Piscine, miel, pesticides, smartphone : la chimie du programme de seconde se cache dans des situations que tu croises tous les jours. Ces 5 exercices de chimie corrigés pas à pas t'entraînent sur les notions clés (autoprotolyse de l'eau, titrages, équilibres chimiques, catalyse) à partir d'exemples concrets, exactement comme le jour du bac.
Chaque exercice reprend l'énoncé complet et sa correction détaillée, avec les caractéristiques propres à chaque type de transformation étudiée. Tu peux les traiter dans l'ordre ou piocher directement celui qui correspond au chapitre que tu révises.
Quel est le programme de chimie en seconde ? 📚
Le programme de chimie de seconde repose sur 3 grands thèmes fixés par le Bulletin officiel : constitution et transformations de la matière, mouvement et interactions, ondes et signaux. Ces exercices en couvrent les notions centrales : réactions acido-basiques, titrages, équilibres et catalyse, avec des exemples qui donnent chair à chaque caractéristique du programme.
🕒 3 heures par semaine, un programme structuré
L'enseignement commun de physique-chimie en classe de seconde générale et technologique représente 3 heures par semaine. Son contenu est fixé par le Bulletin officiel spécial n° 1 du 22 janvier 2019 : constitution et transformations de la matière, mouvement et interactions, ondes et signaux. C'est ce socle qui structure les exercices de dosage, de titrage et de transformation chimique que tu retrouves ci-dessous, et qui prépare directement aux attendus du bac les années suivantes.
Relis toujours l'énoncé en entier avant de répondre : les données utiles (constantes, concentrations, pKa) sont souvent regroupées à un seul endroit et servent à plusieurs questions plus loin dans l'exercice.
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Exercice 1 : questionnaire sur la physique-chimie 🔬
Cet exercice est un QROC (questions à réponses ouvertes et courtes). À chaque affirmation correspond une seule bonne réponse. Ton choix doit impérativement être accompagné de justifications ou de commentaires brefs (définitions, calculs, exemples ou contre-exemples), sauf lorsque l'énoncé précise « Aucune justification demandée ».
1. Autoprotolyse de l'eau
1.1. L'équation de la réaction d'autoprotolyse de l'eau est :
- 1.1.1.
H₃O⁺ + HO⁻ = 2 H₂O, - 1.1.2.
H₂O + H₂O = H₃O⁺ + HO⁻, - 1.1.3.
2 H₂O + 2 e⁻ = H₂ + 2 HO⁻.
Aucune justification demandée.
1.2. La constante d'équilibre associée à l'équation de la réaction d'autoprotolyse de l'eau est appelée :
- 1.2.1. le produit de solubilité de l'eau,
- 1.2.2. le quotient de réaction de l'eau,
- 1.2.3. le produit ionique de l'eau.
Aucune justification demandée.
1.3. On peut également interpréter cette constante d'équilibre comme :
- 1.3.1. la constante d'acidité du couple
H₂O / HO⁻, - 1.3.2. la constante d'acidité du couple
H₃O⁺ / H₂O, - 1.3.3. la constante d'acidité du couple
H₃O⁺ / HO⁻.
2. Cinétique d'une estérification
On met en présence 0,6 mole d'acide carboxylique et 0,6 mole d'alcool puis, sans intervenir en aucune façon, on laisse évoluer le mélange maintenu à une température T constante.
Le suivi cinétique de la transformation qui se déroule a permis de tracer les courbes 1 et 2, représentant l'évolution de l'avancement x au cours du temps.
2.1. La vitesse volumique de réaction :
- 2.1.1. est nulle à l'instant de date t = 0 s,
- 2.1.2. est maximale à l'instant de date t = 0 s,
- 2.1.3. est exprimée en
mol.min⁻¹.
2.2. La courbe 3 :
- 2.2.1. peut être obtenue en réalisant la transformation à une température T₃ supérieure à T₂,
- 2.2.2. peut être obtenue en réalisant la transformation à une température T₃ supérieure à T₂ et en présence d'un catalyseur,
- 2.2.3. ne peut pas être obtenue dans les conditions décrites.
2.3. L'ester obtenu a pour formule semi-développée celle représentée ci-dessous. Son nom est :
- 2.3.1. le propanoate de méthyle,
- 2.3.2. le méthanoate de propanyle,
- 2.3.3. le méthanoate de propyle.
Aucune justification demandée.
3. Avancement et constante d'équilibre
À une transformation chimique est associée la réaction d'équation 2 A + B = 2 C + 3 D, où les espèces chimiques A, B, C et D n'ont pas besoin d'être précisées.
Les mesures ont permis d'établir le tableau d'avancement suivant.
