TEST FACULTATIF D connrcE
29 janvie r 2007
- 295,6 70
'Les r6ponses seront inscrites dans les cadres pr6vus i cet effet. Elles devront donner suffisamment d'indications pour que le correcteur puisse appr6cier le raisonnement qui a permis de les obtenir. Au besoin, poursuivre au verso de la feuille.
. Les r6sultats num6riques devront toujours 6tre accompagn6s de leurs unit6s de mesure.
. La dur6e globale de l'6preuve est de t h 30 minutes.
'En dehors du mat6riel d'6criture et de feuilles de brouillon vierges, seul l'usage d'un formulaire de 2 c6t6s de pages A4 au maximum et d'une calculatrice scientifique est autoris6.
Probldme 1
On dispose des donn6es thermodynamiques suivantes :
Compos6 H, (s) o, (s) HrO (t)
H2O2 (t)A H; tkJ'mol-11 S ' I J . m o l - ' . K - t ]
Ecrire la r6action de formation du peroxyde d'hydrogdne HrO, (l) i partir de O, (g)
"t Hr (g). D6terminer I'enthalpie standard et I'enthalpie libre standard de la r6action de formation de HrO, liquide i 25"C.
0
r30
0 205
- 187,6 1 4 3
a)
u z Q ) + o 2 ( g ) * H 2 O 2 ( L )
dg',-.'fho"Lpie, sfeLndord de, ceHe, rdochon e^sF pq.F dciFini Hon I'en l-FroL*'ia slondo,rd de for rnobi<',.'
AHFo(rt"o"; pursqu'iL s'o(Iib de Losqnlndse. de. H zoz d parbir de ses dldrnenhs aohstibubiCs do.ns teun ebob Le- plussboble^ :
AHo. = AHoF (H2o21 = - 48?.6 F\.3'r"roL-l
Loi de He,gg : ASo. = 8So (prodr-rits)- f,so1r5',c6fs) A S o r = { t { 3 - l 3 o - 2 o S = - n 2 3 . m o L : ' l i ociF,..,ifton de I'entho\$re' libte slo.nd<lrd :
A G ] = A H o r - T A f . = - t B T , 6 - z q l ( - t q z . 4 d s >
: - l g o t q A J ' m o L - t
b) Le peroxyde d'hydrogdne i l'6tat liquide est-il stable par rapport aux 6l6ments qui le constituent ? flustifier la r6ponse)
lQot (rlzoz) a O ; ta rebclion de forrnahon cle H2qesl donc sVenta.ne'e el /q peroxqde d'hqdrqe'ne en efb/- Crt sro,b'e ?ue ses eltertenls cons iituh'rt H2 Q) ef QQ)
c) Le peroxyde d'hydrogAne liquide peut se d6composer en eau liquide et en oxygdne gazeux Or. Ecrire la r6action mettant en jeu une mol de Or. lndiquer le nombre d'oxydation de chacun des 6l6ments dans les r6actifs et les produits.
+ I - r l /
2 Hzoz(r) +
nb. dbxqdohon ( g) disrnuhcbion + f - l I
f / z Hzo (L)
o
l
f 0 2
d) Calculer I'enthalpie libre standard de la r6action de d6composition de HrO, (l) i 25'C
Loi de Hess: AHo,. = t aui ,frrc/,oik) - [ a n p"(r&c.) A H ? = z - { - 2 8 5 , 6 ) + o - z ( - . 1 8 4 , 6 ) = - & e P z J . m o l . - t
A+ = E " (Trodutk) - *s'(reacti k)
= 2 . ( ? o ) + Z o S - 2 ( , t l t 3 \ = j c l a ' m o L - ! K - t AGor = AHro - T. ASro -- -,tq6 - lq\( 5q. p s )
= - 213 ,6 P.: . rnoL-t ( P'o'T rnoL de. Oz)
e) Exprimer litt6ralement la constante d'equilibre thermodynamique de la r6action de d6composition de HrO, et calculer sa valeur numr-erique.
