Espèces chimiques : naturelles et de synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Méthodes : 1. Analyser la formulation d’un médicament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2. Identifier un groupe caractéristique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

P001-006_9782017012849.indd 4 19/04/2017 11:44

5

7 Extraction, séparation et identification des espèces chimiques . . . 91

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Méthodes : 1. Calculer la densité d’un liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2. Exploiter un tableau de données physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3. Réaliser une hydrodistillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

8 Réaction chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Méthodes : 1. Décrire un système chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2. Écrire l’équation de la réaction chimique avec les nombres stœchiométriques . . . . . . . . . . . . . . . 112 3. Reconnaître le réactif dans un composé chimique ionique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

9 Synthèse d’une espèce chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Méthodes : 1. Expliquer un protocole expérimental de synthèse d’une espèce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 2. Déterminer la masse d’un échantillon à partir de sa densité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3. Déterminer une masse ou un volume à partir d’une quantité de matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

10 Présentation de l’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Méthodes : 1. Convertir et utiliser les puissances de 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 2. Utiliser l’année de lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

11 Signaux périodiques, mesure d’une durée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Méthodes : 1. Passer des jours, aux heures, aux minutes, aux secondes et réciproquement . . . . . . . . . . . . . . 154 2. Calculer une période ou une fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 3. Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12 Ondes sonores, ondes électromagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170Méthodes : 1. Exploiter un document expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 2. Extraire et exploiter des informations concernant les ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

13 Réfraction, réflexion totale. Le prisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183Méthodes : 1. Repérer un angle entre une direction de propagation et une référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 2. Appliquer les lois de Descartes pour la réfraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 3. Étudier la réflexion totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

P001-006_9782017012849.indd 5 19/04/2017 11:44

14 Les spectres d’émission et d’absorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201Méthodes : 1. Distinguer un spectre d’émission d’un spectre d’absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 2. Identifier une espèce chimique à partir d’un spectre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

15 Le mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Méthodes : 1. Comprendre la relativité du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 2. Exploiter un enregistrement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

16 Actions mécaniques, forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227Méthodes : 1. Modéliser des actions mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 2. Étudier l’influence d’une force sur le mouvement d’un mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 3. Caractériser une force en utilisant le principe de l’inertie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

17 Intéraction gravitationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243Méthodes : 1. Calculer une force d’attraction gravitationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 2. Identifier le poids d’un objet à la force gravitationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 3. Comparer le poids d’un objet sur la Lune et sur la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

18 Pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

Méthodes : 1. Appliquer la relation

P =F

S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

2. Utiliser la relation (PB – PA) = m . g. h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

3. Appliquer la loi de Boyle-Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264Corrigés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Produits chimiques : savoir décoder les étiquettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 Les chiffres significatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Notation scientifique et ordre de grandeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Constantes fondamentales et grandeurs physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Classification périodique des éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

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1CHAPITREUn modèle de l’atome.

L’élément chimique

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Un modèle de l’atome1

Un atome est formé d’un noyau autour duquel se déplacent des électrons (parti-cules chargées négativement). Le noyau est formé de protons (particules chargées positivement) et de neutrons (particules électriquement neutres).Les protons et les neutrons sont appelés nucléons.

■■ Le nombre de protons que comporte un noyau est noté Z. On l’appelle numéro atomique.Le nombre de nucléons (protons + neutrons) est noté A.

■■ Le noyau est représenté par un symbole : AZX ;

– X : symbole de l’élément,– A : nombre de nucléons,– Z : numéro atomique.

■■ Chaque proton porte une charge électrique élémentaire positive et chaque élec-tron porte une charge électrique élémentaire négative. L’atome est électrique-ment neutre.Le noyau d’un atome contenant Z protons (Z charges +) est donc entouré de Z élec-trons (Z charges −).

■■ Le proton et le neutron ont sensiblement la même masse (1,67 × 10−27 kg). Cette masse est environ 2 000 fois plus grande que celle de l’électron (9,11 × 10−31 kg). Il en résulte que la masse d’un atome peut être confondue avec celle de son noyau. La masse du noyau est pratiquement égale à la somme des masses des nucléons.

■■ Le rayon du noyau est environ 100 000 fois plus petit que le rayon de l’atome : les électrons se déplacent donc à grande distance du noyau. L’espace entre les électrons et le noyau est constitué de vide.

00+0

000+

++

0000

+

++

–

–

–

–000

++

000

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++

00

0

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+

++

0++

00

00

0000++00

000000000000000+0+

++

++++++0+00+00+0

Électron

Proton

NoyauNeutron

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MÉTHODES EXERCICES SUJETS BAC CORRIGÉSCOURS

1 Un modèle de l’atome. L’élément chimique

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Répartition électronique2

■■ Les électrons se répartissent par couches appelées couches électroniques et repré-sentées par des lettres : K, L, M…La couche K, c’est-à-dire la plus proche du noyau, peut contenir 2 électrons au maxi-mum. La deuxième couche L peut recevoir jusqu’à 8 électrons.Les électrons remplissent d’abord la couche K, puis la couche L, puis la couche M…La dernière couche qui contient des électrons est appelée couche externe.

■■ Un atome peut :– soit perdre un ou plusieurs électrons de sa couche externe pour donner un ion positif,– soit gagner un ou plusieurs électrons sur sa couche externe pour donner un ion négatif.Ex. : l’ion chlorure Cl− possède 1 électron de plus que l’atome de chlore Cl ; l’ion sodium Na+ possède 1 électron de moins que l’atome de sodium Na.

■■ La formule électronique d’un atome ou d’un ion est décrite en indiquant, en expo-sant, le nombre d’électrons sur chaque couche.Ex. : la formule électronique de l’atome de chlore Cl (Z = 17) est : K2 L8 M7 ; et celle de l’ion chlorure Cl− est : K2 L8 M8.

L’élément chimique3

Un élément est caractérisé par son numéro atomique Z.

Il existe une centaine d’éléments (voir classification périodique, page 278).Ex. : l’atome de chlore Cl et l’ion chlorure Cl− appartiennent au même élément chimique chlore caractérisé par son numéro atomique Z = 17 : on notera l’élément chlore

17Cl.

■■ Deux atomes de même numéro atomique Z, mais de nombres de nucléons A différents, sont appelés isotopes du même élément.Ex. : 35

17Cl et 37

17Cl sont deux isotopes de l’élément chlore.

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Physique - Furet du Nord