Terminales S Lycée Jean-Bart de Dunkerque. SCIENCES
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1. Terminales S Lyc e Jean Bart de Dunkerque SCIENCES PHYSIQUES Bac Blanc du 11 mars 2009 Les deux exercices de chimie exercices 1 et 2 qui suivent sont tous deux relatifs l tude d une eau d un aquarium et son entretien Ils sont bien entendu ind pendants et peuvent tre trait s s par ment formatih pr liminaire L aquariophilie est une passion qui touche de plus en plus d amateurs mais aussi de n ophytes De nombreux facteurs peuvent contribuer un d s quilibre dangereux pour la vie et la sant des poissons Il est donc n cessaire de contr ler r guli rement la qualit de l eau Le pH de l eau est la premi re grandeur qu il faut mesurer au moins une fois par semaine et ajuster ventuellement En effet certains poissons ne peuvent voluer que dans un milieu acide c est le cas des poissons d Amazonie comme les N ons ou les T tras d autres dans un milieu basique c est le cas des poissons d Am rique Centrale comme les Platy et les Molly Aucun de ces poissons ne tol re une trop forte teneur en ions ammonium NH ou en ions nitrite NO le cycle de l azote doit donc tre surveill en vitant soigneusement la surpopulation de l aquarium et l exc s de nourriture D apr s Poissons et aquariums dition Larousse Les exercices qui suivent sont destin s pr ciser certains points de ce texte On tudie d abord un produit commercial utilis pour diminuer le pH de l eau de l aquarium on s int r2. be pr c dente Utiliser cette courbe pour indiquer comment volue cette vitesse au cours du temps 5 En poursuivant l exp rience pendant une dur e suffisante on obtient une concentration finale NH r 2 0 10 mol L 5 1 D terminer le taux d avancement final de cette transformation 5 2 Cette transformation est elle totale Justifier 6 D finir puis d terminer graphiquement le temps de demi r action 7 Dans l aquarium la valeur de la temp rature est seulement de 27 C Tracer sur la figure 2 de la feuille annexe l allure qu aurait la courbe x f t cette temp rature Justifier ce trac 8 Les ions ammonium finissent par se transformer en ions nitrate dont l accumulation risque de compromettre la vie des poissons Ces derniers ions constituent un aliment essentiel pour les plantes vertes de l aquarium Expliquer pourquoi dans les livres d aquariophilie on dit que l aquarium doit tre bien plant FEUILLE ANNEXE RENDRE AVEC LA COPIE tude de la formation des ions ammonium Tableau d volution du syst me chimique Avancement mol tat tat initial x 0 tat en cours d volution Figure 2 Cin tique de la d composition de l ur e Avancement x en mol 0 0020 0 0018 0 0016 0 0014 0 0012 J 0 0010 0 0008 0 000 gogia 0 000 t min
3. esse ensuite la formation des ions ammonium Exercice 1 tude d une solution commerciale So destin e diminuer le pH de l aquarium 5 pts Sur l tiquette du produit on peut lire que la solution commerciale So est constitu e d acide chlorhydrique H O CI aq mais aucune concentration n est indiqu e La transformation conduisant l acide chlorhydrique tant totale la concentration co de la solution commerciale est gale la concentration en ions H 0 On cherche d terminer cette concentration en faisant un titrage pH m trique Pour cela on dilue 50 fois la solution commerciale et on proc de au titrage d un volume V4 20 0 mL de la solution dilu e S4 l aide d une solution d hydroxyde de sodium Ssg Na aq HO aq de concentration molaire en solut apport cg 4 0 10 mol L On obtient la courbe de la figure 1 On a galement fait appara tre en pointill s la courbe repr sentant la d riv e du pH en fonction du volume de soude vers pH dpH dVs 12 CCE A e Mi 15 ured Vb mL 1 Le titrage 1 1 Faire un sch ma l gend du montage 1 2 Ecrire l quation de la r action support du titrage en identifiant clairement les couples acide base mis en jeu 1 3 Exprimer et calculer la constante d quilibre Conclusion On donne K 10 2 L quivalence 2 1 D finir l quivalence et trouver la relation qui en d coule 2 2 En faisant appara tre clairement votre d marc