K = a ( u z o \ z . p ( o z ) / - o
ot (HrOz\z
A C f r = - R T ' L n K + L n K = - a60,.
a60, RT
K = e x p ( + )
RT
k = exP | 2 8 A ) ' m o L - t
r E _ \ =
z q g K ' exP (Be, rc)
8 , 3 2 . t o - 3 R f . m o r r |<-
= 2 , 6 , t o 3 +
0 Le peroxyde d'hydrogdne est-il stable par rappoft i I'eau et i l'oxygdne mol6culaire ? Ce r6sultat est-il compatible avec le fait de pouvoir produire et conseryer longtemps des solutions aqueuses de HrO, I
Lo rdocb,on de decornp,osi Hon es| sponbonee 1A6ar ( o\ . On conslale Que l'e'quili6re esf folalernent deplc.&
en faveor des prodoits Hzo (t) et' Oz Q) H2Oz nesf ctonc pos sto.b\e |herrnodq ha-rniquerrenl- por noppor l-
oi ses produihs de. ddcomtrosi hon.
S<e- slobitihd oppcrrenhe c\oit dorc l-rour-rerson orrgine dons une c\n$l-iq$e de- rdo.efrsn lenfe.
Probldme 2
Le peroxyde d'hydrogdne HrOr se compofte en solution dans I'eau comme un monoacide faible.
a) Ecrire l'6quilibre acido-basique correspondant et donner I'expression de la constante d'acidit6 K, .
Hzoz I HzO i=: HO; + HsO+ ou:
H z o z * A c r ; + p 1 f
f'Ho"- 1.!!"t-l otr Ka =
Ko' =
ailozl
f H O i l . [ H { ]
f Hzozl
b) Le p,( de HrO, est 6gal i I 1,75. Calculer le taux de dissociation a de HrO, dans une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogdne de concentration analytique c = 0.224 Yl.
Justifier les approximations 6ventuelles.
nelthode .t
Taux de clissociah'on . o( =
= ) t n o l l = C . c ( ry (p.,r deif,n;tion)
I H z o z l = C - L H O f 3 : C . ( , t - o < )
En nsigligeo,n} l'o.vFoprol'olu1se. de l'eol : I H + ] = E H O i I = c . a (
Po.r subsbibuhion dons l'612<pre.ssion de tccr:
. t H o i f . E H t J & a , z c . o ( z Ko* =
E H2o 21 c. ( ,1-a) ,t - o(
:) uqu, dv 2e degre : caz + Ka'd - Ka = o
- ,1'? 5 -tz
K O = ' 1 O = , 1 , 1 8 . 1 O
=) o,zz{. d2+ ,,|.?8. tdtz. a - A,a8' ,dtz = 6 :) o( : - ,tf g. rdtz !
s ( = Z , 8 2 . t o - 6
n'rdthode z
Hzoz esF en o,cide. t-rds Foiblement dis,soclei.
utoubre. For t , so cohcehl'ro.Horr ancrlqHque, eSb gro"nde. =) opplrccrtron de to Forrn,olg ag"ppgh& :
FH = {fz pxq - al, Loq c.
p H = o . 5 . , t , 1 . ? 5 - o,S.Log (O.zZ+) = 6,20
= ) f H t l g ,tO-6'2 - 6,3;l' rd? rnoL'tit f H t J = c , o ( = ) a ( = [ n + f / c
s l = C " . 3 1 . r o - ? f o,zl-u = 2,8;Z.to-6
Probldme 3
L'acide ascorbique (vitamine C) est un diacide, dont les constantes d'acidit6 sont donn6es Par F&r= 4,17 etP&z = 11.57. On note AscH- et Asc2- les espdces acide-base d6riv6es de I'acide ascorbique AscH, . On dissout un comprim6 de vitamine C dans
100 ml d'eau pure. Le pH de la solution ainsi pr6par6e est 6gal i 2,86.
a) Calculer la masse d'acide ascorbique contenue dans un comprim6 sachant que sa masse molaire est 176 g' mol-1. Justifier les approximations 6ventuelles.