Tableau d'avancement de l'exercice (données spécifiques non récupérables lors de ce refresh, référencées à l'origine via un tableau TablePress externe).
3.1. Le taux d'avancement final de cette transformation est :
- 3.1.1. t = 0,25,
- 3.1.2. t = 0,50,
- 3.1.3. t = 0,75.
3.2. Dans les conditions de l'expérience, la constante d'équilibre K associée à cette équation est K = 1,08. Cette valeur :
- 3.2.1. dépend de la composition initiale du système,
- 3.2.2. dépend de la composition initiale du système et de la température,
- 3.2.3. dépend de la température.
Aucune justification demandée.
3.3. Le taux d'avancement final de la transformation :
- 3.3.1. dépend à la fois de la constante d'équilibre K et de la composition initiale du système,
- 3.3.2. ne dépend que de la composition initiale du système,
- 3.3.3. ne dépend que de la constante d'équilibre K.
Aucune justification demandée.
4. Titrage d'un acide AH
On considère un acide noté AH. Lors de la préparation d'une solution aqueuse, la transformation de cet acide avec l'eau est quasi totale. On titre cette solution par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire en soluté apporté connue.
4.1. L'équation de la réaction de titrage est :
- 4.1.1.
AH + HO⁻ = H₂O + A⁻, - 4.1.2.
H₃O⁺ + HO⁻ = 2 H₂O, - 4.1.3.
A⁻ + H₃O⁺ = AH + H₂O.
4.2. Le suivi pH-métrique de ce titrage a permis d'obtenir la courbe ci-dessous.
Pour réaliser un suivi colorimétrique de ce titrage :
- 4.2.1. seul le bleu de bromothymol convient,
- 4.2.2. le bleu de bromothymol et le rouge de crésol conviennent,
- 4.2.3. le bleu de bromothymol, le rouge de crésol et le bleu de bromophénol conviennent.
Données de zones de virage des indicateurs colorés : tableau non récupérable lors de ce refresh (référence TablePress externe d'origine).
5. Pile ou électrolyse ?
On réalise le montage suivant. Seul le couple Pb²⁺/Pb intervient.
5.1. Ce montage permet de réaliser :
- 5.1.1. une pile,
- 5.1.2. une électrolyse,
- 5.1.3. une transformation spontanée.
5.2. Au bout de quelques minutes, on observe la situation représentée ci-dessous.
6.1. Une pile est constituée des deux demi-piles suivantes, reliées par un pont salin : une lame de plomb plongeant dans la solution S₁, une lame de fer plongeant dans la solution S₂. On la branche aux bornes d'un conducteur ohmique de résistance R = 100 Ω. Après une durée de fonctionnement de 30 minutes :
- 6.1.1. la masse de la lame de fer a augmenté,
- 6.1.2. la masse de la lame de fer a diminué,
- 6.1.3. la valeur de la résistance R n'a aucune influence sur la variation de masse des lames.
6.2. Dans un bécher, on plonge une lame de plomb dans un mélange de 20 mL de la solution S₁ et de 20 mL de la solution S₂ :
- 6.2.1. le système n'évoluera pas,
- 6.2.2. on observera la formation d'un dépôt de fer sur la lame de plomb,
- 6.2.3. la masse de la lame de plomb va augmenter.
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Exercice 2 : l'électrolyse de piscine et le chlore actif 🏊
L'électrolyse de sel est une technique utilisée dans le traitement des eaux d'une piscine. Elle permet d'éviter l'utilisation souvent excessive de produits chlorés pour la désinfecter.
Un électrolyseur de sel pour piscine est constitué d'un boîtier électronique et d'une cellule d'électrolyse insérée dans le circuit de filtration. La cellule contient des électrodes de titane recouvertes de métaux précieux (ruthénium et iridium). Quand le liquide circule entre les électrodes aux bornes desquelles est appliquée une tension continue, un courant électrique continu s'établit et l'électrolyse du chlorure de sodium dissous (Na⁺(aq) + Cl⁻(aq)) se produit. Une molécule HClO(aq) (appelée chlore actif) est générée indirectement in situ : cette espèce est particulièrement efficace pour désinfecter le bassin.
1. Influence du pH de l'eau de piscine
Les quantités de dichlore et des formes acide ou basique de l'acide hypochloreux, en solution, sont fonction du pH de la solution. Ainsi, à 25 °C, les proportions de ces espèces en fonction du pH sont données par les courbes de la figure 1 ci-dessous.
Le pH d'une eau de piscine doit être compris entre 7,2 et 7,6 pour le confort de la baignade. Pour les deux bornes de cet intervalle de pH, estime les proportions de chacune des espèces chimiques. Ces proportions correspondent-elles à une désinfection optimale ?
