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Devoir surveillé : acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions

Maths 3ᵉ · un devoir qui mélange 3 chapitres, en 3 niveaux : ★ les bases, ★★ niveau DS classique, ★★★ pour aller plus loin. Sujets et corrigés détaillés, à faire en temps limité puis à corriger.

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Niveau ★ les bases · Durée 55 min · Noté sur 20
55:00
benprofparticulier.frChimie · 3ᵉ

Devoir surveillé – acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions — niveau ★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Trois béchers sur la paillasse

(3 pts)

Trois béchers numérotés 1, 2 et 3 contiennent, dans le désordre, de l’acide chlorhydrique dilué (H⁺ + Cl⁻), de la soude diluée (Na⁺ + HO⁻) et de l’eau salée (Na⁺ + Cl⁻). On ajoute quelques gouttes de BBT dans chacun : le bécher 1 devient bleu, le bécher 2 jaune et le bécher 3 vert. (BBT : jaune si pH < 6,0 ; vert de 6,0 à 7,6 ; bleu si pH > 7,6.)

  1. a)Indique la solution contenue dans chaque bécher. Justifie à l’aide de la couleur du BBT.
  2. b)Dans le bécher 2, quels ions sont majoritaires ? Ce bécher contient-il aussi des ions HO⁻ ? Justifie.
  3. c)On laisse tomber un petit morceau de craie (du calcaire) dans chaque bécher. Dans quel bécher observe-t-on une effervescence ? Nomme le gaz formé et décris le test qui permet de l’identifier.

Exercice 2 – Le lait de magnésie

(4 pts)

Le lait de magnésie est un médicament contre les brûlures d’estomac : de l’hydroxyde de magnésium Mg(OH)₂, un solide ionique, en suspension dans l’eau. Dans l’estomac, il réagit avec les ions H⁺ de l’acide chlorhydrique du suc gastrique : Mg(OH)₂ + … H⁺ → Mg²⁺ + … H₂O.

  1. a)Pour chaque espèce de l’équation, indique s’il s’agit d’un ion, d’une molécule ou d’un solide ionique. Pourquoi Mg(OH)₂ s’écrit-il sans charge ?
  2. b)Complète les deux coefficients, puis vérifie la conservation des atomes et de la charge.
  3. c)Quand 1 200 ions H⁺ sont consommés, combien d’ions Mg²⁺ et combien de molécules d’eau se forment ?
  4. d)Pendant la réaction, le pH du contenu de l’estomac augmente-t-il ou diminue-t-il ? L’estomac devient-il neutre ? Justifie.

Exercice 3 – Un capuchon en aluminium dans l’acide

(4 pts)

Un capuchon de stylo en aluminium tombe dans un bécher ouvert d’acide chlorhydrique. Des bulles se forment, le bécher tiédit et la solution reste incolore. Équation de la réaction : 2 Al + 6 H⁺ → 2 Al³⁺ + 3 H₂. Donnée : 54 g d’aluminium libèrent 6 g de dihydrogène.

  1. a)Décris le test qui identifie le gaz H₂ qui se dégage, et donne son nom. Quelle précaution faut-il prendre près de ce bécher ?
  2. b)Quels ions de l’acide n’apparaissent pas dans l’équation ? Quel réactif permet de montrer que des ions Al³⁺ se sont formés, et qu’observe-t-on ?
  3. c)Combien d’ions H⁺ sont consommés, et combien de molécules de dihydrogène se forment, quand 500 atomes d’aluminium réagissent ?
  4. d)Le capuchon pèse 0,54 g et disparaît entièrement. Calcule la masse de dihydrogène libérée. La balance qui porte le bécher indique-t-elle une masse plus petite à la fin ? Justifie.

Exercice 4 – Suivre une neutralisation au BBT

(5 pts)

Dans 10 mL d’acide chlorhydrique additionné de BBT, on verse de la soude peu à peu, en agitant. (BBT : jaune si pH < 6,0 ; vert de 6,0 à 7,6 ; bleu si pH > 7,6.)
Soude versée (mL) : 0 ; 6 ; 12 ; 12,5 ; 13 ; 18.
Couleur du BBT : jaune ; jaune ; jaune ; vert ; bleu ; bleu.

  1. a)Écris l’équation de la réaction et nomme les ions spectateurs.
  2. b)Quel est le volume de soude versé à la neutralisation exacte ? Justifie.
  3. c)Quel ion est en excès dans le bécher après 6 mL de soude ? après 18 mL ? Justifie à l’aide des couleurs.
  4. d)Quel volume de la même soude faudrait-il pour neutraliser exactement 30 mL du même acide ? Justifie.
  5. e)Un élève propose de remplacer la soude par de l’eau : « en ajoutant assez d’eau, le BBT finira par devenir bleu ». A-t-il raison ? Justifie.

