Chapitre 4 | Première STL — 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 : \(M(\text{H})=1{,}0\) ; \(M(\text{C})=12{,}0\) ; \(M(\text{O})=16{,}0\) ; \(M(\text{Na})=23{,}0\) ; \(M(\text{S})=32{,}0\) ; \(M(\text{Cl})=35{,}5\ \text{g·mol}^{-1}\) ; \(\rho_{\text{eau}}=1{,}00\ \text{g·mL}^{-1}\).
1. Le magnésium possède trois isotopes stables : \(\left.^{24}_{12}\text{Mg}\right.\), \(\left.^{25}_{12}\text{Mg}\right.\), \(\left.^{26}_{12}\text{Mg}\right.\). Donner pour chacun le nombre de protons et de neutrons. (1,5 pt)
2. Justifier en une phrase le terme « isotopes ». (1 pt)
3. On donne les abondances : \(\left.^{24}\text{Mg}\right.\) : \(79{,}0\ \%\) (\(M=24{,}0\)) ; \(\left.^{25}\text{Mg}\right.\) : \(10{,}0\ \%\) (\(M=25{,}0\)) ; \(\left.^{26}\text{Mg}\right.\) : \(11{,}0\ \%\) (\(M=26{,}0\ \text{g·mol}^{-1}\)). Calculer la masse molaire du magnésium. (2 pts)
4. Calculer la masse molaire du sulfate de sodium \(\text{Na}_2\text{SO}_4\). (1,5 pt)
1. Tous ont \(Z=12\) donc 12 protons. Neutrons \(=A-Z\) : \(\left.^{24}\text{Mg}\right.\) → 12 ; \(\left.^{25}\text{Mg}\right.\) → 13 ; \(\left.^{26}\text{Mg}\right.\) → 14 neutrons.
2. Ils ont le même numéro atomique \(Z=12\) (même élément) mais un nombre de masse \(A\) différent : ce sont des isotopes.
3. \(M(\text{Mg})=0{,}790\times24{,}0+0{,}100\times25{,}0+0{,}110\times26{,}0=18{,}96+2{,}50+2{,}86=24{,}3\ \text{g·mol}^{-1}\).
4. \(M(\text{Na}_2\text{SO}_4)=2\times23{,}0+32{,}0+4\times16{,}0=46{,}0+32{,}0+64{,}0=142\ \text{g·mol}^{-1}\).
Au laboratoire, un technicien prépare une solution de chlorure de sodium \(\text{NaCl}\) (\(M=58{,}5\ \text{g·mol}^{-1}\)).
1. Il souhaite \(V=500\) mL de solution mère à \(c_0=0{,}50\ \text{mol·L}^{-1}\). Calculer la quantité de matière \(n_0\) de \(\text{NaCl}\) nécessaire, puis la masse \(m\) à peser. (3 pts)
2. Décrire brièvement la verrerie et les étapes de la préparation. (1,5 pt)
3. À partir de cette solution mère, il prépare \(V_2=250\) mL de solution fille à \(c_2=0{,}10\ \text{mol·L}^{-1}\). Calculer le volume \(V_1\) de solution mère à prélever et donner le facteur de dilution. (2,5 pts)
4. Écrire l'équation de dissolution de \(\text{NaCl}\) dans l'eau. (1 pt)
1. \(n_0=c_0\times V=0{,}50\times0{,}500=0{,}25\ \text{mol}\). \(m=n_0\times M=0{,}25\times58{,}5=14{,}6\ \text{g}\).
2. Peser \(14{,}6\) g de \(\text{NaCl}\) ; les introduire dans une fiole jaugée de 500 mL ; ajouter de l'eau distillée et agiter pour dissoudre ; compléter jusqu'au trait de jauge et homogénéiser.
3. \(V_1=\dfrac{c_2V_2}{c_0}=\dfrac{0{,}10\times250}{0{,}50}=50\ \text{mL}\). Facteur de dilution : \(F=\dfrac{c_0}{c_2}=\dfrac{0{,}50}{0{,}10}=5\). On prélève 50 mL de mère à la pipette, on complète à 250 mL en fiole jaugée.
4. \(\text{NaCl}\,(\text{s})\ \longrightarrow\ \text{Na}^{+}\,(\text{aq})+\text{Cl}^{-}\,(\text{aq})\).
1. Définir la solubilité d'une espèce et préciser ce qu'est une solution saturée. (1,5 pt)
2. À 20 °C, la solubilité massique du chlorure de sodium dans l'eau vaut \(s=360\ \text{g·L}^{-1}\). On introduit \(20\) g de \(\text{NaCl}\) dans \(50\) mL d'eau. La solution est-elle saturée ? Justifier par un calcul. (2 pts)
3. L'eau est un solvant polaire, le cyclohexane un solvant apolaire. On dispose de deux solutés : le chlorure de sodium (ionique) et le diiode (apolaire). Indiquer, en justifiant avec « les semblables dissolvent les semblables », dans quel solvant chacun se dissout le mieux. (1,5 pt)
4. Le savon est une molécule amphiphile. Expliquer ce terme et le rôle des deux parties de la molécule pour éliminer une tache de graisse. (1 pt)
1. La solubilité est la quantité maximale d'espèce que l'on peut dissoudre dans un volume donné de solvant, à une température fixée. Une solution est saturée quand cette limite est atteinte : tout ajout de soluté ne se dissout plus et se dépose.
2. Concentration massique visée : \(c_m=\dfrac{20}{0{,}050}=400\ \text{g·L}^{-1}\). Comme \(c_m=400\gt s=360\ \text{g·L}^{-1}\), la solubilité est dépassée : la solution est saturée et il reste un dépôt de sel non dissous.
3. Le \(\text{NaCl}\) (ionique) se dissout mieux dans l'eau (solvant polaire) ; le diiode (apolaire) se dissout mieux dans le cyclohexane (solvant apolaire). « Les semblables dissolvent les semblables ».
4. Amphiphile : la molécule possède une tête hydrophile (\(\text{–COO}^-\), aime l'eau) et une queue lipophile/hydrophobe (chaîne carbonée, aime les graisses). La queue s'ancre dans la graisse, la tête reste dans l'eau : la graisse est ainsi dispersée et emportée au rinçage.