Chimie générale : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 14 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

Stœchiométrie

Moles: n = m/M
Concentration: c = n/V
Rapport molaire: utiliser les coefficients de l’équation équilibrée
Réactif limitant: celui qui s’épuise en premier
Rendement: réel / théorique × 100%

Méthode

Écrivez et équilibrez l’équation chimique.
Convertis la masse donnée en moles : n = m/M.
Utilisez les coefficients comme rapport molaire pour trouver la quantité de matière de l’espèce cherchée.
Revenez à la masse avec m = n·M. Avec deux réactifs, trouvez d’abord le réactif limitant.

Molarité et dilution

Molarité: c = n/V (mol/L)
Moles: n = m/M
Dilution: c₁V₁ = c₂V₂
Mélange: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

Méthode

Convertissez la masse en moles avec n = m/M.
Convertissez le volume en litres.
Concentration molaire c = n/V en mol/L.
Lors d’une dilution, la quantité de matière ne change pas : c₁V₁ = c₂V₂.

Loi des gaz parfaits

Loi des gaz parfaits: pV = nRT
Constante des gaz parfaits: R = 8,314 J/(mol·K)
Loi combinée des gaz: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Moles: n = m/M
Température: T[K] = T[°C] + 273,15

Calorimétrie et enthalpie

Chaleur: q = m·c·ΔT
Eau: c = 4,18 J/(g·°C)
Calorimètre: chaleur cédée = chaleur reçue
Enthalpie de réaction: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Équilibre chimique

Constante d’équilibre: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
Tableau ICE: Initial, Changement (×coefficient), Équilibre
Équation du second degré: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Méthode

Écrivez K_c avec les produits au numérateur et les réactifs au dénominateur, chacun élevé à la puissance de son coefficient.
Dressez un tableau d’avancement : état initial, variation (par pas de x fois les coefficients), équilibre.
Remplacez les expressions à l’équilibre dans K_c et résolvez pour x.
Vérifiez si x est assez petit pour une approximation ; sinon, résolvez l’équation du second degré.

pH et tampons

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Acide faible: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
Tampon: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
Dilution: c₁V₁ = c₂V₂

Méthode

Déterminez si l’acide ou la base est fort (totalement dissocié) ou faible.
Acide fort : [H⁺] est égal à sa concentration. Base forte : trouvez d’abord [OH⁻].
Acide faible : résolvez K_a = x²/(c − x) pour x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], et pH + pOH = 14 à 25 °C.

Cinétique chimique

Ordre 1: ln(C_A/C_A0) = −kt
Demi-vie (ordre 1): t_½ = ln 2/k
Ordre 2: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arrhenius: k = A·e^−E_a/(RT)
Deux températures: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2Exercices

1.StœchiométrieMoyen

30 g de CH₄ et 24 g de O₂ réagissent selon CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Quelle masse m de H₂O peut se former ?

M(CH₄) = 16,04M(O₂) = 32M(H₂O) = 18,02 g/mol

m = g

2.StœchiométrieDifficile

Dans la réaction 2Na + Cl₂ → 2NaCl, 12 g de Na réagissent complètement (les autres réactifs en excès) et on recueille 22,88 g de NaCl. Calcule le rendement Y.

M(Na) = 22,99 g/molM(NaCl) = 58,44 g/molréel: 22,88 g

Y = %

3.Molarité et dilutionMoyen

Il vous faut 1000 mL de solution à 0,05 mol/L et vous disposez d’une solution mère à 3 mol/L. Quel volume V₁ de solution mère vous faut-il ?

c₁ = 3 mol/Lc₂ = 0,05 mol/LV₂ = 1000 mL

V₁ = mL

4.Molarité et dilutionDifficile

On mélange 100 mL d’une solution à 0,4 mol/L avec 250 mL d’une solution à 0,75 mol/L de la même substance. Trouvez la concentration c du mélange (les volumes sont additifs).

c₁ = 0,4 mol/LV₁ = 100 mLc₂ = 0,75 mol/LV₂ = 250 mL

c = mol/L

5.Loi des gaz parfaitsMoyen

Quel volume V occupent 20 g de O₂ à 800 kPa et 55 °C ? Considérez-le comme un gaz parfait.

m = 20 gM = 32 g/molP = 800 kPaT = 55 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Loi des gaz parfaitsDifficile

Une quantité fixe de N₂ passe de 300 kPa, 2 L, 10 °C à 400 kPa et 250 °C. Trouvez le nouveau volume V₂.