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2. Dosage des ions chlorure
Pour que l'électrolyse soit efficace, l'eau de piscine doit contenir entre 3 et 5 grammes de sel par litre. Pour s'assurer du bon fonctionnement du système de désinfection de sa piscine, un chimiste prélève un échantillon d'eau qu'il analyse en laboratoire, par dosage conductimétrique des ions chlorure présents par les ions argent.
L'équation de la réaction support du titrage est la suivante :
Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)
Protocole du dosage :
- remplir la burette graduée avec la solution aqueuse titrante de nitrate d'argent (
Ag⁺(aq) + NO₃⁻(aq)) de concentration en soluté apporté c = 0,050 mol.L⁻¹, - dans un bécher de 200 mL, introduire précisément 10,0 mL d'eau de piscine prélevée et ajouter 90 mL d'eau distillée,
- placer, dans le bécher, la cellule conductimétrique reliée au conductimètre,
- verser des volumes successifs de 2,0 mL de solution de nitrate d'argent dans le bécher en maintenant en permanence une agitation, puis relever après chaque addition la conductivité σ de la solution obtenue et rassembler les résultats dans un tableau.
Données. Loi de Kohlrausch : la conductimétrie est une méthode d'analyse qui permet de mesurer la conductivité d'une solution, c'est-à-dire son aptitude à conduire le courant électrique. La conductivité σ d'une solution ionique dépend de la nature des ions Xᵢ présents dans la solution et de leur concentration molaire [Xᵢ]. Ainsi, pour une solution ne contenant que des ions monochargés, notés X₁, X₂, X₃…, l'expression de la conductivité s'écrit :
σ = λ₁.[X₁] + λ₂.[X₂] + λ₃.[X₃] + …, avec σ en S.m⁻¹, λᵢ (conductivité molaire de l'ion Xᵢ) en S.m².mol⁻¹ et [Xᵢ] en mol.m⁻³.
Conductivités molaires ioniques des ions à prendre en considération pour l'étude : tableau non récupérable lors de ce refresh (référence TablePress externe d'origine).
Masses molaires atomiques en g.mol⁻¹ : M(Cl) = 35,5 ; M(Na) = 23,0.
- 2.1. Schématise et légende le montage expérimental réalisé pour effectuer le dosage conductimétrique.
- 2.2. Quelles verreries doit-on utiliser pour introduire dans le bécher les 10,0 mL d'eau de piscine à doser, puis les 90 mL d'eau distillée ? Justifie.
- 2.3. Donne l'expression de la conductivité σ du mélange avant l'équivalence, puis celle après l'équivalence.
- 2.4. Interprète qualitativement les variations de la conductivité avant et après l'équivalence.
- 2.5. Donne l'allure de la courbe de titrage σ = f(VAg+) représentant la conductivité σ du mélange en fonction du volume de solution de nitrate d'argent versé, et justifie la position du point d'équivalence sur cette courbe.
- 2.6. Le volume versé à l'équivalence est VE = 15,0 mL. En explicitant ta démarche, détermine la concentration molaire en ions chlorure de l'eau de piscine.
- 2.7. Est-il nécessaire de rajouter du sel dans la piscine ? Justifie.
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Exercice 3 : le miel et la chimie 🍯
Le miel est un mélange de composition complexe : il est constitué principalement de sucres, dont le fructose et le glucose, d'eau, ainsi que d'autres substances telles que des acides organiques, des enzymes et des particules solides provenant de sa récolte.
Lorsque les abeilles ouvrières rapportent le nectar à la ruche, elles le transmettent à des receveuses par trophallaxie (bouche-à-bouche). Celles-ci le font transiter plusieurs fois entre leur bouche et leur jabot (petite poche servant de réservoir à nectar), puis le donnent à d'autres receveuses, et ainsi de suite. Sous l'effet de l'invertase, une enzyme présente dans le jabot des abeilles, les sucres sont lentement modifiés : le saccharose est hydrolysé en fructose et glucose. Le nectar se transforme ainsi en miel.
Données : masse volumique de l'eau ρ = 1,0 g.mL⁻¹ ; solubilité du saccharose dans l'eau à 20 °C : 2,0 kg.L⁻¹ environ.
1. Molécules de glucose et de fructose
- 1.1. Détermine les formules brutes du D-glucose et du D-fructose.
- 1.2. Quels sont les points communs entre ces deux molécules ? Quelles sont les différences ? En déduire la relation qui les lie.
2. L'hydrolyse du saccharose
Sous l'effet de l'invertase, le saccharose de formule brute C₁₂H₂₂O₁₁ se transforme en glucose et en fructose dans le jabot des abeilles.