L'acide o.scorbique e,st un diocide foible.. Lo.
secohde. ocieJif ei [pKo2 = ,1.{,S? ) peut touteFo\s Ebre.
r\e.gtigee devonb [oprer"',dre. (eKo,r = \,,1?) qri eSl- p\us de tO+ Fo\s plus Forte..
Form.r[e opprochde, d',-rn rnohoo.cide Foib\e :
pH = ^1, pKo4 llz Log c => Logc = pl(ol -zpH
L o g c = t { , , { + - 2 ' 2 1 8 6 = - , { , 5 5 c = 2-,82 ' 4o'z rnoL' L- I
l4asse d'ocide. o.scorbique, :
f n = c , V . M = 2 , B Z '4 o - z ^ o l . t - - l . o , , l L . 4 " 6 g . r r r c L - l r n 3 o , H e 6 g
b) D6terminer le volume de NaOH (aq) de concentration analytique c = 0,055 mol'l-1 qu'il faut ajouter i la solution pr6par6e pr6c6demment pour neutraliser la premidre acidit6 de I'acide ascorbique qu'elle contient.
Aupte,rnie. poi.,f c\'d,qurvo.lencel foub Le. Asc-H2 o-r.:ro,
uite r\eubroLisd ,
n ( A s c H z ) = n ( N a o n )
c t A s c H z \ . V ( A s c H z \ = c ( N a o H ) . V ( H o o H ) V ( N o " o H ) = V ( A s c H z ) . c ( A s c H z ) / c (HooH)
= 2 , 8 2 . lo - ' . o , , l / o , o s 5
V t N a . o H ) = 5 , 1 3 . r o - z U = s l , 3 r n L
c) Quelle est la valeur du pH de la solution apr6s cette dernidre op6ration ?
Touf le AseHz q dtd f tansFormd en' Ascul
Cebte detn,$ye espice. esf un o.rnpbro\|e. (bose de.
AscH2 e.b o.eide de, Asez- ). Le, pH est olors donni por Lo For rnuLe opprochde, :
p H = i l z ( pKq,l + pKoz ) = alz (,*,,11 + . { , 1 , S ? ) p H = 1 , 8 1
Probldme 4
Une pile 6lectrochimique est constitu6e par deux lames d'argent m6tallique plongeant dans deux compartiments respectifs contenant des solutions aqueuses de nitrate d'argent AgNO, (solutions d'ion^s Ag.). L'activit6 des ions A8. dans le premier compartiment est o,(Ag.) = -10-t. L'activit6 des m6mes ions dans le second compartiment est or(Ag") = l0-'.
a) Sachant que E0(Ag./Ag) = 0.80 V, d6terminer la polarit6 (anode, cathode) des 6lectrodes et calculer la force 6lectromotrice de la pile i 25"C.
Ag* r e-==
*"
Cornear l-i rnsnP I ;
t
E,= E" - R! Ln Q = Eo- o,ozs7 n V' ln +^
nF a.(Ag')
E , t = o . B o V + o , o 2 5 ? V , L n l l o - t ) = A 6 8 L Y
b W r H m e * 2 :
F ^ = o , B o Y + o , o Z S T V . l n (l o ' 5 ) = o , 1 o q v
' 1
Le. ptocessus sponbcrn6 .ro tendre, i
"g-tiser les
oc.tivi\ds des ions Ag+ dcrns \es detlx comperr l-irnenlS.
Le cornFor\-rrnen| { contren}dorclo co'thodg ( Ag* + e- * Ag) ef le. coF'.,pcrrHrnen} Z l'onode .
AE = l.d.m. = Eegll-,.-Eon.= Ea-Ez= DA82 -o,Soq fvj
-- er118v
b) On ajoute dans le second compartiment du chlorure de sodium NaCl (sel trds soluble dans I'eau), de sorte que sa concentration soit 6ple i l0t M. Les ions Cl- en pr6sence des ions Ag* vont induire la pr6cipitation de chlorure d'argent AgCl peu soluble. On mesure alors une force 6lectromotrice de la pile de 0,32 V. Calculer le produit de solubilit6 K, de AgCl i 25"C.