P₁ = 300 kPaV₁ = 2 LT₁ = 10 °CP₂ = 400 kPaT₂ = 250 °C

V₂ = L

7.Calorimétrie et enthalpieMoyen

Un bloc en fer de 250 g (c = 0,449 J/(g·°C)) à 180 °C est plongé dans 100 g d’eau (c = 4,18 J/(g·°C)) à 22 °C dans un récipient isolé. Trouvez la température finale T_f.

m_metal = 250 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 180 °Cm_water = 100 gT_water = 22 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Calorimétrie et enthalpieDifficile

Utilisez les enthalpies standard de formation pour trouver la chaleur q libérée par la combustion complète de 20 g de C₂H₆ (M = 30,07 g/mol) : 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O(l). Donnez q en valeur positive.

ΔH°f(C₂H₆) = −84,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

9.Équilibre chimiqueMoyen

On introduit 0,2 mol/L de H₂ et 0,2 mol/L de I₂ dans un récipient, où ils réagissent : H₂ + I₂ ⇌ 2HI, avec K_c = 9. Trouvez la concentration à l’équilibre [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LK_c = 9

[H₂] = mol/L

10.Équilibre chimiqueDifficile

PCl₅ se décompose : PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, avec K_c = 0,05 à la température de la réaction. Un récipient contient au départ uniquement 0,8 mol/L de PCl₅. Trouvez la concentration à l’équilibre [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,8 mol/LK_c = 0,05

[PCl₅] = mol/L

11.pH et tamponsMoyen

Calcule le pH pH d'une solution de acide benzoïque à 0,5 mol/L (Ka = 6,3 × 10⁻⁵).

c = 0,5 mol/LKa = 6,3 × 10⁻⁵

pH =

12.pH et tamponsDifficile

Un tampon de 1,00 L contient 0,25 mol d'acide fluorhydrique et 0,1 mol de sa base conjuguée (Ka = 0,00068). On ajoute 0,02 mol de NaOH. Calcule le nouveau pH pH.

n(HA) = 0,25 moln(A⁻) = 0,1 moln(OH⁻) = 0,02 molKa = 0,00068

pH =

13.Cinétique chimiqueMoyen

Une réaction d’ordre 0 a k = 0,05 mol/(L·min) et part de 1,2 mol/L. Combien de temps faut-il pour atteindre un taux de conversion de 75 % ? Trouvez t.

k = 0,05 mol/(L·min)C_A0 = 1,2 mol/LX = 75 %

t = min

14.Cinétique chimiqueDifficile

Deux expériences mesurent la vitesse initiale de A → produits. Avec C_A0 = 0,4 mol/L, la vitesse vaut 0,02 mol/(L·s) ; avec C_A0 = 0,8 mol/L, elle vaut 0,0283 mol/(L·s). Trouvez l’ordre de réaction n par rapport à A.

C_A0,1 = 0,4 mol/Lr₁ = 0,02 mol/(L·s)C_A0,2 = 0,8 mol/Lr₂ = 0,0283 mol/(L·s)

n =

3Solutions

1.Stœchiométrie

Réponse: m = 13,52 g

Stœchiométrie : une équation équilibrée compte des particules, pas des grammes. Convertis la masse en moles avec n = m/M, utilise les coefficients de l'équation comme rapport molaire, puis reviens à la masse avec m = n·M. Avec deux réactifs, le réactif limitant est celui qui s'épuise en premier et fixe la quantité de produit formé.

Moles de chaque réactif

n(CH₄) = 30/16,04 = 1,87 mol

n(O₂) = 24/32 = 0,75 mol

Réactif limitant

1,87/1 = 1,87, 0,75/2 = 0,375 → O₂

Masse de produit

n(H₂O) = 0,375·2 = 0,75 mol

m = 0,75·18,02 = 13,52 g

Réponse

m = 13,52 g

2.Stœchiométrie

Réponse: Y = 75,01 %

Rendement théorique

n(Na) = 12/22,99 = 0,522 mol

m = 0,522·2/2·58,44 = 30,5 g

Rendement

Y = 22,88/30,5·100 = 75,01%

Réponse

Y = 75,01%

3.Molarité et dilution

Réponse: V₁ = 16,67 mL

Molarité : concentration c = n/V en mol/L, avec n = m/M. Diluer ajoute du solvant mais pas de soluté, donc le nombre de moles ne change pas : c₁·V₁ = c₂·V₂. Quand on mélange deux solutions du même soluté, les moles s’additionnent, et les volumes aussi.

Volume de solution mère

V₁ = c₂·V₂/c₁ = 0,05·1000/3 = 16,67 mL

Réponse

V₁ = 16,67 mL

4.Molarité et dilution

Réponse: c = 0,65 mol/L

Quantité totale

n = 0,4·100 + 0,75·250 = 227,5 mmol

Concentration du mélange

c = 227,5/350 = 0,65 mol/L

Réponse

c = 0,65 mol/L

5.Loi des gaz parfaits

Réponse: V = 2,131 L

Loi des gaz parfaits : PV = nRT, avec n = m/M.