- 2.1. Modélise, à l'aide des formules brutes, la transformation par une équation chimique. Vérifie qu'il s'agit bien d'une hydrolyse.
- 2.2. L'invertase est le catalyseur de la réaction d'hydrolyse du saccharose. Cite les différents types de catalyse. Quel type de catalyse est mis en œuvre pour cette hydrolyse dans le jabot des abeilles ?
- 2.3. Les abeilles n'hibernent pas, elles hivernent. Bien que leur activité soit ralentie, elles s'alimentent en consommant le miel stocké dans la ruche. Quand le stock est insuffisant, il faut les nourrir avec des sirops dont la composition est proche de celle d'un miel. Un apiculteur amateur prépare un « sirop léger » par dissolution de 0,50 kg de saccharose dans 1,0 L d'eau à 20 °C et l'introduit dans une ruche. Détermine la masse de glucose qui sera disponible pour les abeilles lorsqu'elles auront consommé le sirop, l'hydrolyse du saccharose étant considérée comme une réaction totale.
Le glucose est susceptible de fermenter : des microorganismes (levures) produisent une enzyme, la zymase, qui, par des réactions complexes, conduit le glucose à se décomposer. Cette décomposition est modélisée par l'équation suivante : glucose → 2 C₂H₆O + 2 CO₂.
Le spectre RMN du proton, reproduit ci-dessous, est celui du produit C₂H₆O formé par fermentation. Donne la formule semi-développée de ce produit et justifie ta démarche.
3. Les propriétés antiseptiques du miel
Plusieurs acides entrent dans la composition du miel. L'acide majoritaire est l'acide gluconique, qui provient de la transformation du glucose sous l'action d'une bactérie appelée gluconobacter.
La plupart des miels possèdent un pH compris entre 3,2 et 5,5. De nombreux microorganismes pathogènes (susceptibles de provoquer une maladie ou une infection) ne peuvent croître que si le pH est compris entre 7,2 et 7,4 : le miel est donc un antiseptique et peut être utilisé pour soigner une plaie.
Donnée : constante d'acidité du couple acide gluconique / ion gluconate en solution aqueuse à 25 °C : pKa = 3,3.
- Indique la catégorie de réaction correspondant à la transformation du glucose en acide gluconique,
- écris la formule de l'ion gluconate en expliquant ta démarche, l'acide gluconique étant considéré comme un monoacide,
- détermine quelle est l'espèce prédominante dans le miel lorsque le pH est compris entre 7,2 et 7,4, et justifie.
Le miel est un antiseptique reconnu, mais toutes ses utilisations traditionnelles ne conviennent pas à tous les publics. L'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (ANSES) déconseille formellement de donner du miel aux nourrissons de moins d'un an, en raison du risque de botulisme infantile : les spores de la bactérie Clostridium botulinum, parfois présentes dans le miel, restent la seule source alimentaire clairement identifiée de cette maladie rare mais grave chez le nourrisson.
Selon l'ANSES (2018), le miel ne doit jamais être donné aux nourrissons de moins d'un an en raison du risque de botulisme infantile. Cette précaution ne remet pas en cause les propriétés antiseptiques du miel décrites dans cet exercice, réservées à un usage adulte.
4. L'acidité libre d'un miel
Un pH trop faible révèle une dégradation biochimique suite à de mauvaises conditions de récolte ou de conservation. Parmi les paramètres spécifiques relatifs à la composition du miel, l'acide libre constitue un critère important de qualité.
La teneur en acidité libre dans un miel est donnée en milliéquivalents par kg (meq.kg⁻¹). Elle correspond à la quantité d'ions hydroxyde en millimoles qu'il faudrait introduire pour amener 1 kg de miel à pH égal à 7. Les normes européennes tolèrent une acidité libre maximale de 40 meq.kg⁻¹.
Protocole pour déterminer l'acidité libre du miel :
- préparer une solution du miel à tester en dissolvant dans l'eau distillée 6,0 g de miel pour 50,0 mL de solution,
- ajouter progressivement une solution d'hydroxyde de sodium de concentration Cb = 1,00 × 10⁻² mol.L⁻¹, en suivant l'évolution du pH,
- tracer la courbe pH = f(Vb), Vb étant le volume d'hydroxyde de sodium versé.
La courbe obtenue pour le titrage de l'acidité libre du miel analysé est représentée ci-dessous.
- 3.1. Rédige le protocole de préparation des 50,0 mL de solution de miel en précisant la verrerie nécessaire,
- 3.2. Le miel testé respecte-t-il la réglementation européenne ?
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie même si elle n'a pas abouti : la démarche suivie est évaluée et nécessite d'être correctement présentée.
