Transformations chimiques : évolution d'un système vers un état final

Exercice 1. Décomposition du calcaire en enceinte fermée ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Khôlle

On étudie $$\mathrm{CaCO_3(s) = CaO(s) + CO_2(g)},$$ avec $K^\circ = 0{,}20$ à $1073~\mathrm{K}$.

Une enceinte vide et rigide de $10{,}0~\mathrm{L}$ est maintenue à cette température.

On y introduit d'abord $0{,}050~\mathrm{mol}$ de $\mathrm{CaCO_3}$, puis, dans une autre expérience, $0{,}010~\mathrm{mol}$.

Déterminer l'état final dans chaque cas.

Exercice 2. Mélange d'acide éthanoïque et d'ammoniac ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Khôlle

On mélange $50~\mathrm{mL}$ d'acide éthanoïque et $50~\mathrm{mL}$ d'ammoniac, tous deux à $0{,}20~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Les $\mathrm{p}K_a$ valent $4{,}8$ et $9{,}2$.

Donner l'équation, sa constante, la composition finale et le pH.

Exercice 4. Formes de la glycine et de la lysine ★

Application du cours · 15 min · Khôlle

Donner les formes majoritaires de la glycine ($\mathrm{p}K_a$ de $2{,}3$ et $9{,}6$) à pH $1$, $7$ et $12$, puis calculer son pI.

Même question pour le pI de la lysine ($\mathrm{p}K_a$ de $2{,}2$, $9{,}0$ et $10{,}5$).

Indiquer comment obtenir le pI numériquement.

Exercice 3. Acide faible et dilution ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Khôlle

Calculer $\tau$ et le pH d'une solution d'acide éthanoïque à $0{,}10~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, puis à $1{,}0\cdot 10^{-3}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

L'acide est-il fort ou faible ?

Exercice 10. Une réaction suffit-elle ? ★★★

Approfondissement · 40 min · Écrit ENS, plus exigeant

Une solution de carbonate de sodium est à $1{,}0\cdot 10^{-2}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Les $\mathrm{p}K_a$ valent $6{,}4$ et $10{,}3$.

Calculer le pH en modélisant la transformation par une seule réaction, puis valider ce modèle.

Exercice 5. Efficacité d'un tampon ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Écrit Agro-Véto

Une solution de $100~\mathrm{mL}$ contient $0{,}010~\mathrm{mol}$ d'acide éthanoïque et $0{,}010~\mathrm{mol}$ d'éthanoate.

On ajoute $1{,}0~\mathrm{mL}$ d'acide chlorhydrique à $1{,}0~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Comparer la variation de pH à celle obtenue dans $100~\mathrm{mL}$ d'eau pure.

Discuter ensuite une dilution, puis le cas du sang.

Exercice 6. Titrage des ions fer(II) par le permanganate ★

Application du cours · 15 min · Khôlle, séance de travaux pratiques

On dose $20{,}0~\mathrm{mL}$ d'une solution de $\mathrm{Fe^{2+}}$ en milieu acide par du permanganate de potassium à $0{,}020~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

L'équivalence est obtenue pour $12{,}5~\mathrm{mL}$.

Données : $$E^\circ(\mathrm{MnO_4^-/Mn^{2+}}) = 1{,}51~\mathrm{V}$$ et $$E^\circ(\mathrm{Fe^{3+}/Fe^{2+}}) = 0{,}77~\mathrm{V}.$$

Exercice 7. Pile Daniell et capacité ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Écrit Agro-Véto

Une demi-pile contient une lame de zinc de $5{,}0~\mathrm{g}$ dans $100~\mathrm{mL}$ de $\mathrm{Zn^{2+}}$ à $0{,}10~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

L'autre contient une lame de cuivre dans $100~\mathrm{mL}$ de $\mathrm{Cu^{2+}}$ à $0{,}10~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Données : $$E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76~\mathrm{V},$$ $$E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = 0{,}34~\mathrm{V},$$ $$M(\mathrm{Zn}) = 65{,}4~\mathrm{g\cdot mol^{-1}}.$$ Déterminer la polarité, la tension à vide, la constante de la réaction et la durée de fonctionnement sous $20~\mathrm{mA}$.

Exercice 8. Dismutation du cuivre(I) ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Écrit G2E

On prépare une solution où l'ion $\mathrm{Cu^+}$ serait à $1{,}0\cdot 10^{-2}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Données : $$E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu^+}) = 0{,}16~\mathrm{V}$$ et $$E^\circ(\mathrm{Cu^+/Cu}) = 0{,}52~\mathrm{V}.$$ $\mathrm{Cu^+}$ est-il stable ?

Donner la composition finale.

Exercice 9. Potentiels apparents et chaîne respiratoire ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Écrit Agro-Véto

On donne $$E^\circ(\mathrm{O_2/H_2O}) = 1{,}23~\mathrm{V}$$ et $$E^{\circ\prime}(\mathrm{NAD^+/NADH}) = -0{,}32~\mathrm{V}$$ à pH $7$.

Calculer $E^{\circ\prime}(\mathrm{O_2/H_2O})$ à pH $7$, le potentiel standard $E^\circ$ du couple du NAD, puis la constante de l'oxydation du NADH par le dioxygène à pH $7$.

Interpréter.