4. he sur le graphe trouver les coordonn es du point d quivalence 2 3 En d duire la valeur de la concentration en ions oxonium H O dans la solution dilu e S4 2 4 Montrer que dans la solution commerciale la concentration en ions oxonium est voisine de 2 5 mol L Cette valeur sera utilis e pour la suite de l exercice 3 On d sire diminuer le pH de l eau de l aquarium et l amener une valeur proche de 6 alors qu il tait initialement gal 7 Sur le mode d emploi du fabricant on peut lire qu il faut verser en une fois 20 mL de la solution commerciale dans 100 L d eau Pour simplifier le calcul on consid rera que le volume final reste gal 100 L Quelle serait la valeur du pH final de l eau de l aquarium s il n y avait qu une simple dilution des ions H O Justifier votre d marche 4 L eau tant toujours plus ou moins calcaire elle contient des ions hydrog nocarbonate HCO aq dont il faut tenir compte Les ions H O introduits vont en effet r agir avec ces ions L quation associ e la r action consid r e est la suivante HCO aq H O CO aq 2 H2O r action 1 4 1 Donner l expression de la constante d quilibre K associ e l quation de la r action 1 en fonction des concentrations des diff rentes esp ces chimiques pr sentes 4 2 Exprimer cette constante d quilibre en fonction de la constante d acidit Ka du couple CO aq H20 HCO aq D terminer sa valeur num
5. ion en la maintenant dans un bain marie 45 C diff rentes dates on mesure la conductivit de la solution La conductivit de cette solution peut s exprimer en fonction des concentrations des esp ces ioniques en solution et des conductivit s molaires ioniques les ions H 0 et HO aq sont en tr s faible quantit et pourront ne pas tre pris en compte On a donc la relation suivante o Ayn LNH Aocy OCN 1 Trouver l expression de la concentration en ions NH aq en fonction de la conductivit de la solution et des conductivit s molaires ioniques Justifier votre d marche 2 volution du syst me chimique 2 1 Compl ter litt ralement sans faire d application num rique le tableau descriptif de l volution du syst me figurant sur la feuille annexe rendre avec la copie 2 2 En d duire la relation chaque instant entre la concentration en ions NH aq en solution et l avancement de la r action 2 3 Calculer l avancement maximal Xmax 3 On peut ainsi repr senter l volution de l avancement de la r action en fonction du temps voir figure 2 sur la feuille annexe Exploiter cette courbe pour trouver le taux d avancement de la r action l instant t 110 min 4 1 Rappeler l expression de la vitesse volumique de la r action en fonction de l avancement x de la r action l instant t et du volume V de la solution 4 2 Comment peut on calculer cette vitesse partir de la cour
6. rique sachant que pour ce couple K 10 5 5 L eau utilis e pour l aquarium est tr s calcaire Dans cette eau les concentrations molaires initiales des esp ces mises en jeu dans la r action 1 sont telles que le quotient de r action initial de cette r action vaut Q 5 0 5 1 Rappeler le crit re d volution spontan e d un syst me Exploiter celui ci pour montrer que des ions H O sont consomm s si l eau est calcaire 5 2 Le pH final sera t il sup rieur gal ou mf rieur au pH calcul la question 3 Justifier 5 3 Dans la notice du fabricant on trouve la phrase suivante Assurez vous par des tests r guliers que votre eau est suffisamment calcaire car sinon il pourrait y avoir des risques de chutes acides Commenter et expliquer cette phrase Exercice 2 tude de la formation des ions ammonium 4 pts L ur e de formule NH CO est un polluant de l aquarium Elle est contenue dans les d jections de certains poissons et conduit au cours d une r action lente la formation d ions ammonium NH et d ions cyanate OCN selon l quation NH 2CO aq NH aq OCN aq r action 2 0 25 0 25 0 25 0 25 0 25 0 75 1 25 L tude de la cin tique de cette r action 2 peut tre r alis e par conductim trie Pour cela on pr pare un volume V 100 0 mL d une solution d ur e de concentration molaire en solut apport gale c 0 020 mol L et on suit sa d composit
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