Exercice 4 : la chimie et la protection des plantes 🌿
Les plantes sont à la base de l'alimentation sur Terre. Aujourd'hui, une des missions du chimiste est de proposer des produits naturels ou de synthèse permettant de protéger les plantes des insectes et des maladies, tout en associant efficacité et respect de l'environnement, au-delà de leur mode d'obtention, en respectant les doses conseillées pour inscrire les pratiques agricoles dans une démarche de développement durable.
Document 1 : les produits phytosanitaires
Les pesticides sont des substances chimiques destinées à repousser ou à combattre les espèces indésirables de plantes ou d'animaux causant des dommages aux denrées alimentaires, aux produits agricoles, au bois et aux produits ligneux. Un pesticide est une substance répandue sur une culture pour lutter contre des organismes considérés comme nuisibles : c'est un terme générique qui rassemble les insecticides, les fongicides, les herbicides et les parasiticides. Ils s'attaquent respectivement aux insectes ravageurs, aux champignons, aux « mauvaises herbes » et aux vers parasites.
Sont également inclus les régulateurs de croissance des plantes, les défoliants, les dessicants, les agents réduisant le nombre de fruits ou évitant leur chute précoce, et les substances appliquées avant ou après récolte pour empêcher la détérioration des produits pendant leur stockage ou leur transport.
Mal utilisés (en termes de quantités) et en raison de leur faible pouvoir de dégradation, les pesticides peuvent s'accumuler dans la chaîne alimentaire et/ou contaminer les milieux naturels.
Document 2 : les insecticides
Au début de la Seconde Guerre mondiale, le DDT (ou dichlorodiphényltrichloroéthane) est rapidement devenu l'insecticide le plus utilisé. Dans les années 60, des études accusent le DDT d'être cancérigène et reprotoxique (il empêche la bonne reproduction des oiseaux en amincissant la coquille de leurs œufs). Son usage pour l'agriculture est désormais interdit dans la plupart des pays développés, et remplacé par des produits naturels ou de synthèse moins persistants mais plus chers, tels que l'acide benzylique, de formule chimique très proche du DDT, ou des phéromones.
Cette persistance environnementale n'est pas qu'une inquiétude théorique. Selon le CNRS (INEE, 2018), les pesticides organochlorés comme le DDT, interdits depuis plus de 40 ans dans la plupart des pays développés, sont des polluants organiques persistants (POP) très bioaccumulatifs : ils sont encore détectés aujourd'hui chez les oiseaux de l'Antarctique, à des milliers de kilomètres de leur zone d'utilisation d'origine. Le CNRS qualifie ces substances de « polluants historiques » qui représentent « toujours une menace pour la biodiversité polaire ».
Ces substances sont des polluants historiques qui représentent toujours une menace pour la biodiversité polaire.
CNRS (INEE), CNRS Info, 2018
Les phéromones, espèces chimiques ayant des propriétés odorantes agissant à grande distance et à dose infime, sont un moyen de communication chez les insectes. Les phéromones sexuelles sont les premières qui ont été les mieux étudiées, conduisant à des applications pratiques en agriculture comme l'emploi de « pièges à phéromones » pour lutter contre les insectes. Ces pièges sont composés d'un attractif, un analogue de synthèse de la phéromone naturelle de la femelle de l'insecte à éliminer, et d'un système assurant la capture des mâles. Ils sont actuellement utilisés dans la lutte contre certains lépidoptères.
Par exemple, l'acide 9-hydroxydec-2-éneoïque est une phéromone secrétée par des insectes et utilisée dans certains « pièges à phéromones ». Sa formule topologique est la suivante :
Donnée : comparaison des électronégativités de quelques éléments : χ(H) ≈ χ(C) et χ(C) < χ(O).
Autour de l'acide benzylique :
- 1.1. Recopie la formule de la molécule d'acide benzylique, entoure les deux groupes caractéristiques et indique le nom de la fonction organique associée,
- 1.2. Recopie l'étape (a) du mécanisme réactionnel de la synthèse de l'acide benzylique et complète-la par le tracé des flèches courbes nécessaires. Justifie,
- 1.3. Dans l'étape (b) du mécanisme réactionnel de la synthèse de l'acide benzylique, identifie le réactif A et précise la nature de cette réaction. Justifie ta réponse.
Autour d'une phéromone :
- 1.4. Sans les représenter, montre, en argumentant, que l'exemple de phéromone utilisée dans les pièges comporte des énantiomères et des diastéréoisomères,
- 1.5. Parmi les énantiomères possibles de cette phéromone, un seul est efficace et utilisé dans la constitution des « pièges à phéromones ». Propose une explication.
