Exercice 1.
1. L' élément aluminium a pour numéro
atomique 13.
Les noyaux de tous les atomes de l' élément
aluminium contiennent obligatoirement 13 protons.
Autour de ces noyaux qui contiennent aussi un nombre
de neutrons qui est variable, gravitent 13 électrons, dans le cas
de l' atome d' aluminium.
La structure électronique de l' atome d' aluminium
dans son état fondamental est:
(K)2(L)8(M)3.
2. Les isotopes d' un même élement chimique sont constitués de noyaux comportant obligatoirement le même nombre de protons, Z, mais un nombre de neutrons différent.
Les exemples les plus célèbres sont peut-être
ceux de l' uranium 235 et de l' uranium 238.
Le numéro atomique de l' uranium, U, est égal
à 92.
Dans l' uranium 235 les nouyaux comporteront: 92 protons
et 235-92, soit 143 neutrons.
Dans l' uranium 238 les noyaux comporteront: 92 protons
et 238-92, soit 146 neutrons.
Pour l' aluminium 27 on aura des noyaux comportant 13
protons, 27-13, soit 14 neutrons.
Pour l' aluminium 28 on aura des noyaux comportant 13
protons, 28-13, soit 15 neutrons.
3. L' ion simple monoatomique qu' on peut obtenir à partir d' un atome d' aluminium est le cation aluminium (III), de formule Al3+.
Al = Al3+ + 3 e.
4. L' élément chlore, Cl, a pour numéro
atomique 17.
La structure électronique à l' état
fondamental d' un atome de l' élemnt chlore est:
L' atome de chlore aura tendance à gagner un électron afin d' acquérir la structure électronique du gaz rare le plus proche du chlore, l' argon, Ar.
5. A partir du cation aluminium (III) et de l' anion chlorure on peut former du trichlorure d' aluminium (III), de formule brute AlCl3, et de formule ionique Al3+ + 3 Cl-.
Exercice 2.
1. La réaction chimique entre l' aluminium métallique et le dichlore gazeux est:
2 Al + 3 Cl2 = 2 AlCl3.
Au départ le nombre de moles d' aluminium est égal à 0,5 / 27, soit 0,0185 mol.
Le nombre de moles de dichlore est égal à 3,00 / 22,4, soit 0,134 mol.
La composition finale du système est la suivante:
Nombre de moles d' aluminium restant: 0 mol.
Nombre de moles de dichlore restant: 0,134 -2.0,00925, soit 0,106 mol.
Le volume de dichlore restant, mesuré dans les CNTP, sera égal à 0,106.22,4, soit 2,374 L.
Nombre de moles de trichlorure d' aluminium (III) formé: 2.0,00925, soit 0,0185 mol.
La masse molaire du trichlorure d' aluminium (III), AlCl3, est égale à 1.27 + 3.35,5, soit 133,5 g.mol-1.
La masse de trichlorure d' aluminium (III) formé sera égale à 0,0185.133,5, soit 2,47 g.
Exercice 3.
1. La masse molaire du chlorure de sodium, NaCl, est égale à 23 + 35,5, soit 58,5 g.mol-1.
Une masse de 5,00 g de NaCl correspond à un nombre de moles égal à 5,00 / 58,5, soit 0,0855 mol.
la concentration massique volumique de la solution de
chlorure de sodium préparée est égale à 5,00
/ 0,5, soit 10 g.L-1.
La concentration molaire volumique de la solution de
chlorure de sodium préparée est égale à 0,0855
/ 0,5, soit 0,171 mol.L-1.
2. On prélève 200 mL de la solution précédente.
Dans 200 mL de la solution précédente il y aura (200 / 1000).0,171 mol d' ions sodium et la même quantité d' ions chlorure, soit 0,0342 mol.
En masse, il y aura alors 0,0342.23 g d' ions sodium, soit 0,787 g, et 0,0342.35,5 g d' ions chlorure, soit 1,214 g.
On rajoute 200 mL d' une solution de chlorure de sodium à 0,1 mol.L-1.
