Terminale Spécialité PHYSIQUE-CHIMIE – Constitution et transformations de la matière.

« Terminale Spécialité PHYSIQUE-CHIMIE – Constitution et transformations de la matière. Cours – Chapitre 3 NOTIONS ET CONTENUS : CAPACITÉS EXIGIBLES, ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES (BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) pH et relation pH = - log ([H3O+]/c°) avec c° = 1 mol.L–1 , concentration standard : déterminer, à partir de la valeur de la concentration en ion oxonium H3O+, la valeur du pH de la solution et inversement. Capacité mathématique : utiliser la fonction logarithme décimal et sa réciproque. Mesurer le pH de solutions d’acide chlorhydrique (H3O+, C  ) obtenues par dilutions successives d’un facteur 10 pour tester la relation entre le pH et la concentration en ion oxonium H3O+ apporté. Absorbance et loi de Beer-Lambert ; conductance, conductivité et loi de Kohlrausch : exploiter la loi de BeerLambert, la loi de Kohlrausch ou l’équation d’état du gaz parfait pour déterminer une concentration ou une quantité de matière.

Citer les domaines de validité de ces relations. Mesurer une conductance et tracer une courbe d’étalonnage pour déterminer une concentration. Spectroscopie infrarouge et UV-visible, identification de groupes caractéristiques et d’espèces chimiques : exploiter, à partir de données tabulées, un spectre d’absorption infrarouge ou UV-visible pour identifier un groupe caractéristique ou une espèce chimique. Grandeur sans unité de valeur comprise entre 0 et 14 en solution aqueuse, le pH (potentiel Hydrogène) quantifie l’acidité d’une solution aqueuse, liée à la présence des ions oxonium H3O+(aq) en solution. Le pH d’une solution aqueuse diluée est défini par la relation : [H3O+] : concentration en quantité de matière effective en ion oxonium (mol.L–1)  [H 3O + ]  pH =  log  c° : concentration standard, qui vaut exactement 1 mol.L–1  c°   Définie pour un réel strictement positif, la fonction logarithme décimal log ne peut pas être calculée pour une grandeur, c’est-à-dire un nombre avec unité, comme la concentration [H3O+]. L’introduction de la concentration standard c° dans la formule du pH permet de [H 3O  ] manipuler le rapport sans unité (appelé « activité de l’ion oxonium »). c Réciproquement, la concentration en ion oxonium H3O+ s’obtient par la relation : [H 3O+ ] = c° ×10pH Exemple : Calcul du pH à partir de la concentration [H3O+] Le pH d’une solution de concentration en ion oxonium [ H 3O+ ]  1,0  10 2 mol.L1 est :  [ H 3 O+ ]   1,0  10 2  x 2 pH   log    log      log  10   2,0 par réciprocité des fonctions log et 10 c° 1     (résultat exprimé avec deux chiffres significatifs) Calcul de la concentration [H3O+] à partir du pH La concentration en ion oxonium d’une solution de pH = 8,5 est : [ H 3O+ ]  c°×10  pH  1×10 8,5  3,2×10 9 mol.L1 (résultat présenté en notation scientifique) Le pH est une fonction décroissante de la concentration en ion oxonium : plus la concentration en ion oxonium est élevée, plus le pH est faible, et inversement. lelivrescolaire.fr Physique Chimie Spécialité Terminale 2020 page 25 P.F.

– Terminale Spécialité PHYSIQUE CHIMIE 2020 – CONSTITUTION ET TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE : Déterminer la composition d’un système par des méthodes physiques et chimiques.