Comparaison des modes de protection :
1.6. Quels sont les critères à prendre en compte pour choisir un mode de protection des plantes contre les insectes ? Lequel pourrait être le mieux adapté parmi ceux proposés ? Justifie ta réponse.
Document 5 : la chlorose des végétaux
La chlorose des végétaux est une décoloration plus ou moins prononcée des feuilles, due à un manque de chlorophylle. La chlorophylle permet la photosynthèse et donne aux feuilles leur couleur verte. Le manque de chlorophylle peut provenir d'une insuffisance en magnésium, en fer, en azote, en manganèse ou en zinc, autant d'éléments chimiques indispensables à la synthèse de la chlorophylle.
Dans le commerce, on trouve des solutions dites « anti-chlorose » riches en ions fer (II), qu'il convient de pulvériser directement sur les plantes et les sols.
Quelques noms commerciaux et caractéristiques des produits « anti-chlorose » : tableau non récupérable lors de ce refresh (référence TablePress externe d'origine).
Une solution inconnue « anti-chlorose » est à disposition d'un jardinier. Afin d'utiliser le plus efficacement possible ce produit, il doit retrouver le fournisseur du produit et ainsi consulter sur son site commercial la dose d'application nécessaire et suffisante pour traiter les rosiers. Pour cela, il doit doser les ions fer (II) que la solution contient en suivant le protocole décrit dans le document 6.
Document 6 : protocole de titrage des ions fer (II)
- diluer 30 fois une solution « anti-chlorose » S contenant les ions Fe²⁺ de concentration molaire volumique c à déterminer, la solution ainsi obtenue est appelée S',
- introduire dans un erlenmeyer un volume V₁ = 20,0 mL de solution S' et de l'acide sulfurique,
- réaliser le titrage à l'aide d'une solution titrante de permanganate de potassium de concentration c₂ = 5,0×10⁻³ mol.L⁻¹ en ions permanganate MnO₄⁻.
L'équation de la réaction support du titrage s'écrit :
MnO₄⁻(aq) + 5 Fe²⁺(aq) + 8 H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 5 Fe³⁺(aq) + 4 H₂O(l)
On admet que toutes les espèces chimiques mises en jeu au cours de ce titrage sont incolores ou peu colorées, à l'exception des ions permanganate MnO₄⁻ qui donnent au liquide une couleur violette.
Donnée : masse molaire atomique du fer M(Fe) = 56 g.mol⁻¹.
- 2.1. En quoi l'usage d'une telle solution peut permettre de lutter contre la chlorose des végétaux ?
- 2.2. Lors du titrage réalisé, l'équivalence est obtenue pour un volume versé VE = 9,5 mL de la solution de permanganate de potassium. Comment cette équivalence est-elle repérée ?
- 2.3. À partir de ce titrage, le jardinier détermine le nom du produit commercial mis à sa disposition. Explique sa démarche, détaille ses calculs et donne le nom du produit commercial.
2.4. Pour estimer l'incertitude sur la valeur de la concentration obtenue par cette méthode de titrage, l'expérimentateur est amené à reproduire un grand nombre de fois la même manipulation dans les mêmes conditions.
Un des titrages réalisés donne une valeur de concentration très élevée en ions Fe²⁺ par rapport aux autres. Il est possible d'identifier deux erreurs de manipulation : la solution titrante de permanganate de potassium a été diluée par mégarde, ou le volume de solution à doser a été prélevé en trop faible quantité.
- 2.4.1. Indique dans quel sens chacune de ces deux erreurs de manipulation modifie la valeur expérimentale du volume VE de solution titrante versée à l'équivalence. Justifie chaque réponse,
- 2.4.2. Si l'on admet qu'une seule erreur de manipulation est la cause de la valeur très élevée de la concentration en ions Fe²⁺, laquelle a été commise ? Justifie ta réponse.
Le DDT est interdit depuis plus de
dans la plupart des pays développés, sans que sa trace environnementale ait disparu (Source : CNRS INEE, 2018)
Exercice 5 : le smartphone et la chimie 📱
Les 4 parties de cet exercice sont indépendantes. Le but est de découvrir différentes utilisations possibles d'un smartphone en sciences physiques.
1. Étude de la constitution de l'écran
Indications du fabricant sur le smartphone utilisé : dimensions de l'écran 5,98 cm × 10,62 cm ; résolution de l'écran 720 px × 1280 px, 306 ppp (px = pixel et ppp = pixel par pouce, un pouce étant égal à 2,54 cm) ; connectivité Wi-Fi, Bluetooth® 4.0.
