Conductivité

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L’usage des calculatrices n’est pas autorisé. L’épreuve a été conçue pour être traitée sans calculatrice.

L’eau oxygénée ou solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène $\ce{H2O2}$ est une espèce oxydante utilisée au laboratoire. Il s’agit aussi d’une espèce chimique utilisée dans la vie courante : décoloration des cheveux, désinfection des verres de contact, désinfection des plaies. Sa décomposition, qui produit un dégagement de dioxygène, est accélérée par certains facteurs comme l’exposition à la lumière, l’ion fer (II), l’ion fer (III), le platine…

La transformation étudiée

Le 2-chloro-2-méthylpropane réagit avec l’eau pour donner naissance à un alcool : le 2-méthylpropan-2-ol. Cette transformation est lente et totale. On peut la modéliser par l’équation : $$\ce{(CH3)3C–Cl(liq) + 2H2O(liq) –> (CH3)3C–OH(liq) + H3O+(aq) + Cl–(aq)}$$

Données

• Masse molaire : $M(\ce{(CH3)3C-Cl}) = \pu{92,0 g.mol–1}$.
• Masse volumique : $\rho = \pu{0,85 g.mL–1}$.
• La conductivité d’un mélange est donnée par $\sigma = \sum \lambda_i [X_i]$ où $[X_i]$ désigne la concentration des espèces ioniques présentes dans le mélange, exprimée en $\pu{mol.m–3}$.
• Conductivités molaires ioniques : $\lambda (\ce{H3O+})= \pu{349,8e–4 S.m2.mol–1}$ et $\lambda (\ce{Cl-})= \pu{76,3e–4 S.m2.mol–1}$.

Protocole observé

• Dans une fiole jaugée, on introduit $\pu{1,0 mL}$ de 2-chloro-2-méthyl-propane et de l’acétone afin d’obtenir un volume de $\pu{25,0 mL}$ d’une solution $S$.
• Dans un bécher, on place $\pu{200,0 mL}$ d’eau distillée dans laquelle est immergée la sonde d’un conductimètre. Puis, à l’instant $t = \pu{0 min}$, on déclenche un chronomètre en versant $\pu{5,0 mL}$ de la solution $S$ dans le bécher.
• Un agitateur magnétique permet d’homogénéiser la solution obtenue, on relève la valeur de la conductivité du mélange au cours du temps.

1. Montrer que la quantité initiale de 2-chloro-2-méthylpropane introduite dans le dernier mélange est $n_0 = \pu{1,8e–3 mol}$.

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$\gdef\barcirc{{\mathrlap{\mathchoice{\kern{0.145em}}{\kern{0.145em}}{\kern{0.1015em}}{\kern{0.1015em}}\circ}{-}}}$

À la fin du XVI^e siècle, beaucoup de marins succombaient au scorbut. Cette mortalité était due à une carence en vitamine C aussi appelée « acide ascorbique ». Il s’agit d’un acide organique ayant entre autres des propriétés anti-oxydantes. Il est présent dans les citrons, les jus de fruits et les légumes frais. Le nom « ascorbique » vient du préfixe grec a (privatif) et de scorbut, signifiant littéralement anti-scorbut.
La vitamine C intervient dans de nombreuses réactions d’oxydo-réduction dans l’organisme, dans le métabolisme du fer et des acides aminés.

$\gdef\barcirc{{\mathrlap{\mathchoice{\kern{0.145em}}{\kern{0.145em}}{\kern{0.1015em}}{\kern{0.1015em}}\circ}{-}}}$

L’ammoniac $\ce{NH3}$ est un gaz qui, dissous dans l’eau, donne une solution basique d’ammoniaque. Des solutions d’ammoniaque sont vendues dans le commerce. Ces solutions, après dilution, sont utilisées comme produit nettoyant et détachant.

L’ammoniac, une base

On prélève un volume gazeux d’ammoniac $V = \pu{2,4e–1 L}$, sous la pression $\pu{1 015 hPa}$ à la température de $\pu{20 °C}$, que l’on dissout dans de l’eau distillée pour obtenir $V_{S1} = \pu{1,0 L}$ de solution aqueuse d’ammoniac $S_1$. Le pH de la solution $S_1$ est mesuré et a pour valeur 10,6.

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Solution physiologique

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Composition du vinaigre issu d’une solution aqueuse d’éthanol

La plupart des vinaigres issus d’une solution aqueuse d’éthanol ont une teneur en acide acétique d’environ 5 à 8 % en masse ainsi que de faibles teneurs en acide tartrique et acide citrique. Le potentiel hydrogène ou $pH$ de ces vinaigres est généralement de l’ordre de 3, avec un minimum d’environ 2.

Les quantités minoritaires d’autres composés organiques, à l’origine de caractéristiques organoleptiques spécifiques, dépendent de la nature de la solution initiale ainsi que du mode d’élaboration et d’un éventuel élevage sous bois : acide gallique, 4-hydroxybenzaldéhyde, catéchine, acide vanillique, acide caféique, acide syringique, vanilline, syringaldéhyde, acides coumariques (paracoumarique, orthocoumarique et métacoumarique), méthoxybenzaldéhyde, acide sinapique, salicylaldéhyde, scopolétol, vératraldéhyde, etc.

Courant électrique

• Dans un circuit solide, aucune charge positive ne peut se déplacer. Les électrons circulent donc dans le sens opposé au sens de circulation du courant électrique.
• Toute solution ionique est électriquement neutre : elle contient donc forcément des cations et des anions. Les cations circulent dans le même sens que le courant électrique alors que les anions circulent dans le sens opposé au sens de circulation du courant électrique.

Conductance d’une solution ionique

Résistance et conductance

Rappel

Lorsqu’on mesure la tension électrique $U$ aux bornes d’un conducteur ohmique et l’intensité $I$ du courant électrique le traversant, on constante que ces deux grandeurs sont proportionnelles : $U = R\cdot I$. $R$ le coefficient de proportionnalité est appelé la résistance électrique du conducteur ohmique. On peut aussi écrire cette relation sous la forme $I = G \cdot U$ où $G = 1/R$ est la conductance du conducteur ohmique (unité : $\pu{S}$, siemens).