Exercice 5 – Diluer un acide pour un TP

(4 pts)

Pour un TP, le professeur verse 30 mL d’acide chlorhydrique de pH 1,0 dans 120 mL d’eau.

  1. a)Calcule le volume final du mélange. Combien de fois l’acide a-t-il été dilué ?
  2. b)Dans un modèle, une goutte de l’acide de départ contient 50 000 ions H⁺. Combien d’ions H⁺ contient une goutte de même volume du mélange ? Combien d’ions chlorure Cl⁻ cette goutte contient-elle ? Justifie.
  3. c)Le pH du mélange est-il plus grand ou plus petit que 1,0 ? Pourrait-il dépasser 7 si l’on ajoutait encore beaucoup d’eau ? Justifie.
  4. d)Pour mesurer le pH du mélange au dixième près, faut-il utiliser du papier pH ou un pH-mètre ? Justifie, et donne la précaution à prendre avant la première mesure.

Bon courage !

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

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Corrigé et barème – acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions — niveau ★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ

Exercice 1 – Trois béchers sur la paillasse

(3 pts)
  1. a)Bécher 2 : BBT jaune, pH inférieur à 6,0, solution acide : l’acide chlorhydrique. Bécher 1 : BBT bleu, pH supérieur à 7,6, solution basique : la soude (0,5 pt). Bécher 3 : BBT vert, pH entre 6,0 et 7,6 ; il reste l’eau salée, neutre (pH 7), qui convient. (0,5 pt) (1)
  2. b)Le bécher 2 est acide : les ions H⁺ y sont plus nombreux que les ions HO⁻ (0,5 pt). Il contient quelques ions HO⁻ : toute solution aqueuse contient les deux sortes d’ions, une solution acide n’en a jamais « aucun ». (0,5 pt) (1)
  3. c)Dans le bécher 2, l’acide : le calcaire réagit avec les ions H⁺ (0,5 pt). Le gaz est du dioxyde de carbone : recueilli et mis au contact de l’eau de chaux, il la trouble. (0,5 pt) (1)

Méthode — je place la couleur sur la zone de virage de l’indicateur : jaune, vert ou bleu dit seulement dans quelle zone se trouve le pH, pas sa valeur exacte.

Exercice 2 – Le lait de magnésie

(4 pts)
  1. a)Mg(OH)₂ : solide ionique ; H⁺ et Mg²⁺ : ions ; H₂O : molécule (0,5 pt). Mg(OH)₂ contient un ion Mg²⁺ pour deux ions HO⁻ : autant de charges + que de charges −, sa charge totale est nulle. (0,5 pt) (1)
  2. b)Mg(OH)₂ + 2 H⁺ → Mg²⁺ + 2 H₂O (0,5 pt). Mg : 1 et 1 ; O : 2 et 2 ; H : 2 + 2 = 4 à gauche, 2 × 2 = 4 à droite ; charge : 2 × (+1) = +2 à gauche, +2 à droite. (0,5 pt) (1)
  3. c)2 ions H⁺ pour 1 ion Mg²⁺ et 2 molécules d’eau : 1 200 ÷ 2 = 600 ions Mg²⁺ (0,5 pt) et 600 × 2 = 1 200 molécules d’eau. (0,5 pt) (1)
  4. d)Les ions H⁺ sont consommés : il en reste moins, le pH augmente (0,5 pt). L’estomac ne devient pas neutre : l’antiacide consomme seulement l’excès d’acide, le contenu de l’estomac reste acide, ce qui est nécessaire à la digestion. (0,5 pt) (1)

Piège — un solide ionique comme Mg(OH)₂ ne porte pas de charge dans l’équation, alors qu’il est fait d’ions : ses charges + et − se compensent.

Exercice 3 – Un capuchon en aluminium dans l’acide

(4 pts)
  1. a)Du dihydrogène H₂ : il produit une petite détonation à l’approche d’une flamme (0,5 pt). Précaution : aucune flamme près du bécher (sauf pour le test, avec une petite quantité), car le dihydrogène s’enflamme ; lunettes et gants. (0,5 pt) (1)
  2. b)Les ions chlorure Cl⁻ : ils sont spectateurs (0,5 pt). Quelques gouttes de soude donnent avec les ions Al³⁺ un précipité blanc. (0,5 pt) (1)
  3. c)6 ions H⁺ et 3 molécules H₂ pour 2 atomes Al : 500 ÷ 2 = 250 fois l’équation ; 250 × 6 = 1 500 ions H⁺ (0,5 pt) et 250 × 3 = 750 molécules H₂. (0,5 pt) (1)
  4. d)0,54 × 6 ÷ 54 = 0,06 g de dihydrogène (0,5 pt). Oui : le bécher est ouvert, le dihydrogène s’en échappe, la masse affichée baisse de 0,06 g ; l’aluminium, lui, reste dans la solution sous forme d’ions Al³⁺. (0,5 pt) (1)

Astuce — pour lire une équation en nombres, je divise le nombre donné par son coefficient : j’obtiens combien de fois l’équation se répète, puis je multiplie chaque coefficient par ce nombre.

