Expliquer la cohésion d’un solide :

Le fluorure de calcium CaF₂ (s) est un composé solide dont le modèle

ci-dessous représente l’agencement de ses entités constitutives.

-  Déterminer le type d’interaction assurant la cohésion de cette espèce chimique.

Expliquer la cohésion d’un solide :

-  La fluorine est un cristal ionique constitué d’un empilement compact et ordonné d’ions calcium Ca²⁺ et d’ions fluorure F^–.

-  Le cristal est électriquement neutre, il faut un ion calcium Ca²⁺ pour deux ions fluorure F^–.

-  La formule statistique est la suivante : CaF₂,

-  Le nom : Le fluorure de calcium.

-  Dans l’écriture de la formule d’un solide ionique, les charges ne figurent pas.

-  Par convention, on choisit les plus petits indices qui assurent l’électroneutralité du cristal.

-  La formule statistique indique la nature et la proportion des ions présents dans le cristal sans mentionner les charges.

-  La cohésion du cristal ionique est due aux forces d’interactions électriques :

-  Les forces d’attraction électriques entre les ions de signes opposés l’emportent sur les

  forces de répulsion entre les ions de même signe.

Justifier une solubilité :

Les modèles des molécules d’eau et de méthanol sont données, respectivement, ci-dessous :

1.  La molécule de méthanol est-elle polaire ?

2.  Justifier la très grande solubilité du méthanol dans l’eau. Préciser la nature des interactions mises en jeu.

-  Données :

-  χ (H) = 2,2 ; χ (C) = 2,6 ; χ (O) = 3,4 

Justifier une solubilité :

1.  La molécule de méthanol :

-  L’oxygène est plus électronégatif que le carbone et l’hydrogène.

-  Les liaisons C – O et H – O sont polarisées , alors que les liaisons  C – O sont très peu polarisées.

-  Il en résulte l’apparition de charges partielles – q et –q’ sur l’atome d’oxygène

et d’une charge partielle (+ q’) sur l’atome de carbone et (+q) sur l’atome d’hydrogène lié à l’atome d’oxygène.

-  Du fait de la géométrie de la molécule, les positions moyennes des charges partielles positives (G+) et négatives (G–) ne sont pas confondues.

-  La molécule de méthanol est polaire.

2.  Solubilité du méthanol dans l’eau.

-  L’oxygène est plus électronégatif que l’hydrogène : χ (O) = 3,4 et χ (H) = 2,2

-  Les deux liaisons covalentes O – H d’une molécule d’eau sont polarisées.

-  Représentation :

-  La molécule étant coudée, les positions moyennes des charges partielles positives (G+) et négatives (G–) ne sont pas confondues :

 - La molécule d’eau est polaire.

-  L’eau, molécule polaire, est un solvant polaire.

-  Le méthanol, molécule polaire, est soluble dans l’eau, solvant polaire.

-  Nature des interactions mises en jeu.

-  La grande solubilité du méthanol dans l’eau résulte :

-  Des interactions de Van Der Waals qui interviennent entre les molécules de méthanol et les molécules d'eau ;

-  Et la formation de nombreuses liaisons hydrogène qui s’établissent entre les molécules

  de méthanol et les molécules d'eau.

-  Le méthanol est soluble à l’eau en toute proportion.

-  Le méthanol ou alcool de bois que l'on peut retrouver dans les alcools frelatés.

-  Il provoque la cécité et la mort.

Prévoir une solubilité :

Les modèles des molécules d’éthanol CH₃CH₂OH et de dibrome Br₂ sont données, respectivement, ci-dessous :

-  De l’éthanol ou du dibrome, identifier quelle espèce chimique est plus soluble dans le cyclohexane de formule C₆H₁₂. Justifier.

-  Données :

-  χ (H) = 2,2 ; χ (C) = 2,6 ; χ (O) = 3,4 ; χ (Br) = 3,0 

Écrire des équations de réaction de dissolution :

Le sulfate de baryum BaSO₄ (s) est composé d’ions baryum et d’ions sulfate SO₄^2–.

