Contrôle  N° 02 ter

I- Acide - Base.

II- Acide benzoïque

III- Observation d'un phénomène lié au laser.

Correction

Énoncé

1)- Définir un acide selon Bronsted.

-  définition d’un acide selon Bronsted :

-  Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H⁺.

-  On écrit : AH    =     H ⁺     +     A ^–

2)- Définir une base selon Bronsted.

-  Définition d’une base selon Bronsted :

-  Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton

-  On écrit : A ^–     +     H ⁺     =     AH

3)- Donner les couples acides / bases de l’eau.

-  Couples acide / base de l’eau :

-  H₃O⁺ / H₂O et H₂O / HO ^–

On prépare un volume V = 500 mL de solution d’acide benzoïque (C₆H₅COOH)

 en dissolvant une masse m = 1,20 g d’acide pur (solide blanc) dans l’eau distillée. 

Le pH de la solution obtenue est égal à 3,00.

Données :

M(C) = 12,0 g / mol ; M(H) = 1,00 g / mol ; M(O) = 16,0 g / mol 

1)- Indiquer le mode opératoire pour préparer cette solution.

-  Préparation de la solution :

-  Peser 1,20 g d’acide benzoïque à l’aide d’une balance.

-  On verse l’acide dans une coupelle dont on a réalisé la tare

-  Verser 0,1 l’acide à l’aide d’un entonnoir dans une fiole jaugée de 500 mL contenant un peu d’eau distillée

-  Compléter aux  ¾  avec de l’eau distillée puis mélanger

-  Compléter jusqu’au trait de jauge avec l’eau distillée et homogénéiser.

-  La solution est prête.

2)- Écrire l’équation de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau et indiquer les

couples mis en jeu.

-  Equation de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau :

-  À ce niveau du cours, on accepte l’écriture suivante :

  -  Couples mis en jeu : C₆H₅COOH _(aq)  / C₆HgCOO ^– _(aq)  et  H₃O⁺ / H₂O.

3)- Calculer la quantité de matière n d’acide benzoïque introduit dans la solution.

-  Quantité de matière n d’acide benzoïque introduit dans la solution

- 

4)- Dresser le tableau d’avancement de la réaction.

tableau d’avancement de la réaction.

5)- Calculer l’avancement final x_f  de la réaction. Justifier.

-  Avancement final x_f  de la réaction :

-  On utilise le fait que la quantité de matière d’ions oxonium apportée par l’eau est négligeable par rapport à celle apportée par l’acide benzoïque.

-  On peut écrire que : n (H₃O⁺) ≈ x_f  d’après le tableau d’avancement de la réaction.

-  La connaissance de la valeur du pH de la solution permet de déterminer la quantité de matière d’ions oxonium présent et l’avancement final de la réaction.

-  Par définition :

-       

6)- Calculer l’avancement maximal x_max  de la réaction. Justifier.

-  Avancement maximal x_max de la réaction :

-  L’eau est le solvant. Il est en large excès.

-  L’acide benzoïque est le réactif limitant.

-  n_i (AH) – x_max = 0     avec    n_i (AH) = n

-  n_i (AH) = x_max = 9,8 x 10 ^{– 3} mol

7)- En déduire le taux d’avancement τ de la réaction.

-  Taux d’avancement de la réaction :

- 

-  ADDITIF :

-  On remarque que la réaction entre l’acide benzoïque est l’eau n’est pas totale.

-  On est en présence d’un équilibre chimique. 

-  L’équation de la réaction entre l’acide benzoïque est l’eau s’écrit :

On utilise un laser produisant une lumière de longueur d’onde λ placé devant une fente de largeur a.

On observe une figure constituée de taches lumineuses sur un écran E placé à la distance D de la fente.

1)- Quel est le nom du phénomène observé ?

Quelle condition doit satisfaire la taille de la fente pour que l’on obtienne cette figure ?

-  Nom du phénomène observé et condition que doit satisfaire la taille de la fente.

-  Il s’agit du phénomène de diffraction caractéristique des ondes.

-  Il se manifeste lorsque la taille de l’ouverture est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde l de l’onde.

2)- La largeur de la tache centrale d sur l’écran varie lorsque l’on fait varier

la distance D entre la fente et l’écran, la longueur d’onde λ de la lumière ou la largeur a de la fente.

Une série d’expériences effectuées montrent que d est proportionnelle à la longueur d’onde de la lumière.

La grandeur k est une constante sans dimension, on propose les formules (1), (2), (3), (4) et (5).

-  Lesquelles peut-on éliminer ? Justifier votre choix.

-  Comme il est dit que la distance d est proportionnelle à la longueur d’onde λ, il faut supprimer la relation (3) .

-  Cette relation (3) indique que d est inversement proportionnel à λ.

-  La grandeur d s’exprime en mètre. 

-  Si l’on étudie la relation (2), le rapport  est un nombre qui n’a pas d’unité car k est une constante qui n’a pas d’unité.

-  La grandeur λ s’exprime en mètre de même que D.

-  Cette relation ne peut pas convenir.

-  

-  Si l’on étudie la relation (5), ici aussi les unités ne sont pas cohérentes :

-  

-  On peut rejeter les expressions : (2), (3) et (5).

3)- Influence de la largeur a de la fente.

Tous les paramètres restant inchangés pendant les mesures, on fait varier la largeur a de la fente et on mesure les valeurs d correspondantes.

Les résultats sont consignés dans le tableau suivant :

Grâce à ces résultats, on obtient les courbes suivantes :

Préciser laquelle ou lesquelles des formules proposées à la question 2)-  sont encore possibles. Pourquoi ?

-  La relation (1) traduit le fait que la distance d est proportionnelle à l’inverse de la largeur a de la fente.

-  Ceci est en accord avec le graphe .

-  La relation (2) traduit le fait que la distance d est proportionnelle à l’inverse de la largeur a de la fente au carré. 

-  Ceci est en désaccord avec le graphe .

-  Le graphe  n’est pas une droite qui passe par l’origine.

-  La relation (1) est possible. Il faut rejeter la (4) et la (2) ( cette relation avait déjà été rejetée à la 2)- ). 

-  Il ne reste plus que la relation (1) :

4)- Influence de la distance D entre la fente et l’écran.On fixe λ et a ; on déplace l’écran et on obtient les résultats suivants :

On trace la représentation graphique d = f (D).

a)-   Expliquer comment calculer la valeur  du coefficient directeur p de cette droite.

-  Comme la droite passe par l’origine, on choisit un point M de la droite tracée suffisamment éloigné de l’origine.

Choisir sa valeur parmi les propositions suivantes :

(1) p = 12,5 x 10 ^{– 3} ; (2) p = 12,5 ; (3) p = 12,5 x 10 ³ .

-  

-  Il faut Choisir la valeur (1) p = 12,5 x 10 ^{– 3}

b)-   En déduire la valeur de k, sachant que c’est un entier et que l’on a fait les mesures pour λ = 633 nm et a = 100 mm.

-  valeur de k, sachant que c’est un entier :

-