Exercice 4 – Suivre une neutralisation au BBT

(5 pts)
  1. a)H⁺ + HO⁻ → H₂O (0,5 pt) ; les ions Na⁺ et Cl⁻ sont spectateurs. (0,5 pt) (1)
  2. b)12,5 mL (0,5 pt) : c’est là que le BBT est vert ; les ions H⁺ et HO⁻ ont réagi en quantités égales. (0,5 pt) (1)
  3. c)À 6 mL, BBT jaune : il reste des ions H⁺ en excès (0,5 pt). À 18 mL, BBT bleu : la soude est en excès, ce sont les ions HO⁻. (0,5 pt) (1)
  4. d)Le volume au virage est proportionnel à la quantité d’acide : 30 mL, c’est 3 fois 10 mL (0,5 pt), donc 12,5 × 3 = 37,5 mL. (0,5 pt) (1)
  5. e)Non (0,5 pt) : diluer un acide rapproche son pH de 7 sans jamais le dépasser ; l’eau n’apporte pas d’ions HO⁻ qui réagiraient avec les ions H⁺. Le mélange reste acide, le BBT ne deviendra jamais bleu. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — prendre pour volume au virage le premier volume où le BBT est bleu : bleu veut dire « base en excès » ; c’est le vert qui signale la neutralisation exacte.

Exercice 5 – Diluer un acide pour un TP

(4 pts)
  1. a)30 + 120 = 150 mL (0,5 pt) ; 150 ÷ 30 = 5 : l’acide est dilué 5 fois. (0,5 pt) (1)
  2. b)Dilué 5 fois : chaque goutte contient 5 fois moins d’ions, 50 000 ÷ 5 = 10 000 ions H⁺ (0,5 pt). La solution est électriquement neutre et chaque ion H⁺ (une charge +) est accompagné d’un ion Cl⁻ (une charge −) : 10 000 ions Cl⁻. (0,5 pt) (1)
  3. c)Plus grand : un acide dilué est moins acide (0,5 pt). Non : une dilution rapproche le pH de 7 sans jamais le dépasser ; l’acide dilué reste acide. (0,5 pt) (1)
  4. d)Un pH-mètre : il affiche le pH au dixième, alors que le papier pH, comparé à un nuancier, ne le donne qu’à une unité près environ (0,5 pt). Avant la première mesure, on l’étalonne avec des solutions de pH connu. (0,5 pt) (1)

Astuce — nombre de fois qu’une solution est diluée = volume final ÷ volume de départ ; une goutte de la solution diluée contient autant de fois moins de chaque ion.

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Niveau ★★ niveau DS classique · Durée 55 min · Noté sur 20
55:00
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Devoir surveillé – acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions — niveau ★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Doser un détartrant pour WC

(4 pts)

Un détartrant pour WC contient de l’acide chlorhydrique. Pour le doser, on prépare d’abord 200 mL de détartrant dilué 20 fois. Dans 10,0 mL de cette solution diluée additionnée de BBT, on verse ensuite de la soude : le BBT reste jaune jusqu’à 11,5 mL, devient vert à 12,0 mL et bleu à 12,5 mL.

  1. a)Calcule le volume de détartrant et le volume d’eau à utiliser pour préparer les 200 mL de solution diluée. Cite deux précautions à prendre pour cette préparation.
  2. b)Quel est le volume de soude au virage ? Explique, à l’aide des ions H⁺ et HO⁻, pourquoi le BBT est jaune à 11,5 mL et bleu à 12,5 mL.
  3. c)Un second détartrant, dilué de la même façon, demande 16,8 mL de la même soude pour 10,0 mL de solution diluée. Lequel des deux détartrants est le plus concentré, et combien de fois plus ? Justifie.
  4. d)Quel volume de cette soude aurait-il fallu pour neutraliser 10,0 mL du premier détartrant non dilué ? Explique pourquoi on a d’abord dilué le détartrant.

Exercice 2 – Compter les ions d’un mélange

(4 pts)

Dans un modèle, on compte les ions de deux petits volumes : le volume A d’acide chlorhydrique contient 9 600 ions H⁺ et 9 600 ions Cl⁻ ; le volume B de soude contient 6 400 ions Na⁺ et 6 400 ions HO⁻. On mélange les deux.

  1. a)Écris l’équation de la réaction. Quel ion s’épuise ? Justifie par un calcul. Combien de molécules d’eau se forment ?
  2. b)Fais la liste des ions présents à la fin, avec leur nombre. Vérifie que le mélange est électriquement neutre.
  3. c)Le mélange est-il acide, neutre ou basique ? Quelle couleur prend le BBT ? Justifie.
  4. d)Combien d’ions HO⁻ faut-il encore ajouter pour obtenir la neutralisation exacte ? Quel volume de la même soude cela représente-t-il, en fonction du volume B ?