Le sulfate d’argent Ag₂SO₄ (s) est composé d’ions argent et d’ions sulfate SO₄^2–.

-  Écrire les équations de dissolution de chacun de ces solides.

Calculer la concentration en quantité de matière d’un ion à partir de la masse d’un solide :

Une solution aqueuse, de volume V_solution = 150,0 mL, est préparée en dissolvant 500 mg de chlorure de gallium (III), GaCℓ₃ (s) dans l’eau.

L’équation de la réaction de dissolution est :

1.  Calculer la quantité de chlorure de gallium (III) dissoute.

2.  Déterminer les quantités de matière n (Ga³⁺) d’ions gallium et n (Cℓ^–) d’ions chlorure contenus dans la solution.

3.  Déterminer les concentrations en quantité de matière [Ga³⁺] des ions gallium et [Cℓ^–] des ions chlorure dans la solution.

-  Données :

-  Masses molaires :

-  M (Cℓ) = 35,5 g . mol^–1 ; M (Ga) = 69,7 g . mol^–1 

Calculer la concentration en quantité de matière d’un ion à partir de la masse d’un solide :

1.  Quantité de chlorure de gallium (III) dissoute.

-  Masse de chlorure de gallium (III), GaCℓ₃ (s) dissoute dans l’eau :

-  m = 500 mg

-  Masse molaire du chlorure de gallium (III), GaCℓ₃ (s) :

-  M = M (Ga) + 3 M (Cℓ) = 69,7 + 3 × 35,5

-  M ≈ 176,2 g . mol^–1

-  M ≈ 176 g . mol^–1

-  Quantité de matière initiale  n₀ dissoute de chlorure de gallium (III), GaCℓ₃ (s) :

-   

2.  Quantités de matière n (Ga³⁺) d’ions gallium et n (Cℓ^–) d’ions chlorure contenus dans la solution.

-  Le mieux est de réaliser un tableau d’avancement de la réaction :

-  On déduit du tableau d’avancement les quantités de matière des ions présents dans la solution :

-  n (Ga³⁺) = x_max = n₀ ≈ 2,84 × 10^–3 mol

-  n (Cℓ^–) = 3 x_max = 3 n₀ ≈ 3 × 2,84 × 10^–3 mol

-  n (Cℓ^–) ≈ 8,513 × 10^–3 mol

-  n (Cℓ^–) ≈ 8,51 × 10^–3 mol

3.  Concentrations en quantité de matière [Ga³⁺] des ions gallium et [Cℓ^–] des ions chlorure dans la solution.

-   

-   

Calculer la masse d’un solide à dissoudre :

On veut préparer un volume V_solution = 50,0 mL d’une solution de phosphate de potassium

dont la concentration en quantité de matière des ions potassium est

 [K⁺] = 0,30 mol . L^–1.

L’équation de la réaction de dissolution du phosphate de potassium

K₃PO₄ (s) s’écrit :

1.  Calculer la quantité de matière n (K⁺) contenue dans cette solution.

2.  En déduire la quantité de matière n₀ de phosphate de potassium à dissoudre pour préparer cette solution.

3.  En déduire la masse m₀ correspondante.

-  Données :

-  Masses molaires :

-  M (O) = 16,0 g . mol^–1 ; M (P) = 31,0 g . mol^–1 

-  M (K) = 39,1 g . mol^–1 

Calculer la masse d’un solide à dissoudre :

-  [K⁺] = 0,30 mol . L^–1

-  V_solution = 50,0 mL

1.  Quantité de matière n (K⁺) contenue dans cette solution.

-  n (K⁺) = [K⁺] . V_solution

-  n (K⁺) = 0,30 × 50,0 × 10^–3

-  n (K⁺) = 1,5 × 10^–2 mol

2.  Quantité de matière n₀ de phosphate de potassium à dissoudre pour préparer cette solution.

-  Il faut utiliser le tableau d’avancement de la réaction :

