Conductivité électrique des solutions

Exercice 1 — Vocabulaire et notations (4 pts)
1. Définition d'un électrolyte (1,5 pt)
Un électrolyte est une substance qui, dissoute dans l'eau, libère des ions et donne une solution conductrice de l'électricité.
Exemples : le chlorure de sodium NaCl (donne Na⁺ et Cl⁻) ; le chlorure de calcium CaCl₂ (donne Ca²⁺ et 2 Cl⁻) ; l'acide chlorhydrique HCl (donne H⁺ et Cl⁻).
Critères : définition correcte (1 pt) + deux exemples valides (0,5 pt).

2. Différence cation / anion (1,5 pt)
Un cation est un ion chargé positivement : il a perdu un ou plusieurs électrons.
Un anion est un ion chargé négativement : il a gagné un ou plusieurs électrons.
Exemples : Na⁺ est un cation (sodium) ; Cl⁻ est un anion (chlorure).
Critères : définition cation + exemple (0,5 pt) ; définition anion + exemple (0,5 pt) ; qualité de la rédaction (0,5 pt).

3. Notation de l'ion carbonate (1 pt)
L'ion carbonate s'écrit : CO₃²⁻
Le groupe CO₃ porte une charge 2−, notée en exposant.

Exercice 2 — Dissolution ionique (5 pts)
1. Équation de dissolution de MgCl₂ (1,5 pt)
MgCl₂ (s) → Mg²⁺ (aq) + 2 Cl⁻ (aq)
Pour chaque formule de MgCl₂ dissoute, on obtient 1 ion magnésium Mg²⁺ et 2 ions chlorure Cl⁻.
Critères : formule de départ correcte (0,5 pt) ; ions produits corrects avec les coefficients (0,5 pt) ; notation (aq) ou équivalent acceptée (0,5 pt).

2. Calcul des concentrations (2 pts)
Données : n(MgCl₂) = 0,4 mol ; V = 2 L.

• Concentration en ions Mg²⁺ :
MgCl₂ → 1 Mg²⁺ par formule
n(Mg²⁺) = 1 × 0,4 = 0,4 mol
C(Mg²⁺) = n/V = 0,4 / 2 = 0,2 mol/L

• Concentration en ions Cl⁻ :
MgCl₂ → 2 Cl⁻ par formule
n(Cl⁻) = 2 × 0,4 = 0,8 mol
C(Cl⁻) = n/V = 0,8 / 2 = 0,4 mol/L
Critères : calcul n(Mg²⁺) correct (0,5 pt) ; C(Mg²⁺) correct (0,5 pt) ; calcul n(Cl⁻) correct (0,5 pt) ; C(Cl⁻) correct (0,5 pt).

3. La solution conduit-elle le courant ? (1,5 pt)
Oui, la solution de MgCl₂ conduit le courant électrique.
Justification : après dissolution, elle contient des ions libres (Mg²⁺ et Cl⁻) qui peuvent se déplacer sous l'effet d'une tension électrique et ainsi transporter les charges. MgCl₂ est donc un électrolyte.
Critères : réponse « oui » (0,5 pt) ; mention des ions libres (0,5 pt) ; justification complète avec le terme électrolyte ou porteurs de charges (0,5 pt).

Exercice 3 — Expérience de conductivité (4 pts)
1. Prédictions de conductivité pour chaque liquide (3 pts)

• Eau distillée : la lampe ne s'allume pas. L'eau distillée ne contient pratiquement aucun ion libre ; sans porteurs de charges, aucun courant ne circule.
• Solution de KCl : la lampe s'allume. KCl est un électrolyte fort : sa dissolution donne des ions K⁺ et Cl⁻ libres qui conduisent le courant.
• Solution de glucose : la lampe ne s'allume pas. Le glucose (C₆H₁₂O₆) est un non-électrolyte : il se dissout sans libérer d'ions.
• Eau du robinet : la lampe s'allume faiblement. L'eau du robinet contient des ions minéraux dissous (Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃⁻, Cl⁻…), ce qui lui confère une légère conductivité.

Exercice 4 — Migration des ions et électrolyse (4 pts)
1. Ions présents dans une solution de AgNO₃ (1 pt)
AgNO₃ (s) → Ag⁺ (aq) + NO₃⁻ (aq)
La solution contient les ions Ag⁺ (ion argent) et NO₃⁻ (ion nitrate).
Critères : Ag⁺ (0,5 pt) ; NO₃⁻ (0,5 pt).

2. Sur quelle électrode se dépose l'argent ? (1,5 pt)
Le dépôt d'argent se forme sur la cathode (électrode négative).
Justification : Ag⁺ est un cation (ion chargé positivement). Sous l'effet de la tension, les cations migrent vers l'électrode de signe opposé, c'est-à-dire vers l'électrode négative (cathode). C'est là que les ions Ag⁺ se déposent sous forme de métal.
Critères : cathode nommée correctement (0,5 pt) ; Ag⁺ identifié comme cation (0,5 pt) ; justification migration (0,5 pt).

3. Conséquence de la diminution des ions Ag⁺ sur la conductivité (1,5 pt)
La conductivité de la solution diminue au cours de l'électrolyse.
Justification : les ions Ag⁺ se déposent sur la cathode et disparaissent de la solution. La concentration en ions diminue. Or la conductivité d'une solution est proportionnelle à sa concentration en ions : moins d'ions signifie moins de porteurs de charges, donc une conductivité plus faible.
Critères : « diminue » (0,5 pt) ; lien avec la diminution de concentration en ions Ag⁺ (0,5 pt) ; lien explicite conductivité ↔ concentration en ions (0,5 pt).

Exercice 5 — Eau et sécurité électrique (3 pts)
1. Danger d'un appareil électrique près d'une baignoire d'eau du robinet (1,5 pt)
L'eau du robinet contient des ions minéraux dissous (Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃⁻, Cl⁻…). Elle est donc conductrice de l'électricité. Si un appareil électrique sous tension tombe dans la baignoire, ou si une personne mouillée touche l'appareil, le courant peut traverser l'eau et le corps humain, provoquant une électrocution potentiellement mortelle.
Critères : eau du robinet conductrice (0,5 pt) ; présence d'ions minéraux mentionnée (0,5 pt) ; conséquence (électrocution) expliquée (0,5 pt).

2. Est-ce aussi dangereux avec de l'eau parfaitement distillée ? (1,5 pt)
Non, ce serait beaucoup moins dangereux.
L'eau parfaitement distillée ne contient pratiquement aucun ion libre ; elle est très peu conductrice (résistivité très élevée). Le courant ne peut pas la traverser de façon significative. Le risque d'électrocution est donc quasi nul avec de l'eau distillée pure.
Attention : en pratique, l'eau se contamine très vite au contact de la peau (sueur contenant des ions) ou de la baignoire ; cette précision de bon niveau peut être valorisée.
Critères : réponse « non » ou « beaucoup moins dangereux » (0,5 pt) ; eau distillée ≈ absence d'ions (0,5 pt) ; eau distillée non conductrice donc pas de courant (0,5 pt).