Importance de la mesure en chimie exercices corrigés
🔬Exercice : Questions de cours (Importance de la mesure en chimie)
Dans quel but un fabricant indique-t-il la composition et les doses des constituants sur l’emballage d’un produit ? Donner un exemple tiré du cours.
Donner la définition de la concentration massique \( C_m \). Donner sa formule et préciser les unités de chaque grandeur.
Citer deux exemples de techniques de mesure simples mais approximatives mentionnées dans le cours.
Citer deux exemples de techniques de mesure plus précises nécessitant un matériel élaboré.
Dans quel but mesure-t-on la teneur en ions nitrate dans l’eau du robinet ? Quelle est la limite à ne pas dépasser ?
Citer trois paramètres que l’on contrôle pour surveiller la qualité du lait et préciser les valeurs de référence pour chacun.
Quel est le rôle de l’éthylomètre ? Sur quel principe physique repose son fonctionnement ?
Donner les domaines de pH et de teneur en chlore recommandés pour une eau de piscine.
Le fabricant indique la composition et les doses des constituants sur l’emballage pour informer les consommateurs. Les informations doivent être conformes aux normes de référence.
Exemple : L’étiquette d’une bouteille d’eau minérale qui indique sa composition en ions et minéraux.
La concentration massique est le rapport de la masse d’un soluté sur le volume de la solution.
Unités :
- \( C_m \) : concentration massique (g/L ou mg/L)
- \( m \) : masse du soluté (g ou mg)
- \( V \) : volume de la solution (L)
Deux exemples de techniques simples mais approximatives :
- Papier pH et indicateur coloré : ils donnent une valeur approximative du pH d’une solution aqueuse.
- Bandelettes-tests (exemples : Uritest pour l’analyse des urines, Hydrotest pour le contrôle de l’eau).
Deux exemples de techniques plus précises :
- L’éthylomètre : mesure le taux d’alcoolémie par litre d’air expiré grâce à l’absorption de radiations infrarouges par les molécules d’éthanol.
- Le ionomètre : donne la concentration des ions présents dans une solution.
💡 Remarque : Le système télémétrique est également cité pour contrôler la pollution de l’air.
On mesure la teneur en ions nitrate \( NO_3^- \) dans l’eau du robinet pour surveiller sa qualité. La composition peut varier selon la région et les activités humaines (agriculture, industrie).
Limite à ne pas dépasser :
Trois paramètres contrôlés pour surveiller la qualité du lait :
| Paramètre | Valeur de référence | Ce que cela permet de connaître |
|---|---|---|
| pH | \( 6,5 – 6,7 \) | État de fraîcheur du lait |
| Densité | \( 1,026 – 1,036 \) | Richesse nutritionnelle |
| Température de solidification | \( -0,54^\circ \text{C} \, \text{à} \, -0,56^\circ \text{C} \) | Ajout éventuel d’eau |
Rôle : L’éthylomètre mesure le taux d’alcoolémie par litre d’air expiré (compris entre 0 et 2,00 mg·L⁻¹).
Principe physique : Il fonctionne grâce à l’absorption de radiations infrarouges par les molécules d’éthanol présentes dans l’air expiré.
Pour une eau de piscine de bonne qualité, les valeurs recommandées sont :
pH
7,2 – 7,6
Teneur en chlore
1 – 2 mg·L⁻¹
Le chlore est présent sous forme d’acide hypochloreux \( HClO \) et d’ions hypochlorite \( ClO^- \).
🧪Exercice 1 : Calcul de la concentration massique
On dispose d’un volume \( V = 200 \, \text{mL} \) d’une solution de glucose contenant \( m = 0,75 \, \text{g} \) de glucose.
Calculer la concentration massique de cette solution.
Calculer la concentration massique \( C_m \) de la solution de glucose.
Masse de glucose : \( m = 0,75 \, \text{g} \)
Volume de la solution : \( V = 200 \, \text{mL} \)
Formule : \( C_m = \dfrac{m}{V} \)
La concentration massique est donnée par la relation :
Conversion du volume en litres :
Application numérique :
💡 Interprétation : La solution contient 3,75 grammes de glucose par litre de solution.
🧪Exercice 2 : Détermination de la densité d’un liquide
On veut déterminer la densité de l’éthanol. Pour cela, on mesure une fiole jaugée de \( 50,0 \, \text{mL} \) vide, on obtient \( m_1 = 61,7 \, \text{g} \).