Moles

n = 20/32 = 0,625 mol

T = 55 + 273,15 = 328,1 K

Volume

V = nRT/P = 0,625·8,314·328,1/800 = 2,131 L

Réponse

V = 2,131 L

6.Loi des gaz parfaits

Réponse: V₂ = 2,771 L

Loi combinée des gaz : pour une quantité fixe de gaz parfait, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Températures absolues

T₁ = 283,1 K, T₂ = 523,1 K

Loi combinée des gaz

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2·(300/400)·(523,1/283,1) = 2,771 L

Réponse

V₂ = 2,771 L

7.Calorimétrie et enthalpie

Réponse: T_f = 55,45 °C

Chaleur et enthalpie : chauffer une substance demande q = m·c·ΔT. Dans un calorimètre, la chaleur cédée par le corps chaud est égale à la chaleur reçue par le corps froid. La variation d’enthalpie d’une réaction se déduit des enthalpies de formation : ΔH° = ΣΔH°f(produits) − ΣΔH°f(réactifs), chacune multipliée par son coefficient.

Bilan thermique

250·0,449·(180 − T_f) = 100·4,18·(T_f − 22)

Isoler la température finale

T_f = (112,3·180 + 418·22)/(112,3 + 418) = 55,45 °C

Réponse

T_f = 55,45 °C

8.Calorimétrie et enthalpie

Réponse: q = 1037 kJ

Enthalpie de réaction

ΔH° = [4·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [2·(−84,7) + 7·0] = −3119 kJ

Chaleur pour la masse donnée

n = 20/30,07 = 0,6651 mol

q = n·|ΔH°/2| = 0,6651·1560 = 1037 kJ

Réponse

q = 1037 kJ

9.Équilibre chimique

Réponse: [H₂] = 0,08 mol/L

Équilibre chimique : pour aA + bB ⇌ cC + dD, la constante d’équilibre est K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), avec les concentrations à l’équilibre. Un tableau ICE (Initial, Changement, Équilibre) relie les quantités initiales aux quantités à l’équilibre par une seule inconnue x, multipliée par les coefficients.

Expression à l’équilibre

9 = (2x)²/(0,2 − x)²

Prendre la racine carrée

3 = 2x/(0,2 − x) → x = 0,2·3/(2 + 3) = 0,12 mol/L

Concentration à l’équilibre

[H₂] = 0,2 − x = 0,08 mol/L

Réponse

[H₂] = 0,08 mol/L

10.Équilibre chimique

Réponse: [PCl₅] = 0,6234 mol/L

Expression à l’équilibre

0,05 = x²/(0,8 − x) → x² + 0,05·x − 0,04 = 0

Résoudre l’équation du second degré

x = (−0,05 + √(0,05² + 4·0,04))/2 = 0,1766 mol/L

Concentration à l’équilibre

[PCl₅] = 0,8 − 0,1766 = 0,6234 mol/L

Réponse

[PCl₅] = 0,6234 mol/L

11.pH et tampons

Réponse: pH = 2,253

pH : pH = −log₁₀[H₃O⁺] et pOH = −log₁₀[OH⁻], avec pH + pOH = 14 à 25 °C. Les acides et bases forts s'ionisent complètement. Un acide faible seulement en partie : Ka = x²/(c − x), où x = [H₃O⁺]. Un tampon formé d'un acide faible et de sa base conjuguée suit Henderson–Hasselbalch : pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Équilibre

HA ⇌ H⁺ + A⁻ : x mol/L d'acide s'ionisent.

Ka = x²/(0,5 − x) → x = 0,005581 mol/L

pH

pH = −log(0,005581) = 2,253

Réponse

pH = 2,253

12.pH et tampons

Réponse: pH = 2,885

Neutralisation

n(HA) = 0,25 − 0,02 = 0,23 mol

n(A⁻) = 0,1 + 0,02 = 0,12 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 3,167 + log(0,12/0,23) = 2,885

Réponse

pH = 2,885

13.Cinétique chimique

Réponse: t = 18 min

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Quantité convertie

C_A0·X = 1,2·0,75 = 0,9 mol/L

Durée

t = C_A0·X/k = 0,9/0,05 = 18 min

Réponse

t = 18 min

14.Cinétique chimique

Réponse: n = 0,5008

Méthode des vitesses initiales : pour r = k·Cⁿ, comparer deux essais qui ne diffèrent que par la concentration initiale élimine k : r₂/r₁ = (C₂/C₁)ⁿ. Doubler C double la vitesse à l’ordre 1 et la quadruple à l’ordre 2.

Rapports

r₂/r₁ = 0,0283/0,02 = 1,415

C₂/C₁ = 0,8/0,4 = 2

Ordre

n = ln(1,415)/ln(2) = 0,5008

Réponse

n = 0,5008

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