Les écrans de smartphones sont des écrans LCD constitués de pixels (px) très petits. Ces pixels sont eux-mêmes constitués de 3 « sous-pixels » : un vert, un bleu et un rouge. En réflexion, ils se comportent avec la lumière comme un réseau optique à deux dimensions.
Pour vérifier les indications du constructeur concernant la résolution de l'écran, on réalise l'expérience schématisée ci-dessous. Le laser émet un faisceau monochromatique de longueur d'onde λ = 650 nm.
La figure obtenue dépend de la forme des pixels de l'écran. Avec l'écran du smartphone utilisé ici, on observe une figure ressemblant au schéma ci-contre, sur laquelle on peut repérer un paramètre noté i. On peut relier ce paramètre i à la distance p séparant 2 pixels de l'écran du smartphone par la relation i = λ × D / p, où λ est la longueur d'onde du faisceau laser utilisé.
- 1.1. On parle généralement de dualité onde-particule au sujet de la lumière. Quel comportement de la lumière est mis en jeu lors de l'expérience présentée dans cette partie ?
- 1.2. À l'aide des résultats de l'expérience, détermine la distance séparant deux pixels de l'écran du smartphone.
- 1.3. Vérifie que ce résultat est cohérent avec les indications du fabricant. Tu considéreras que les pixels sont accolés.
2. Étude de la transmission Bluetooth®
Lors d'une autre séance de travaux pratiques, un élève utilise le smartphone pour filmer les oscillations d'un pendule simple de masse m = 100 g et de longueur notée L. Pour réaliser cette vidéo, il utilise les réglages suivants sur la webcam du smartphone : résolution 720 × 480 pixels, durée 20 s, 30 images par seconde, son désactivé, couleur 24 bits par pixel.
Données dans les unités du système international (u.s.i.) : célérité des ondes électromagnétiques c = 3,0×10⁸ u.s.i. ; intensité du champ de pesanteur terrestre g = 9,81 u.s.i. ; 1 Mo = 10⁶ octets et 1 octet = 8 bits.
Le Bluetooth® est une technologie de transfert de données sans fil. Il partage, avec certaines normes de Wi-Fi, la même bande de fréquence de 2,4 GHz, mais ils n'ont pas du tout les mêmes usages : le Wi-Fi est utile pour transmettre des données de taille importante avec une bande passante élevée, tandis que le Bluetooth® possède une bande passante plus faible et sert plutôt à transmettre des données de taille plus faible. La norme Bluetooth® 4.0 permet un transfert avec un débit de 24 Mbit.s⁻¹.
- 2.1. Quelle devrait être, en mégaoctets (Mo), la taille de la vidéo obtenue ?
- 2.2. L'élève transfère le fichier vidéo sur un ordinateur par Bluetooth® 4.0. À quel domaine du spectre électromagnétique appartiennent les ondes émises par le smartphone lors du transfert Bluetooth® ? Justifie par un calcul.
- 2.3. Après compression, la taille du fichier n'est plus que de 9,1 Mo. Détermine la durée minimale de transfert de cette vidéo.
3. Utilisation de la vidéo pour l'étude des oscillations du pendule
3.1. En effectuant une analyse dimensionnelle, choisis parmi les trois relations ci-après celle qui permet de calculer la période T des petites oscillations de ce pendule :
- a.
T = 2π√(m/g), - b.
T = 2π√(L/g), - c.
T = 2π√(g/L).
3.2. En visionnant la vidéo image par image, l'élève observe que le pendule passe par la position d'équilibre sur l'image n° 16, puis effectue une oscillation complète et repasse par la position d'équilibre sur l'image n° 50. L'élève ayant oublié de mettre un repère de longueur lors de la capture de la vidéo, retrouve la longueur L du fil.
4. Dosage d'une solution colorée
Lors d'une troisième séance de travaux pratiques, les élèves doivent déterminer la concentration en permanganate de potassium dans une solution d'antiseptique (désinfectant qui empêche le développement de bactéries, champignons et virus).
Données : masse molaire du permanganate de potassium KMnO₄ = 158,0 g.mol⁻¹ ; une solution aqueuse de permanganate de potassium a une couleur rose/violette ; spectre d'absorption d'une solution de permanganate de potassium ci-dessous.
À partir d'une solution mère (solution n°1) de permanganate de potassium de concentration C1 = 2,5×10⁻⁴ mol.L⁻¹, les élèves réalisent 3 solutions filles (n°2, 3 et 4) dont les concentrations molaires sont données dans un tableau.
Une fois l'échelle de teintes réalisée, les élèves la placent sur un fond blanc pour faire une photographie avec le smartphone. Ils obtiennent une image dans laquelle chaque pixel est codé sur 24 bits, c'est-à-dire 3 octets : un octet pour le rouge (R), un pour le vert (V) et un pour le bleu (B).