On la remplit d’éthanol jusqu’au trait de jauge et on la mesure à nouveau, on obtient \( m_2 = 101,2 \, \text{g} \).
Sachant que la masse de \( 50 \, \text{mL} \) d’eau est égale à \( 50 \, \text{g} \) , calculer la densité de l’éthanol par rapport à l’eau.
Calculer la densité \( d \) de l’éthanol par rapport à l’eau.
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🧃Exercice 3 : Mesure pour la protection – Colorant alimentaire
Une boisson à la grenade contient un colorant rouge (E124) dont la concentration est de \( 142 \, \text{mg} \cdot \text{L}^{-1} \).
La dose journalière admissible (DJA) de ce colorant est de \( 0,75 \, \text{mg} \) par \( 1 \, \text{kg} \) de masse corporelle.
Déterminer le volume quotidien maximal de cette boisson qu’un enfant de masse \( 20 \, \text{kg} \) peut consommer sans dépasser la dose autorisée.
Déterminer le volume quotidien maximal \( V \) de cette boisson que l’enfant peut consommer.
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🧪Exercice 4 : Comparaison de méthodes de mesure
La teneur en glucose dans les urines peut être contrôlée à l’aide de bandelettes réactives imprégnées d’un réactif qui change de couleur en fonction de la concentration en glucose. Ces bandelettes sont accompagnées d’une échelle de couleurs permettant de déterminer la teneur en glucose.
Pour déterminer la concentration massique de glucose dans un jus de fruits, on réalise un dosage mettant en évidence une réaction chimique entre les ions iodate et le glucose.
Comparer les deux méthodes utilisées pour déterminer la concentration massique du glucose (précise / imprécise, rapide / lente, destructive / non destructive).
Citer un autre exemple de mesure pouvant être réalisée à l’aide d’une échelle de couleurs et d’un appareil de mesure.
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💊Exercice 5 : Calcul de la dose d’aspirine pour un enfant
Sur la notice de l’aspirine UP SA® 500 mg (\( C_9H_8O_4 \)), on lit les informations suivantes :
- L’aspirine se présente sous forme de comprimés dosés permettant d’adapter le traitement au poids du patient.
- La dose journalière recommandée d’aspirine est d’environ \( 60 \, \text{mg} \cdot \text{kg}^{-1} \cdot \text{jour}^{-1} \) , à répartir en 6 prises.
Calculer la masse maximale d’aspirine que peut prendre un enfant de masse \( 35 \, \text{kg} \) par jour.
Donnée : Formule de l’aspirine : \( C_9H_8O_4 \) (masse molaire \( M = 180 \, \text{g} \cdot \text{mol}^{-1} \))
Calculer la masse maximale d’aspirine que peut prendre un enfant de \( 35 \, \text{kg} \) par jour.
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🥤Exercice 6 : Aspartame – Boisson gazeuse pour diabétiques
Depuis quelques années, les magasins proposent une boisson gazeuse spéciale pour les diabétiques. Dans cette boisson, le sucre est remplacé par de l’aspartame. Cependant, cette substance produit du méthanol qui présente un danger pour l’homme. Sa consommation doit donc être limitée.
La dose journalière maximale recommandée est de \( 40 \, \text{mg} \) par \( \text{kg} \) de masse corporelle.
L’étiquette indique que la concentration massique de l’aspartame dans la boisson est \( C_m = 0,5 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1} \).
Calculer le volume maximal de cette boisson gazeuse qu’une personne de \( 50 \, \text{kg} \) peut consommer sans risque pour sa santé.
Calculer le volume maximal de boisson gazeuse qu’une personne de \( 50 \, \text{kg} \) peut consommer sans risque.
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🐟Exercice 7 : Mesure pour agir – Eau d’aquarium
L’eau d’un aquarium contient des ions nitrite \( NO_2^- \). Leur teneur peut être déterminée à l’aide de bandelettes réactives. La valeur à ne pas dépasser est \( 0,10 \, \text{mg} \cdot \text{L}^{-1} \).
L’eau de l’aquarium devient polluée lorsque la teneur en ions nitrite atteint \( 0,50 \, \text{mg} \cdot \text{L}^{-1} \). Dans ce cas, il est recommandé de changer un tiers de l’eau.
Donnée : L’eau ajoutée est exempte d’ions nitrite.
