Interpréter une formule chimique en termes d’atomes
Reconnaître le caractère acide, basique ou neutre d’une solution (pH)
Réaliser une dilution et connaître ses effets sur le pH
Calculer une concentration massique
Atomes, ions et molécules
Exercice 1 — Distinguer atome, ion et molécule
Classer chaque espèce chimique dans la bonne catégorie (atome, ion ou molécule).
Espèce
Catégorie
Fe
...
H₂O
...
Na+
...
CO₂
...
Cl−
...
Cu
...
Ca2+
...
NaCl
...
Espèce
Catégorie
Justification
Fe
Atome
Symbole seul, pas de charge
H₂O
Molécule
Assemblage de plusieurs atomes, neutre
Na+
Ion (cation)
Atome avec une charge positive
CO₂
Molécule
Assemblage de C et O
Cl−
Ion (anion)
Atome avec une charge négative
Cu
Atome
Symbole seul, pas de charge
Ca2+
Ion (cation)
Atome avec 2 charges positives
NaCl
Molécule
Assemblage de Na et Cl
Exercice 2 — Symboles chimiques
Associer chaque élément à son symbole.
Élément
Symbole à choisir
Oxygène
a) N b) O c) C
Sodium
a) S b) So c) Na
Fer
a) F b) Fe c) Fr
Cuivre
a) Cu b) Cv c) C
Chlore
a) Ch b) Cr c) Cl
Oxygène → b) O
Sodium → c) Na
Fer → b) Fe
Cuivre → a) Cu
Chlore → c) Cl
Exercice 3 — Interpréter des formules chimiques
Pour chaque molécule, indiquer la nature et le nombre d’atomes, puis le nombre total d’atomes.
Formule
Nom
Composition
Total
H₂O
Eau
...
...
CO₂
Dioxyde de carbone
...
...
C₂H₆O
Éthanol
...
...
CH₂O
Formaldéhyde
...
...
C₃H₈O₃
Glycérol
...
...
Formule
Composition
Total
H₂O
2 H + 1 O
3 atomes
CO₂
1 C + 2 O
3 atomes
C₂H₆O
2 C + 6 H + 1 O
9 atomes
CH₂O
1 C + 2 H + 1 O
4 atomes
C₃H₈O₃
3 C + 8 H + 3 O
14 atomes
Exercice 4 — Produits chimiques en atelier
L’acétone (C₃H₆O) est un solvant courant utilisé pour nettoyer les outils en menuiserie.
Quels types d’atomes composent la molécule d’acétone ?
Combien y a-t-il d’atomes de chaque type ?
Quel est le nombre total d’atomes dans cette molécule ?
L’acétone est-elle un atome, un ion ou une molécule ? Justifier.
La molécule d’acétone contient des atomes de carbone (C), d’hydrogène (H) et d’oxygène (O).
3 atomes de carbone, 6 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène.
\(3 + 6 + 1 = \mathbf{10}\) atomes au total.
C’est une molécule car c’est un assemblage de plusieurs atomes liés entre eux, électriquement neutre.
Exercice 5 — Tuyauterie en cuivre
Un plombier chauffagiste utilise des tubes en cuivre (symbole Cu) pour les canalisations d’eau chaude.
Le cuivre est-il un atome, un ion ou une molécule ?
Donner le symbole du cuivre et le retrouver dans la classification périodique.
L’ion cuivre(II) s’écrit Cu2+. Que signifie le « 2+ » ?
Le vert-de-gris qui apparaît sur le cuivre exposé à l’humidité est du carbonate de cuivre. C’est une transformation chimique : le cuivre réagit-il comme un atome, un ion ou une molécule ?
Le cuivre métallique est constitué d’atomes de cuivre.
Le symbole est Cu (numéro atomique 29 dans la classification périodique).
Le « 2+ » signifie que l’atome de cuivre a perdu 2 électrons. C’est un ion positif (cation) portant 2 charges positives.
Lors de la formation du vert-de-gris, les atomes de cuivre se transforment en ions Cu2+ qui réagissent avec le dioxyde de carbone et l’eau de l’air.
Le pH
Exercice 6 — Acide, basique ou neutre ?
Indiquer le caractère de chaque solution.
Solution
pH
Caractère
Vinaigre blanc
3
...
Eau distillée
7
...
Jus de citron
2
...
Savon de Marseille
9
...
Eau de Javel
12
...
Coca-Cola
2,5
...
Lait
6,5
...