Exercice 3 – La magnésie des grimpeurs

(4 pts)

La « magnésie » des grimpeurs est surtout du carbonate de magnésium MgCO₃, une poudre blanche. Sur une balance, on pose un bécher ouvert d’acide chlorhydrique et une coupelle contenant 2,10 g de magnésie : la balance indique 158,40 g. On verse la magnésie dans l’acide, en excès : une effervescence se produit et la poudre disparaît. Donnée : 84 g de carbonate de magnésium libèrent 44 g de dioxyde de carbone. On admet que la magnésie est du carbonate de magnésium pur et que tout le gaz formé quitte le bécher.

  1. a)Décris le test qui confirme la nature du gaz formé. Si l’on remplaçait la magnésie par de la poudre de zinc, quel gaz obtiendrait-on, et quel test le montrerait ?
  2. b)Écris l’équation de la réaction de MgCO₃ avec les ions H⁺, sur le modèle de celle du calcaire, puis vérifie la conservation des atomes et de la charge.
  3. c)Calcule la masse de gaz formée, puis la masse affichée par la balance à la fin.
  4. d)Un grimpeur dit : « La magnésie a disparu : sa masse est perdue. » Explique où sont passés les atomes de magnésium, de carbone et d’oxygène.

Exercice 4 – Corriger la copie de Yanis

(4 pts)

Chaque phrase de la copie de Yanis contient une erreur. Explique-la, puis écris ce qu’il fallait écrire.

  1. a)« Pour ajuster Mg + H⁺ → Mg²⁺ + H₂, j’écris Mg + H₂⁺ → Mg²⁺ + H₂. »
  2. b)« L’argent est attaqué par l’acide chlorhydrique : 2 Ag + 2 H⁺ → 2 Ag⁺ + H₂. La preuve : cette équation est ajustée. »
  3. c)« Quand on neutralise de l’acide chlorhydrique par la soude, les ions Na⁺ et Cl⁻ réagissent ensemble : c’est pour cela qu’on obtient du chlorure de sodium. »
  4. d)« Le fer est attaqué par l’acide chlorhydrique : Fe + 2 H⁺ → Fe³⁺ + H₂. J’ai vérifié : 1 atome de fer et 2 atomes d’hydrogène de chaque côté. »

Exercice 5 – Fabriquer un engrais

(4 pts)

Au laboratoire, on prépare du sulfate de potassium K₂SO₄, un engrais, en versant de la potasse (K⁺ + HO⁻) dans de l’acide sulfurique (2 H⁺ + SO₄²⁻) additionné de BBT, jusqu’à ce que le BBT devienne vert. On évapore ensuite l’eau. Donnée : 96 g d’ions sulfate donnent 174 g de sulfate de potassium.

  1. a)Quels ions réagissent ? Lesquels sont spectateurs ? Explique pourquoi le sel formé s’écrit K₂SO₄ et non KSO₄.
  2. b)Dans un modèle, un petit volume de l’acide contient 3 500 ions SO₄²⁻. Combien contient-il d’ions H⁺ ? Combien d’ions K⁺ la potasse versée dans ce volume jusqu’au virage apporte-t-elle ? Justifie.
  3. c)La solution d’acide contient 2,40 g d’ions sulfate. Calcule la masse de sulfate de potassium obtenue après évaporation.
  4. d)Pourquoi faut-il s’arrêter exactement quand le BBT devient vert ? Que contiendrait le solide si l’on avait versé trop de potasse, et pourquoi serait-ce gênant ?

Bon courage !

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Corrigé et barème – acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions — niveau ★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ

Exercice 1 – Doser un détartrant pour WC

(4 pts)
  1. a)Dilué 20 fois : 200 ÷ 20 = 10 mL de détartrant (0,5 pt) et 200 − 10 = 190 mL d’eau. Précautions : lunettes, gants et blouse (produit corrosif) ; verser le détartrant dans l’eau, jamais l’inverse. (0,5 pt) (1)
  2. b)12,0 mL (0,5 pt). À 11,5 mL, il reste des ions H⁺ en excès : le mélange est acide, BBT jaune. À 12,5 mL, tous les ions H⁺ ont réagi et les ions HO⁻ versés en plus sont en excès : mélange basique, BBT bleu. (0,5 pt) (1)
  3. c)Même volume de solution diluée, mais 16,8 ÷ 12,0 = 1,4 fois plus de soude (0,5 pt) : il contient 1,4 fois plus d’ions H⁺, le second détartrant est 1,4 fois plus concentré. (0,5 pt) (1)
  4. d)Le détartrant pur est 20 fois plus concentré que la solution diluée : 12,0 × 20 = 240 mL de soude (0,5 pt). On le dilue pour pouvoir doser avec une burette (quelques dizaines de millilitres) et pour manipuler un produit beaucoup moins corrosif. (0,5 pt) (1)

Méthode — avec la même base, le volume au virage est proportionnel à la quantité d’acide : pour un même volume d’acide, deux fois plus de soude au virage veut dire un acide deux fois plus concentré.