À l'aide d'une application, on obtient les 3 valeurs de code RVB (rouge, vert, bleu) des sous-pixels de l'image pour chacune des 5 solutions.
Par analogie avec l'absorbance mesurée par un spectrophotomètre, on calcule une grandeur Aoctet.
Valeurs de code RVB et de la grandeur Aoctet pour les 5 solutions : tableau non récupérable lors de ce refresh (référence TablePress externe d'origine).
- 4.1. Nomme la verrerie nécessaire pour réaliser la solution n°3 à partir de la solution mère (solution n°1) et décris précisément le protocole mis en œuvre,
- 4.2. Explique pourquoi la valeur de chaque sous-pixel est comprise entre 0 et 255,
- 4.3. Pourquoi, dans cette étude, choisit-on la valeur du sous-pixel vert pour le calcul de la grandeur Aoctet plutôt que celle du rouge ou du bleu ?
Il y a quelques années, le fabricant de l'antiseptique indiquait dans la notice une teneur en permanganate de potassium de 1 mg pour 100 mL de solution. Cette indication n'apparaît plus sur le flacon neuf utilisé pour cette expérience.
4.4. Le fabricant a-t-il changé la teneur en permanganate de potassium de son antiseptique ?
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d'être correctement présentée.
Ces 5 exercices couvrent l'essentiel des notions de chimie de seconde : équilibres, titrages conductimétriques et par oxydoréduction, catalyse enzymatique et propriétés physico-chimiques appliquées à des situations réelles. Pour progresser encore d'ici le bac, retrouve d'autres exemples corrigés sur Labolycée ou entraîne-toi avec un accompagnement personnalisé.
Foire aux questions sur les exercices de chimie ❓
🤔 Quelles notions de chimie sont testées au programme de seconde ?
Le programme de seconde couvre les transformations chimiques (dosages, titrages, équilibres), les réactions acido-basiques, la catalyse et les caractéristiques des espèces ioniques en solution. Ces notions sont fixées par le Bulletin officiel spécial n° 1 du 22 janvier 2019 et forment le socle des exercices présentés ici, une base qui reste utile jusqu'au bac.
📖 Comment progresser rapidement sur les titrages conductimétriques ?
Le meilleur moyen est de refaire plusieurs exemples types (dosage du chlorure, dosage du fer) en identifiant à chaque fois la même méthode : équation de la réaction support, expression de la conductivité avant et après l'équivalence, puis lecture graphique du point d'équivalence. C'est cette méthode, répétée sur plusieurs transformations différentes, qui fait la différence le jour du bac.
🔍 Où trouver d'autres exercices de chimie corrigés gratuitement ?
Labolycée met à disposition plus de 800 exercices corrigés de physique-chimie, dont des épreuves du baccalauréat, classés par thème et par centre d'examen. C'est une ressource gratuite tenue par une association de professeurs.
💡 Pourquoi certains exercices de chimie utilisent-ils des contextes du quotidien ?
Les exemples concrets (piscine, miel, smartphone) permettent de mobiliser les notions du programme sur des situations réelles, comme au baccalauréat. Cela aide à comprendre pourquoi une notion abstraite (équilibre chimique, catalyse) a une application directe, et à retenir les caractéristiques propres à chaque transformation étudiée.
Sources 📚
- Ministère de l'Éducation nationale. "Programmes et ressources en physique-chimie voie GT." Éduscol, 2019, https://eduscol.education.gouv.fr/5829/programmes-et-ressources-en-physique-chimie-voie-gt.
- Ministère de l'Éducation nationale. "Au BO spécial du 22 janvier 2019 : programmes d'enseignement du lycée général et technologique." education.gouv.fr, 2019, https://www.education.gouv.fr/au-bo-special-du-22-janvier-2019-programmes-d-enseignement-du-lycee-general-et-technologique-8645.
- Labolycée. "Banque d'exercices et sujets corrigés de physique-chimie." Labolycée, 2026, https://www.labolycee.org/.
- ANSES. "Miel et enfants de moins d'un an : risque de botulisme infantile." Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail, 2018, https://afpa.org/content/uploads/2018/02/ANSES-miel-enfants-moins-de-un-an.pdf.
- CNRS (INEE). "Des pesticides interdits depuis plus de 40 ans continuent d'empoisonner les oiseaux de l'Antarctique." CNRS Info, 2018, https://www.inee.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/des-pesticides-interdits-depuis-plus-de-40-ans-continuent-dempoisonner-les-oiseaux-de.
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merci pour ce questionnaire, il m’a beaucoup aidé. Mais peux-tu me faire passer les corrections ?