Dans ces 200 mL de solution il y aura (200/1000).0,1 mol d' ions chlorure et la même quantité d' ions sodium, soit 0,02 mol.
En masse cela représentera:
0,02.23 g d' ions sodium, soit 0,46 g, et 0,02.35,5 g
d' ions chlorure, soit 0,71 g.
Le volume final de la solution obtenue sera égal à 200 + 200, soit 400 mL.
La concentration molaire volumique des ions sodium dans le mélange sera égale à celle des ions chlorure, soit:
La concentration massique volumqiue des ions sodium sera égale à:
[Na+] = (0,787 + 0,46) / 0,4, soit 3,118 g.L-1.
La concentration massique volumique des ions chlorure sera égale à:
[Cl-] = (1,214 + 0,71) /0,4, soit 4,81 g.L-1.
3. On fait évaporer l' eau de la solution obtenue.
On pourra recueillir une masse d' ions sodium égale à 0,787 + 0,46, soit 1,247 g, soit 1,247 / 23 mol, soit 0,0542 mol.
On pourra recueillir une masse d' ions chlorure égale à 1,214 + 0,71, soit 1,924 g, soit 1,924 / 35,5 mol, soit 0,0542 mol.
La masse totale de chlorure de sodium sera égale à 1,247 + 1,924, soit 3,171 g, soit 3,17 /58,5 mol, ou 0,0542 mol.
Exercice 4.
1. Demi-équation d' oxydation de l' aluminium:
Al = Al3+ + 3 e.
Demi-équation de réduction des ions hydronium:
2 H3O+ + 2 e = H2 + 2 H2O.
Bilan redox:
2 Al + 6 H3O+ = 2 Al3+ + 3 H2 + 6 H2O.
En rajoutant les anions chlorure, anions spectateurs:
2 Al + 6 (H3O+ + Cl-)= 2 (Al3+ + 3Cl-) + 3 H2 + 6 H2O.
Il s' est formé du chlorure d' aluminium (III) , du dihydrogène et de l' eau.
2. Il est constaté un dégaement gazeux de 500 mL de dihydrogène (volume mesuré dans les CNTP).
Le nombre de moles de dihydrogène correspondant est égal à 0,5 / 22,4, soit 0,022 mol.
On en déduit, d' après l' équation chimique, que le nombre de moles d' aluminium qui a donné naissance à ce volume de dihydrogène est égal à 0,0147 mol.
La masse d' aluminium correspondante est égale à 0,0147.27 g, soit 0,397 g.
Exercice 5.
1. Schéma de la pile de concentration utilisant les couples redox Zn2+ / Zn et Ag+ / Ag.
2. Réduction cathodique: Ag+ + 1 e = Ag.
Oxydation anodique: Zn = Zn2+ + 2 e.
Bilan de fonctionnement de la pile:
2 Ag+ + Zn = Zn2+ + 2 Ag.
3. Ce sera le compartiment cathodique qui verra la concentration des ions argent (I) diminuer, alors que le compartiment anodique verra la concentration des ions zinc (II) augmenter.
4. L' épuisement sera obtenu lorsque tous les ions argent (I) seront réduits en atomes d'argent.
Le volume du compartiment cathodique est égal à
100 mL.
La concentration initiale en ions argent (I) est égale
à 1 mol.L-1.
Le nombre de moles d' ions argent (I) au départ est égal à 1.100.10-3 mol, soit 0,1 mol.
Il faut 0,1 mol d' électrons pour réduire 0,1 mol d' ions argent (I) en atomes d' argent.
Une mole d' électrons transporte, en valeur absolue, 1,6.10-19.6,02.1023 C, soit 96 320 C.
Ici il y aura eu le transport, à travers le circuit, de 9632 C.
5. Comme 1 Ah est équivalent à 3600 C d' après la définition de l' ampère-heure, il y aura eu le passage de 9632 / 3600 Ah à travers le circuit, soit 2,68 Ah.