Exercice 2 – Compter les ions d’un mélange

(4 pts)
  1. a)H⁺ + HO⁻ → H₂O, un pour un ; les 9 600 ions H⁺ demanderaient 9 600 ions HO⁻ : il n’y en a que 6 400, les ions HO⁻ s’épuisent (0,5 pt). Ils réagissent avec 6 400 ions H⁺ : il se forme 6 400 molécules d’eau. (0,5 pt) (1)
  2. b)H⁺ : 9 600 − 6 400 = 3 200 ; Cl⁻ : 9 600 ; Na⁺ : 6 400 (spectateurs, inchangés) (0,5 pt). Charges + : 3 200 + 6 400 = 9 600 ; charges − : 9 600 : le mélange est neutre électriquement. (0,5 pt) (1)
  3. c)Il reste des ions H⁺ et plus aucun ion HO⁻ apporté par la soude : les ions H⁺ sont majoritaires, le mélange est acide (0,5 pt) ; le BBT est jaune. (0,5 pt) (1)
  4. d)Il faut encore 3 200 ions HO⁻ (0,5 pt). Le volume B en apporte 6 400 : il faut 3 200 ÷ 6 400 = la moitié du volume B. (0,5 pt) (1)

Piège — le mot « neutralisation » ne promet pas un mélange neutre : je compare les nombres d’ions H⁺ et HO⁻ apportés pour savoir lequel reste en excès.

Exercice 3 – La magnésie des grimpeurs

(4 pts)
  1. a)On fait barboter le gaz dans l’eau de chaux : elle se trouble, c’est du dioxyde de carbone, comme pour tout carbonate (0,5 pt). Avec le zinc, un métal attaqué, on obtiendrait du dihydrogène, qui produit une petite détonation à l’approche d’une flamme. (0,5 pt) (1)
  2. b)MgCO₃ + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂O + CO₂ (0,5 pt). Mg : 1 et 1 ; C : 1 et 1 ; O : 3 et 1 + 2 = 3 ; H : 2 et 2 ; charge : +2 (2 ions H⁺) et +2 (ion Mg²⁺). (0,5 pt) (1)
  3. c)2,10 × 44 ÷ 84 = 1,10 g de dioxyde de carbone (0,5 pt) ; à la fin : 158,40 − 1,10 = 157,30 g. (0,5 pt) (1)
  4. d)Rien n’est détruit (0,5 pt) : le magnésium est resté dans la solution sous forme d’ions Mg²⁺ ; le carbone est parti dans le dioxyde de carbone ; l’oxygène se retrouve dans le dioxyde de carbone et dans l’eau formée. Seul le gaz a quitté le bécher. (0,5 pt) (1)

Astuce — tous les carbonates réagissent comme le calcaire : l’ion du métal, de l’eau et du dioxyde de carbone ; je change seulement le métal et je vérifie la charge de son ion.

Exercice 4 – Corriger la copie de Yanis

(4 pts)
  1. a)Il a inventé l’ion « H₂⁺ » : on ne change jamais une formule ni une charge, seulement les coefficients (0,5 pt). Mg + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂ : H 2 et 2 ; charge +2 et +2. (0,5 pt) (1)
  2. b)Une équation qui conserve atomes et charge ne prouve pas qu’une réaction a lieu : c’est l’expérience qui le dit (0,5 pt). Dans l’acide chlorhydrique, l’argent reste brillant, sans bulle : il n’est pas attaqué, il n’y a pas de réaction. (0,5 pt) (1)
  3. c)Les ions Na⁺ et Cl⁻ sont spectateurs : seuls les ions H⁺ et HO⁻ réagissent, H⁺ + HO⁻ → H₂O (0,5 pt). Le chlorure de sodium n’apparaît, en solide, que si l’on évapore l’eau : les ions spectateurs restés dissous forment alors le sel. (0,5 pt) (1)
  4. d)Yanis n’a vérifié que les atomes : la charge vaut +2 à gauche et +3 à droite, l’écriture n’est pas ajustée ; et le fer attaqué par un acide donne des ions fer (II) Fe²⁺, pas Fe³⁺ (0,5 pt). Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂ : Fe 1 et 1 ; H 2 et 2 ; charge +2 et +2 (« 2 Fe + 6 H⁺ → 2 Fe³⁺ + 3 H₂ », ajustée mais avec le mauvais ion, ne rapporte pas ce demi-point). (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — croire qu’une équation « qui tombe juste » suffit : il faut les vraies espèces de la réaction, des formules et des charges intactes, et une réaction qui a vraiment lieu.

