Constitution et transformations de la matière

Exercice 1

Réponse : Une espèce capable de céder un ion H⁺

Un acide de Brønsted est une espèce capable de céder un ion H⁺ ; une base est une espèce capable d’en capter un. Céder des électrons, c’est la définition d’un réducteur, pas d’un acide.

1. Acide : AH = A⁻ + H⁺ (lu de gauche à droite, l’acide perd H⁺)
2. Base : A⁻ + H⁺ = AH (la base capte H⁺)

Exercice 2

Réponse : acide · base

Un couple s’écrit toujours acide/base. CH₃COOH peut céder un H⁺ et devenir CH₃COO⁻ : c’est l’acide ; l’ion éthanoate CH₃COO⁻ est sa base conjuguée.

1. Demi-équation : CH₃COOH = CH₃COO⁻ + H⁺
2. L’acide est à gauche dans l’écriture « acide/base ».

Exercice 3

Réponse : 3

Quand la concentration est une puissance de 10, le pH est simplement l’opposé de l’exposant.

1. pH = −log(1,0 × 10⁻³)
2. log(10⁻³) = −3
3. pH = −(−3) = 3,0

Exercice 4

Réponse : 3,2 mmol·L⁻¹

On inverse la définition du pH : [H₃O⁺] = 10^−pH mol·L⁻¹, puis on convertit en mmol·L⁻¹ (1 mol = 1 000 mmol).

1. [H₃O⁺] = 10^−2,5 ≈ 3,16 × 10⁻³ mol·L⁻¹
2. En mmol·L⁻¹ : 3,16 × 10⁻³ × 1 000 ≈ 3,2 mmol·L⁻¹
3. Vérification : pH entre 2 et 3, donc concentration entre 1 et 10 mmol·L⁻¹ ✓

Exercice 5

Réponse : NH₄⁺

Sur un diagramme de prédominance, la forme acide prédomine à gauche du pK_A (pH < pK_A) et la forme basique à droite (pH > pK_A).

1. pH = 7,0 < pK_A = 9,2
2. La forme acide NH₄⁺ prédomine.
3. Calcul de contrôle : log([NH₃][NH₄⁺]) = 7,0 − 9,2 = −2,2, donc [NH₃] est environ 160 fois plus petite que [NH₄⁺].

Exercice 6

Réponse : 0,15 mol·L⁻¹

À l’équivalence, on a versé exactement la quantité de HO⁻ nécessaire pour consommer tout l’acide. Avec une réaction mole à mole, les deux quantités sont égales.

1. Quantité de HO⁻ versée : n = c_B × V_E = 0,10 × 15,0 × 10⁻³ = 1,5 × 10⁻³ mol
2. Même quantité d’acide dans le bécher : n_A = 1,5 × 10⁻³ mol
3. c_A = n_AV_A = 1,5 × 10⁻³10,0 × 10⁻³ = 0,15 mol·L⁻¹

Exercice 7

Réponse : 1,5 mmol·L⁻¹

A = ε × ℓ × c : à ε et ℓ fixés, A et c sont proportionnelles. On peut donc utiliser un produit en croix.

1. c2,0 = 0,300,40
2. c = 2,0 × 0,300,40 = 2,0 × 0,75
3. c = 1,5 mmol·L⁻¹

Exercice 8

Réponse : Faux

Un catalyseur accélère une transformation (il réduit sa durée) sans modifier l’état final : à la fin, on obtient la même quantité de produit, mais plus vite. Il est régénéré en fin de réaction et n’apparaît pas dans l’équation bilan.

1. Un catalyseur agit sur la cinétique (vitesse), pas sur l’état final.
2. Pour augmenter la quantité de produit d’une transformation limitée, on peut par exemple utiliser un réactif en excès ou éliminer un produit.

Exercice 9

Réponse : Sens inverse

Q_r,i est plus grand que K : il doit diminuer pour atteindre K. Q_r diminue quand les produits (au numérateur) sont consommés et les réactifs reformés : c’est le sens inverse.

1. Q_r,i = 5,0 > K = 0,80
2. Q_r doit diminuer
3. Évolution spontanée dans le sens inverse
4. Règle : Q_r,i < K → sens direct ; Q_r,i > K → sens inverse ; Q_r,i = K → équilibre.

Exercice 10

Réponse : 17 190 ans

À chaque demi-vie, la quantité de carbone 14 est divisée par 2. On compte le nombre de demi-vies écoulées, puis on multiplie par la demi-vie.

1. 100 % → 50 % → 25 % → 12,5 % : trois divisions par 2
2. Il s’est écoulé 3 demi-vies.
3. t = 3 × 5 730 = 17 190 ans, soit environ 17 000 ans
4. Méthode générale : t = t_1/2ln 2 × ln(N₀N) = 5 730ln 2 × ln 8 = 17 190 ans