Quelle est la nouvelle concentration en ions nitrite \( NO_2^- \) après le changement partiel de l’eau ?
Faut-il effectuer un traitement supplémentaire pour réduire la teneur en ions nitrite ?
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💧Exercice 8 : Eaux minérales – Mesure pour informer
Les étiquettes de deux eaux minérales (A) et (B) présentent les informations suivantes :
Eau minérale A
| Sodium | 25,50 | mg/L |
| Potassium | 2,80 | mg/L |
| Magnésium | 8,70 | mg/L |
| Calcium | 12,02 | mg/L |
| Chlorures | 14,20 | mg/L |
| Bicarbonates | 103,7 | mg/L |
| Sulfates | 41,70 | mg/L |
| Nitrates | 0,10 | mg/L |
Eau minérale B
| Sodium | 120 | mg/L |
| Potassium | 8 | mg/L |
| Magnésium | 40 | mg/L |
| Calcium | 70 | mg/L |
| Chlorures | 220 | mg/L |
| Bicarbonates | 335 | mg/L |
| Sulfates | 20 | mg/L |
| Nitrates | 4 | mg/L |
Les ions bicarbonates \( HCO_3^- \) confèrent à l’eau son pH et la protègent contre les acides. Lorsque la teneur en \( HCO_3^- \) dépasse 600 mg/L, l’eau est dite bicarbonatée.
Pour vérifier si la concentration en \( HCO_3^- \) dans l’eau (A) est supérieure à celle dans l’eau (B), on réalise une réaction entre les ions bicarbonate et l’acide chlorhydrique :
Quels sont les constituants de l’eau minérale commercialisée ?
Si un consommateur suit un régime sans sel, quelle eau peut-il choisir ?
En déduire la masse de sodium consommée par jour si l’on boit \( 1,5 \, \text{L} \) de cette eau.
Quel est le rôle de l’étiquette pour le consommateur ?
Laquelle de ces eaux minérales peut être qualifiée de bicarbonatée ?
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🌫️Exercice 9 : Mesure de la qualité de l’air
La qualité de l’air varie selon les lieux soumis au phénomène de pollution. Un réseau spécialisé mesure l’indice moyen (sous-indice) de la qualité de l’air, calculé à partir de trois polluants principaux : le dioxyde de soufre \( SO_2 \), le dioxyde d’azote \( NO_2 \)** et l’ozone \( O_3 \)**.
Les tableaux suivants définissent l’indice moyen de la qualité de l’air ainsi que les concentrations massiques des polluants gazeux principaux :
Quel est l’objectif de la mesure de la qualité de l’air ?
Quelles sont les concentrations des différents polluants correspondant à un sous-indice de 7 ?
Les mesures de la qualité de l’air dans une ville européenne, le 12 avril 2005, ont donné les résultats suivants :
- \( SO_2 \rightarrow 140 \, \mu g \cdot m^{-3} \)
- \( NO_2 \rightarrow 40 \, \mu g \cdot m^{-3} \)
- \( O_3 \rightarrow 45 \, \mu g \cdot m^{-3} \)
Calculer l’indice de pollution ce jour-là et en déduire la qualité de l’air dans cette ville.
L’indice moyen de la qualité de l’air est le sous-indice le plus élevé.
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🌬️Exercice 10 : Masse de \( SO_2 \) inhalée quotidiennement
Nous inhalons quotidiennement environ \( 14 \, \text{kg} \) d’air. Les valeurs suivantes représentent la concentration massique de dioxyde de soufre \( SO_2 \) dans l’air dans différentes zones :
- En zone rurale : \( 30 \, \mu g \cdot m^{-3} \)
- En ville : \( 65 \, \mu g \cdot m^{-3} \)
- En zone industrielle : \( 140 \, \mu g \cdot m^{-3} \)
Données :
- Masse volumique de l’air : \( \rho_{air} = 1,3 \, \text{kg} \cdot m^{-3} \)
- Masse molaire de \( SO_2 \) : \( M(SO_2) = 64 \, \text{g} \cdot \text{mol}^{-1} \)
Rurale
30 μg/m³
Ville
65 μg/m³
Industrielle
140 μg/m³
Concentrations de \( SO_2 \) dans différentes zones
Calculer la masse de \( SO_2 \) inhalée quotidiennement par une personne dans chacune des trois zones.
En déduire la quantité de matière de \( SO_2 \) correspondante dans chaque cas.
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