Exercice 5 – Fabriquer un engrais

(4 pts)
  1. a)Les ions H⁺ de l’acide et HO⁻ de la potasse réagissent (H⁺ + HO⁻ → H₂O) ; K⁺ et SO₄²⁻ sont spectateurs (0,5 pt). Le sel est électriquement neutre : un ion SO₄²⁻ porte deux charges −, il faut deux ions K⁺ (une charge + chacun) pour les compenser. (0,5 pt) (1)
  2. b)Deux ions H⁺ par ion sulfate : 3 500 × 2 = 7 000 ions H⁺ (0,5 pt). Au virage, il a fallu 7 000 ions HO⁻, apportés avec 7 000 ions K⁺ (un ion K⁺ par ion HO⁻). (0,5 pt) (1)
  3. c)Masse de sel = 2,40 × 174 ÷ 96 (0,5 pt) = 4,35 g de sulfate de potassium. (0,5 pt) (1)
  4. d)Au virage, les ions H⁺ et HO⁻ ont réagi en quantités égales : il ne reste que les ions K⁺ et SO₄²⁻, le sel est pur (0,5 pt). Avec trop de potasse, le solide contiendrait aussi de l’hydroxyde de potassium, une base corrosive, mélangée à l’engrais. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour écrire un sel, j’associe les ions spectateurs en nombres qui compensent leurs charges : l’anion de l’acide et le cation de la base.

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Niveau ★★★ pour aller plus loin · Durée 55 min · Noté sur 20
55:00
benprofparticulier.frChimie · 3ᵉ

Devoir surveillé – acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions — niveau ★★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Problème — la pièce creuse

(5 pts)

Depuis 1982, la pièce de 1 cent des États-Unis pèse 2,5 g : c’est un cœur de zinc recouvert d’une fine couche de cuivre, le cuivre représentant 2,5 % de sa masse. On lime le bord d’une pièce, puis on la plonge dans de l’acide chlorhydrique en excès. Pendant des heures, des bulles sortent par l’entaille ; à la fin, il reste une coquille de cuivre vide. Donnée : 65 g de zinc libèrent 2 g de dihydrogène.

  1. a)Pourquoi faut-il limer le bord de la pièce avant de la plonger dans l’acide ? Comment vérifier que les bulles sont du dihydrogène ?
  2. b)Écris l’équation de la réaction qui a lieu. Où se trouve le zinc à la fin de l’expérience ?
  3. c)Calcule la masse de zinc de la pièce, puis la masse de dihydrogène libérée quand tout le zinc a réagi.
  4. d)Un élève écrit : « La pièce a perdu 2,44 g : il s’est donc dégagé 2,44 g de gaz. » Corrige son raisonnement.
  5. e)Les pièces de 1, 2 et 5 centimes d’euro sont en acier (surtout du fer) recouvert de cuivre. Limée puis plongée dans l’acide, une telle pièce donne une solution vert pâle. Explique cette couleur, écris l’équation et donne un test qui la confirme.

Exercice 2 – Calcaire ou dolomie ?

(5 pts)

Deux roches blanches se ressemblent : le calcaire, CaCO₃, et la dolomie, CaMg(CO₃)₂, un carbonate double de calcium et de magnésium. On réduit en poudre 3,68 g d’une de ces roches et on la fait réagir entièrement avec de l’acide chlorhydrique chaud, en excès : il se dégage 1,76 g de dioxyde de carbone. Données : 100 g de calcaire libèrent 44 g de dioxyde de carbone ; 184 g de dolomie en libèrent 88 g.

  1. a)Ajuste l’équation CaMg(CO₃)₂ + … H⁺ → Ca²⁺ + Mg²⁺ + … H₂O + … CO₂, puis vérifie la conservation des atomes et de la charge.
  2. b)Calcule la masse de dioxyde de carbone qu’auraient libérée 3,68 g de calcaire pur, puis 3,68 g de dolomie pure. Quelle est la roche ? Justifie.
  3. c)Quand de la dolomie forme 3 000 molécules de dioxyde de carbone, combien d’ions H⁺ consomme-t-elle ? Combien d’ions Ca²⁺ et Mg²⁺ apparaissent ?
  4. d)Pour corriger un sol trop acide, on peut épandre du calcaire broyé ou de la dolomie broyée. Pour consommer le même nombre d’ions H⁺, faut-il une masse de dolomie plus grande ou plus petite que la masse de calcaire ? Justifie à l’aide des données.
  5. e)À la fin, comment vérifier que l’acide était bien en excès ? Pendant la réaction, le pH de l’acide a pourtant changé : dans quel sens ? Justifie.

Exercice 3 – Deux bases pour un acide

(5 pts)

Dans un modèle, on compte les ions d’une goutte de trois solutions : une goutte d’acide chlorhydrique contient 1 500 ions H⁺ ; une goutte de soude contient 1 000 ions Na⁺ ; une goutte d’eau de chaux contient 1 000 ions Ca²⁺. Chaque solution est électriquement neutre et ne contient pas d’autres ions que ceux de sa formule : (H⁺ + Cl⁻), (Na⁺ + HO⁻), (Ca²⁺ + 2 HO⁻).