Solution
pH
Caractère
Vinaigre blanc
3
Acide (pH < 7)
Eau distillée
7
Neutre (pH = 7)
Jus de citron
2
Acide (pH < 7)
Savon de Marseille
9
Basique (pH > 7)
Eau de Javel
12
Basique (pH > 7)
Coca-Cola
2,5
Acide (pH < 7)
Lait
6,5
Légèrement acide (pH < 7, mais proche de 7)
Exercice 7 — Produits d’atelier
Un ébéniste utilise plusieurs produits dans son atelier. Il mesure leur pH.
Produit
pH
Décapant pour bois
1,5
Nettoyant multi-usage
8,5
Eau de rinçage
7
Soude caustique diluée
13
Classer ces produits du plus acide au plus basique.
Quel(s) produit(s) sont corrosifs et nécessitent impérativement le port de gants et lunettes ?
Lequel est inoffensif pour la peau ?
Du plus acide au plus basique : décapant (1,5) → eau (7) → nettoyant (8,5) → soude (13).
Le décapant (pH 1,5, très acide) et la soude caustique (pH 13, très basique) sont corrosifs. Port de gants et lunettes obligatoire.
L’eau de rinçage (pH 7, neutre) est inoffensif pour la peau.
Exercice 8 — Mesure de pH
Citer deux méthodes pour mesurer le pH d’une solution.
Laquelle est la plus précise ?
Un élève trempe du papier pH dans une solution et obtient une couleur verte. Que peut-il conclure ?
Le même élève trempe du papier pH dans une autre solution et obtient une couleur rouge. Que peut-il conclure ?
Les deux méthodes sont : le papier pH (bandelette) et le pH-mètre (sonde électronique).
Le pH-mètre est plus précis car il donne une valeur numérique exacte.
Couleur verte → pH proche de 7 → la solution est neutre (ou très légèrement basique).
Couleur rouge → pH faible (1 à 3) → la solution est acide.
Dilution et effets sur le pH
Exercice 9 — Effet de la dilution sur le pH
Qu’est-ce qu’une dilution ?
Un décapant acide a un pH de 2. Après dilution, le pH augmente-t-il ou diminue-t-il ?
Une solution de soude a un pH de 13. Après dilution, le pH augmente-t-il ou diminue-t-il ?
Vers quelle valeur le pH tend-il dans les deux cas ?
Diluer une solution, c’est ajouter du solvant (généralement de l’eau) pour obtenir une solution moins concentrée.
Le pH d’une solution acide augmente lors de la dilution (se rapproche de 7).
Le pH d’une solution basique diminue lors de la dilution (se rapproche de 7).
Dans les deux cas, le pH tend vers 7 (neutralité).
Exercice 10 — Réaliser une dilution
Remettre dans l’ordre les étapes d’une dilution.
(A) Compléter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge
(B) Boucher et agiter par retournements
(C) Prélever le volume de solution mère avec une pipette graduée
(D) Verser dans une fiole jaugée contenant un peu d’eau distillée
L’ordre correct est : (C) → (D) → (A) → (B)
(C) Prélever le volume de solution mère
(D) Verser dans la fiole jaugée
(A) Compléter avec de l’eau jusqu’au trait de jauge
(B) Boucher et agiter
Exercice 11 — Sécurité et dilution
Un technicien doit diluer de l’acide sulfurique concentré.
Quelle est la règle absolue de sécurité lors de la dilution d’un acide ?
Pourquoi cette règle est-elle importante ?
Quels EPI doit-il porter ?
Toujours verser l’acide dans l’eau, jamais l’inverse.
La réaction de dilution d’un acide concentré est exothermique (elle dégage de la chaleur). Si l’on verse l’eau dans l’acide, l’échauffement brutal peut provoquer des projections d’acide.
Il doit porter : blouse, lunettes de protection, gants résistants aux acides. Travailler sous hotte aspirante si possible.
Exercice 12 — Nettoyant dilué
Un nettoyant concentré utilisé en atelier de menuiserie a un pH de 12. On le dilue progressivement.
Dilution
pH attendu
Solution concentrée (pas de dilution)
12
Dilué 10 fois
...
Dilué 100 fois
...
Dilué 1000 fois
...
Le pH augmente-t-il ou diminue-t-il à chaque dilution ? Vers quelle valeur ?
Compléter le tableau avec des valeurs approximatives.
Le pH diminue à chaque dilution (solution basique : le pH se rapproche de 7).
Dilution
pH approximatif
Concentrée
12
Dilué 10 fois
environ 11
Dilué 100 fois
environ 10
Dilué 1000 fois
environ 9
Le pH se rapproche de 7 sans jamais l’atteindre exactement par simple dilution.
