Chapitre 7 | Première STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés.
Données : \(M(\text{H})=1{,}0\) ; \(M(\text{C})=12{,}0\) ; \(M(\text{O})=16{,}0\) ; \(M(\text{Cl})=35{,}5\ \text{g·mol}^{-1}\).
1. Citer les quatre familles de matériaux et donner un exemple pour chacune. (2 pts)
2. On mesure un échantillon : \(m=79\ \text{g}\), \(V=10\ \text{cm}^3\). Il est brillant, magnétique et rouille. Calculer sa masse volumique \(\rho\) et identifier le matériau (acier : \(\rho\approx7{,}9\), aluminium : \(\rho\approx2{,}7\ \text{g·cm}^{-3}\)). (2 pts)
3. Un bureau d'études cherche le matériau d'une vitre de four : transparent, résistant à la chaleur, isolant. Indiquer la propriété déterminante et proposer une famille adaptée. (1,5 pt)
4. Citer les quatre étapes du cycle de vie d'un matériau et expliquer en une phrase l'intérêt du recyclage. (1,5 pt)
1. Métalliques (ex. acier) ; organiques (ex. plastique/bois) ; minéraux (ex. verre) ; composites (ex. fibre de carbone). (0,5 pt/famille)
2. \(\rho=\dfrac{m}{V}=\dfrac{79}{10}=7{,}9\ \text{g·cm}^{-3}\). Cette valeur, confirmée par le fait qu'il est magnétique et qu'il rouille, désigne l'acier.
3. Propriété optique (transparence) + tenue à la chaleur → matériau minéral : le verre.
4. Extraction → production → utilisation → fin de vie (recyclage). Le recyclage économise les ressources et réduit l'impact environnemental.
1. Rappeler le nombre de liaisons formées par H, O, C et Cl. (1 pt)
2. Établir le schéma de Lewis du dioxyde de carbone \(\text{CO}_2\) : préciser le type de liaisons et les doublets non liants. (2 pts)
3. On donne l'éthanol \(\text{CH}_3\text{—CH}_2\text{—OH}\). (a) Identifier le groupe caractéristique et nommer la fonction. (b) Donner la formule brute. (2 pts)
4. Calculer la masse molaire de l'eau \(\text{H}_2\text{O}\) et de l'éthanol \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\). (2 pts)
1. H → 1 liaison ; O → 2 ; C → 4 ; Cl → 1.
2. Molécule linéaire O=C=O : le carbone forme deux doubles liaisons (2 doublets liants de chaque côté). Chaque oxygène porte 2 doublets non liants. Le carbone (4 liaisons) et chaque oxygène (octet) sont satisfaits.
3. (a) Groupe \(\text{—OH}\) → fonction alcool. (b) 2 C, 6 H, 1 O → \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\).
4. \(M(\text{H}_2\text{O})=2\times1{,}0+16{,}0=18{,}0\ \text{g·mol}^{-1}\).
\(M(\text{C}_2\text{H}_6\text{O})=2\times12{,}0+6\times1{,}0+16{,}0=46{,}0\ \text{g·mol}^{-1}\).
On prépare une solution de sulfate de cuivre (\(M=159{,}5\ \text{g·mol}^{-1}\)).
1. On dissout \(m=8{,}0\ \text{g}\) de soluté pour obtenir \(V=0{,}40\ \text{L}\) de solution. Calculer la concentration en masse \(c_m\). (1,5 pt)
2. Calculer la concentration \(c\) en mol·L⁻¹. (1,5 pt)
3. À partir de cette solution mère, on veut préparer \(V_2=100\ \text{mL}\) d'une solution fille à \(c_2=0{,}025\ \text{mol·L}^{-1}\). Quel volume \(V_1\) prélever ? Nommer la verrerie utilisée. (2 pts)
4. Le flacon porte un pictogramme CLP « point d'exclamation » (nocif) et « environnement ». Citer deux précautions à prendre. (1 pt)
1. \(c_m=\dfrac{m}{V}=\dfrac{8{,}0}{0{,}40}=20\ \text{g·L}^{-1}\).
2. \(c=\dfrac{c_m}{M}=\dfrac{20}{159{,}5}\approx0{,}13\ \text{mol·L}^{-1}\). (Ou \(n=\dfrac{8{,}0}{159{,}5}\approx0{,}050\ \text{mol}\), \(c=\dfrac{0{,}050}{0{,}40}\approx0{,}13\ \text{mol·L}^{-1}\).)
3. \(V_1=\dfrac{c_2\,V_2}{c}=\dfrac{0{,}025\times100}{0{,}13}\approx19\ \text{mL}\). On prélève à la pipette jaugée et on complète dans une fiole jaugée de \(100\ \text{mL}\) jusqu'au trait de jauge.
4. Par exemple : porter des gants et éviter le contact/inhalation ; ne pas rejeter la solution à l'évier (danger pour l'environnement) mais dans un bidon de récupération.