  1. a)Combien d’ions chlorure contient une goutte d’acide ? Combien d’ions HO⁻ contient une goutte de soude ? une goutte d’eau de chaux ? Justifie.
  2. b)Combien faut-il de gouttes de soude pour neutraliser exactement 20 gouttes d’acide ? Et de gouttes d’eau de chaux ?
  3. c)On mélange 20 gouttes d’acide et 12 gouttes d’eau de chaux. Donne le nombre de chaque sorte d’ion à la fin, le caractère du mélange et la couleur du BBT, et vérifie que le mélange est électriquement neutre.
  4. d)On termine la neutralisation avec la soude. Combien de gouttes faut-il ajouter ? Quels ions le mélange neutre contient-il alors ?
  5. e)On recommence en diluant d’abord les 20 gouttes d’acide dans beaucoup d’eau. Faut-il toujours le même nombre de gouttes d’eau de chaux pour la neutralisation exacte ? Justifie.

Exercice 4 – Vrai ou faux ?

(5 pts)

Pour chaque affirmation, réponds « vrai » ou « faux », puis justifie à l’aide du cours (avec une équation ou un calcul quand il le faut).

  1. a)« Une solution qui contient des ions H⁺ est forcément acide. »
  2. b)« Une solution de pH 6,9 est acide, même si le BBT y est vert. »
  3. c)« L’écriture Al + 3 H⁺ → Al³⁺ + H₂ n’est pas ajustée, car elle ne conserve pas la charge. »
  4. d)« Pour former le même nombre de molécules de dihydrogène avec un acide, il faut moins d’atomes d’aluminium que d’atomes de magnésium. »
  5. e)« On pourrait préparer une solution acide qui ne contienne, en plus de l’eau, que des ions H⁺. »

Bon courage !

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Voir le corrigé et le barème
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Corrigé et barème – acides, bases et réactions : pH, réactions des acides et équations avec des ions — niveau ★★★

Durée : 55 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ

Exercice 1 – Problème — la pièce creuse

(5 pts)
  1. a)Le cuivre n’est pas attaqué par l’acide chlorhydrique : intacte, la couche de cuivre protège le zinc. L’entaille met le zinc au contact de l’acide (0,5 pt). On approche une flamme du gaz recueilli dans un tube : une petite détonation montre que c’est du dihydrogène. (0,5 pt) (1)
  2. b)Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂ (0,5 pt). Le zinc n’a pas disparu : il est dans la solution, sous forme d’ions Zn²⁺. (0,5 pt) (1)
  3. c)Zinc : 2,5 × (100 − 2,5) ÷ 100 = 2,4375 g, soit environ 2,44 g (0,5 pt). Dihydrogène : 2,4375 × 2 ÷ 65 = 0,075 g. (0,5 pt) (1)
  4. d)Le zinc perdu par la pièce n’est pas parti en gaz : ses atomes sont devenus des ions Zn²⁺ dissous, de même masse à peu près, car les électrons perdus sont très légers (0,5 pt). Seul le dihydrogène quitte le bécher : environ 0,075 g, plus de 30 fois moins que 2,44 g. (0,5 pt) (1)
  5. e)Le fer de l’acier est attaqué : il se forme des ions fer (II) Fe²⁺, qui colorent la solution en vert pâle (0,5 pt). Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂ ; avec la soude, la solution donne un précipité vert. (0,5 pt) (1)

Piège — un métal qui « disparaît » dans un acide ne perd pas sa masse : seul le gaz quitte le récipient, le métal reste dans la solution sous forme d’ions.

Exercice 2 – Calcaire ou dolomie ?

(5 pts)
  1. a)CaMg(CO₃)₂ + 4 H⁺ → Ca²⁺ + Mg²⁺ + 2 H₂O + 2 CO₂ (0,5 pt). Ca : 1 et 1 ; Mg : 1 et 1 ; C : 2 et 2 ; O : 6 et 2 + 4 = 6 ; H : 4 et 2 × 2 = 4 ; charge : +4 à gauche, +2 + 2 = +4 à droite. (0,5 pt) (1)
  2. b)Calcaire : 3,68 × 44 ÷ 100 ≈ 1,62 g ; dolomie : 3,68 × 88 ÷ 184 = 1,76 g (0,5 pt). On a mesuré 1,76 g : la roche est de la dolomie. (0,5 pt) (1)
  3. c)D’après l’équation, 4 ions H⁺ pour 2 molécules CO₂, soit 2 ions H⁺ par molécule : 3 000 × 2 = 6 000 ions H⁺ (0,5 pt). 1 ion Ca²⁺ et 1 ion Mg²⁺ pour 2 CO₂ : 1 500 ions Ca²⁺ et 1 500 ions Mg²⁺. (0,5 pt) (1)
  4. d)Dans les deux réactions, chaque molécule de CO₂ formée correspond à 2 ions H⁺ consommés : à masse de CO₂ égale, même nombre d’ions H⁺. 44 g de CO₂ viennent de 100 g de calcaire, ou de 184 ÷ 2 = 92 g de dolomie (0,5 pt). Il faut donc une masse de dolomie un peu plus petite (92 g au lieu de 100 g). (0,5 pt) (1)
  5. e)On ajoute un peu de BBT : il reste jaune (pH inférieur à 6,0), il reste des ions H⁺ ; ou un petit morceau de roche mousse encore (0,5 pt). Le pH a augmenté pendant la réaction, car la roche a consommé des ions H⁺ ; il est resté inférieur à 7, puisque l’acide était en excès. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour comparer deux réactifs qui consomment des ions H⁺, je ramène les données à une même quantité de produit (ici 44 g de CO₂) : les masses deviennent directement comparables.