– Analyse d’un système par des méthodes physiques. 1 Le pH se mesure à l’aide d’un pH-mètre préalablement étalonné avec des solutions tampons* adaptées à la gamme de valeurs de pH explorées. La mesure est alors fiable pour des valeurs de pH comprises entre 1 et 13, soit pour des concentrations en ion oxonium H3O+ variant entre 10–1 mol.L–1 et 10–13 mol.L–1, avec une incertitude de mesure de 0,1 unité. * Le pH d’une solution tampon varie faiblement lors d’un ajout modéré d’acide, de base ou d’eau, raison pour laquelle elle permet l’étalonnage de l’instrument de mesure. BORDAS Physique Chimie Spécialité Terminale 2020 page 42 Il est possible de tester la relation entre le pH et la concentration en ion oxonium apporté en mesurant le pH de solutions d’acide chlorhydrique (H3O (aq) , C  (aq) ) obtenues par dilutions successives d’un facteur 10. Activité expérimentale : Transformation acide-base et pH Appelée diagramme de Flood, la représentation graphique de (partie 2).    [H3O ]   la fonction pH  f   log    montre, pour l’acide  c    chlorhydrique, trois zones : ① : pour des solutions concentrées, le pH ne varie pas  [H O ]  linéairement en fonction de  log  3  , donc la  c   [H O  ]  relation pH   log  3  n’est pas valide.  c  ② : pour des solutions diluées de concentrations en quantités de matière comprises entre 10–2 mol.L–1 et environ 10–6 mol.L–1, le graphe peut être modélisé par une fonction linéaire, validant la relation. ③ : pour des solutions très diluées, le solvant eau impose son pH = 7. BORDAS Physique Chimie Spécialité Terminale 2020 page 45 ♦ Absorbance Lumière blanche incidente Lumière transmise Lorsque la lumière blanche traverse une solution colorée, certaines longueurs d’onde sont absorbées par la solution. La capacité d’une solution à absorber une radiation de longueur d’onde donnée est quantifiée par son absorbance, notée A, grandeur physique sans dimension, mesurée grâce à un spectrophotomètre. Afin d’augmenter la précision des mesures d’absorbance, il importe d’enregistrer le spectre d’absorption de la solution étudiée, et de sélectionner sur le spectrophotomètre la longueur d’onde du maximum d’absorption max (en effet, les variations de l’absorbance, alors maximales, permettent les mesures les plus différenciées). complémentaire de celle majoritairement absorbée (diamétralement opposée sur le cercle chromatique) HACHETTE Physique Chimie Spécialité Terminale 2020 page 30 P.F.

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– Analyse d’un système par des méthodes physiques. 2 ♦ Loi de Beer-Lambert À longueur d’onde , température et épaisseur de solution traversée données, la loi de Beer-Lambert traduit l’absorbance A d’une solution colorée (contenant un unique soluté absorbant à la longueur d’onde ) à sa concentration c en espèce colorée : A  k .

c  ε . .c Unités usuelles A sans unité c en mol.L–1  en cm  en L.mol –1.cm–1 k en L.mol –1 Signification Absorbance Concentration en espèce responsable de la couleur Epaisseur de solution traversée Coefficient d’absorption molaire de l’espèce colorée ( : epsilon) Coefficient de proportionnalité dépendant de la nature de la solution, de l’épaisseur de solution traversée, à température et longueur d’onde fixées. La loi de Beer-Lambert est valable en solution limpide peu concentrée, soit des concentrations en quantité de matière inférieures à 10 – 2 mol.L–1. En général, le coefficient d’absorption molaire  n’est pas connu : on ne peut donc pas déduire directement la concentration d’une mesure d’absorbance.

Pour établir le lien entre concentration et absorbance, il faut réaliser un étalonnage de l’appareil utilisé. L’absorbance est une grandeur additive : si une solution est un mélange de plusieurs espèces chimiques colorées de concentrations c1 , c2, …, cn , l’absorbance de la solution est la somme des absorbances de chacune d’elles : A  A1  A 2  ...

 A n   A i   k i .

ci i i Activité expérimentale : Conductance et conductivité… (partie 1). Les solutions ioniques (ou électrolytiques) ont la propriété de conduire le courant électrique par un double déplacement d’ions (cations dans le sens conventionnel du courant, anions en sens inverse). ♦ Conductance La conductance G d’une portion de solution comprise entre deux plaques planes parallèles permet de quantifier le caractère conducteur de la solution. Traduisant sa capacité à conduire le courant électrique, elle se définit comme l’inverse de la résistance électrique R de la portion de.... »