-  On déduit du tableau d’avancement les quantités de matière des ions présents dans la solution :

-  n (K ⁺) = 3 x_max = 3 n₀

-   

-  Tableau d’avancement :

3.  Valeur de la masse m₀ correspondante.

-  m₀ = n₀ . M (K₃PO₄) = 5,0 × 10^–3 × (3 × 39,1 + 31,0 + 4 ×16,0)

-  m₀ = 1,06 g

-  m₀ = 1,1 g

Choisir un solvant d’extraction adapté :

On dispose d’une solution de diiode I₂ (aq) photographiée ci-dessous.

-  Déterminer, en justifiant, le solvant le plus adapté pour réaliser l’extraction du diiode de la solution aqueuse.

-  Données :

Choisir un solvant d’extraction adapté :

-  Solvant le plus adapté pour réaliser l’extraction du diiode de la solution aqueuse :

-  On a le choix entre l’éthanol et le cyclohexane.

-  On doit réaliser une extraction liquide / liquide :

  Lors d’un extraction liquide-liquide, une espèce chimique présente dans un solvant S₁ est extraite

par un autre solvant S₂, appelé solvant d’extraction.

-  Le solvant S₂ est choisi tel que :

-  L’espèce chimique à extraire est plus soluble dans le solvant S₂ que dans le solvant S₁ ;

-  Le solvant S₂ est non miscible au solvant S₁ ;

-  Le solvant S₂ présente un danger minimal pour la santé et l’environnement.

-  Dans le cas présent, le solvant le mieux adapté est le cyclohexane :

-  Le diiode est soluble dans le cyclohexane et le cyclohexane est insoluble dans l’eau.

-  Alors que le diiode est soluble dans l’éthanol, mais l’éthanol est soluble dans l’eau.

-  L’éthanol ne convient pas comme solvant car il est soluble dans l’eau.

Solubilité de molécules organiques :

L’éthanol et le pentane sont deux espèces chimiques organiques qui,

dans les conditions normales de température et de pression, sont des liquides incolores.

On réalise le mélange de chacun de ces liquides avec de l’eau colorée en vert.

 1.  Décrire aspect du mélange dans les deux tubes à essai.

2.  Interpréter les observations.

-  Données :

-  Électronégativités :

-  χ (H) = 2,2 ; χ (C) = 2,6 ; χ (O) = 3,4 ;

-  Modèle de l’eau :

-  Modèle de l’éthanol :

-  Modèle du pentane : C₅H₁₂

Un traitement de la vigne :

Le mildiou est une maladie de la vigne provoquée par un champignon microscopique.

L’oxychlorure de cuivre a des propriétés fongicides, dues à l’élément cuivre,

qui permettent de lutter efficacement contre le mildiou.

C’est un solide ionique qui s’emploie en solution aqueuse, en traitement préventif du mildiou.

Il faut, durant tout le cycle de végétation qui dure environ 9 mois, pulvériser une solution aqueuse

d’oxychlorure de cuivre tous les quinze jours sur la vigne.

Pour traiter ses vignes, un viticulteur prépare une solution de volume V_solution = 500 L en dissolvant

une masse m₀ = 5,00 kg d’oxychlorure de cuivre Cu₂Cℓ(OH)₃.

Ce dernier utilise cette solution pour traiter une surface de 10,0 hectares (ha).

-  En agriculture biologique, le maximum toléré est une masse maximale apportée en cuivre égale à 6 kg/ha/an.

-  Le viticulteur peut-il avoir le label « Bio » ?

-  Données :

-  Masse molaire de l’oxychlorure de cuivre :

-  M (Cu₂Cℓ(OH)₃) = 213,5 g . mol^–1

-  M (Cu) = 63,5 g . mol^–1

-  Formule de l’ion hydroxyde : HO^–