Exercice 3 – Deux bases pour un acide

(5 pts)
  1. a)Neutralité : 1 500 ions Cl⁻ par goutte d’acide (0,5 pt) ; 1 000 ions HO⁻ par goutte de soude ; 2 000 ions HO⁻ par goutte d’eau de chaux, car un ion Ca²⁺ porte deux charges +. (0,5 pt) (1)
  2. b)20 gouttes d’acide : 20 × 1 500 = 30 000 ions H⁺, qui demandent 30 000 ions HO⁻. Soude : 30 000 ÷ 1 000 = 30 gouttes (0,5 pt) ; eau de chaux : 30 000 ÷ 2 000 = 15 gouttes. (0,5 pt) (1)
  3. c)12 gouttes apportent 12 × 2 000 = 24 000 ions HO⁻, tous consommés : H⁺ : 30 000 − 24 000 = 6 000 ; Cl⁻ : 30 000 ; Ca²⁺ : 12 000 (0,5 pt). Mélange acide, BBT jaune ; charges + : 6 000 + 2 × 12 000 = 30 000 = charges −. (0,5 pt) (1)
  4. d)Il reste 6 000 ions H⁺ : 6 000 ÷ 1 000 = 6 gouttes de soude (0,5 pt). À la fin : 30 000 ions Cl⁻, 12 000 ions Ca²⁺ et 6 000 ions Na⁺ (charges + : 24 000 + 6 000 = 30 000), et très peu d’ions H⁺ et HO⁻, en nombres égaux. (0,5 pt) (1)
  5. e)Oui (0,5 pt) : diluer ne change pas le nombre d’ions H⁺ des 20 gouttes, il les répartit seulement dans plus d’eau ; il faut toujours 30 000 ions HO⁻, donc 15 gouttes d’eau de chaux. (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — compter les gouttes de base au lieu des ions HO⁻ : une goutte d’eau de chaux, avec ses ions Ca²⁺ à deux charges +, apporte deux fois plus d’ions HO⁻ qu’une goutte de soude au même nombre de cations.

Exercice 4 – Vrai ou faux ?

(5 pts)
  1. a)Faux (0,5 pt) : toute solution aqueuse contient des ions H⁺ et des ions HO⁻ ; une solution basique contient quelques ions H⁺, mais les ions HO⁻ y sont majoritaires. Seule une solution où les ions H⁺ sont majoritaires est acide. (0,5 pt) (1)
  2. b)Vrai (0,5 pt) : 6,9 est inférieur à 7, la solution est (légèrement) acide ; le BBT est vert entre 6,0 et 7,6, il ne dit pas si le pH est au-dessus ou au-dessous de 7. (0,5 pt) (1)
  3. c)Faux (0,5 pt) : la charge est conservée (+3 de chaque côté) ; ce sont les atomes d’hydrogène qui ne le sont pas (3 et 2). Écriture ajustée : 2 Al + 6 H⁺ → 2 Al³⁺ + 3 H₂. (0,5 pt) (1)
  4. d)Vrai (0,5 pt) : Mg + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂ donne 1 molécule H₂ par atome Mg ; 2 Al + 6 H⁺ → 2 Al³⁺ + 3 H₂ en donne 3 pour 2 atomes Al. Pour 3 000 molécules H₂ : 3 000 atomes Mg, mais 2 000 atomes Al seulement. (0,5 pt) (1)
  5. e)Faux (0,5 pt) : une solution est toujours électriquement neutre ; les charges + des ions H⁺ sont compensées par des anions (Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻…), qui restent spectateurs dans les réactions de l’acide. (0,5 pt) (1)

Astuce — pour juger une affirmation, je cherche un contre-exemple précis (une solution, une équation, des nombres) ; si je n’en trouve pas, je prouve qu’elle est vraie par l’équation ou par un calcul.

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Les chapitres de ce devoir 3 chapitres

Avant le devoir : relis le cours, refais les exercices et le devoir surveillé de chaque chapitre.

pH : solutions acides, neutres et basiques
Les réactions acido-basiques
Écriture et équilibrage des équations chimiques
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