Concentration massique \(C_m = m/V\)
Exercice 13 — Calculs directs
Compléter le tableau.
Cas
Masse \(m\) (g)
Volume \(V\) (L)
Concentration \(C_m\) (g/L)
a)
20
0,5
?
b)
?
2
15
c)
50
?
25
d)
6
0,2
?
e)
?
0,5
100
a) \(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{20}{0{,}5} = \mathbf{40}\) g/L
b) \(m = C_m \times V = 15 \times 2 = \mathbf{30}\) g
c) \(V = \dfrac{m}{C_m} = \dfrac{50}{25} = \mathbf{2}\) L
d) \(C_m = \dfrac{6}{0{,}2} = \mathbf{30}\) g/L
e) \(m = 100 \times 0{,}5 = \mathbf{50}\) g
Exercice 14 — Préparation d’une solution de nettoyage
Un technicien de maintenance prépare 5 L de solution de nettoyage à la concentration massique \(C_m = 20\) g/L.
Quelle masse de produit doit-il peser ?
Décrire les étapes de la préparation par dissolution.
\(m = C_m \times V = 20 \times 5 = \mathbf{100}\) g
Peser 100 g de produit sur une balance
Verser dans un récipient contenant un peu d’eau
Agiter pour dissoudre complètement
Compléter avec de l’eau pour obtenir un volume total de 5 L
Exercice 15 — Eau de piscine
Pour désinfecter une piscine, on dissout des pastilles de chlore. On dissout 150 g de chlore dans une piscine de 50 000 L.
Calculer la concentration massique en chlore (en g/L).
La concentration recommandée est de 0,001 à 0,003 g/L. La piscine est-elle correctement traitée ?
0,003 g/L est dans la fourchette recommandée (0,001 à 0,003 g/L). Oui, la piscine est correctement traitée (limite haute).
Exercice 16 — Concentration et dilution
On dispose d’une solution de sel à \(C_m = 50\) g/L. On prélève 200 mL de cette solution et on ajoute de l’eau pour obtenir un volume total de 1 L.
Quelle masse de sel contiennent les 200 mL prélevés ?
Après dilution, quel est le volume total de la solution ?
La masse de sel a-t-elle changé après dilution ?
Calculer la nouvelle concentration massique.
\(m = C_m \times V = 50 \times 0{,}2 = \mathbf{10}\) g
Le volume total est 1 L.
Non, la masse de sel reste la même : 10 g. La dilution ne modifie pas la quantité de soluté.
\(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{10}{1} = \mathbf{10}\) g/L. La concentration a diminué de 50 g/L à 10 g/L (dilution par un facteur 5).
Exercices de synthèse
Exercice 17 — Entretien d’un circuit de chauffage
Un plombier chauffagiste doit nettoyer un circuit de chauffage encrassé par le calcaire. Il utilise un produit détartrant acide (pH = 2) dont la formule contient de l’acide chlorhydrique (HCl).
La molécule HCl est composée de quels atomes ? Combien au total ?
Le produit est-il acide, basique ou neutre ? Justifier.
Quels EPI le technicien doit-il porter ?
Après utilisation, le technicien rince abondamment le circuit à l’eau. Quel est l’effet de ce rinçage sur le pH du produit restant ?
Où le technicien doit-il jeter les restes de produit détartrant ?
HCl contient 1 atome d’hydrogène (H) et 1 atome de chlore (Cl), soit 2 atomes au total.
Le produit est acide car son pH est de 2, inférieur à 7.
Le technicien doit porter : gants résistants aux acides, lunettes de protection, blouse ou vêtement de protection. Un masque si les vapeurs sont irritantes.
Le rinçage est une forme de dilution : le pH du produit restant augmente et se rapproche de 7 (neutralité).
Dans un bidon spécifique pour produits acides (déchets chimiques dangereux, filière DDS). Jamais dans l’évier directement.
Exercice 18 — Fabrication d’une teinte pour bois
Un ébéniste prépare une teinte à l’eau pour colorer un meuble en chêne. Il dissout 30 g de pigment dans 1,5 L d’eau.
Calculer la concentration massique de la teinte.
La teinte est trop foncée. L’ébéniste décide de la diluer en ajoutant 1,5 L d’eau supplémentaire. Quel est le nouveau volume total ?
La masse de pigment a-t-elle changé ?
Calculer la nouvelle concentration massique.
Par quel facteur la concentration a-t-elle été divisée ?