Dans l’atelier attenant d’une maison, des flacons contenant différents produits d’usage courant sont conservés. À la suite d’un dégât des eaux, les étiquettes de ces flacons sont devenues illisibles. Les flacons contenaient les produits suivants :

un déboucheur de canalisation à base d’hydroxyde de sodium de formule (Na⁺, OH^–)

de la bouillie bordelaise contenant du sulfate de cuivre de formule (Cu²⁺, ${SO}_{4}^{2 -}$ ) et utilisée pour le traitement des plantes

de l’acide chlorhydrique de formule (H⁺, Cl^–) utilisé pour nettoyer les joints de carrelage.

Pour identifier à nouveau les solutions contenues dans les flacons, on les repère par des lettres (A, B, C) et on réalise les tests de reconnaissance des ions adaptés.

Document 1 : Tests de reconnaissance de quelques ions

Ion mis en évidence	Réactif	Observation
Cuivre (Cu²⁺⁾	Hydroxyde de sodium	Formation d’un solide bleu
Fer (Fe²⁺)	Hydroxyde de sodium	Formation d’un solide vert
Sulfate ${SO}_{4}^{2 -}$	Chlorure de baryum	Formation d’un solide blanc
Chlorure (Cl^–)	Nitrate d’argent	Formation d’un solide blanc

Document 2 : Échelle de pH

sci3_1806_07_00C_01

Document 3 : Résultats des tests

	Valeur du pH	Tests d’identification des ions
	Valeur du pH	Nitrate d’argent	Hydroxyde de sodium	Chlorure de baryum
Flacon A	6	X	Formation d’un solide bleu	Formation d’un solide blanc
Flacon B	2	Formation d’un solide blanc	X	X
Flacon C	8	X	X	X

X : aucun solide ne se forme.

1. Proposer une expérience permettant de mesurer la valeur du pH d’une solution en détaillant le matériel utilisé et les étapes de la manipulation.

2. Quelles sont les règles de sécurité à respecter lors de la réalisation de l’expérience de la question précédente ?

3. À partir des résultats des tests présentés dans le document 3 et du document 2, préciser le caractère acide ou basique de la solution contenue dans le flacon A. Justifier la réponse.

4. À l’aide des documents fournis, identifier le produit contenu dans le flacon A. Justifier la réponse.

5. Quelques appareils électriques présents dans l’atelier sont également hors d’usage à la suite du dégât des eaux. Il faut donc les remplacer. Deux radiateurs de puissance 2 000 W, un fer à souder de 130 W, trois lampes basse consommation de 10 W chacune, sont achetés.

Calculer la puissance totale consommée lorsque tous les appareils électriques fonctionnent ensemble.

6. L’expression de l’intensité I d’un courant électrique (en A) en fonction de la puissance électrique P consommée (en W) et de la tension électrique U (en V) s’écrit :

$I = \frac{P}{U}$ .

Tous les appareils électriques fonctionnent ensemble. Montrer que la valeur de l’intensité totale I du courant électrique est environ égale à 18 A. On prendra la valeur de la tension du secteur égale à 230 V.

7. Un disjoncteur est un dispositif de protection dont la fonction est d’interrompre le passage du courant électrique lorsque son intensité dépasse une valeur donnée. Celui qui protège l’installation électrique de l’atelier est de valeur 20 A.

Le disjoncteur utilisé permet-il le fonctionnement simultané de tous les appareils électriques nouvellement achetés ? Justifier la réponse.

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Le document 1 rappelle quelques tests de reconnaissance des ions, il te permettra de reconnaître les solutions.

Le document 2 donne l’échelle de pH. Il indique si une solution est acide ou basique en fonction de la valeur de son pH.

Le document 3 rassemble dans un tableau les résultats des tests effectués sur trois solutions dans des flacons différents. Ces tests renseignent sur les pH et les ions présents dans ces trois solutions.

Répondre aux questions

1. Tu dois rédiger un protocole expérimental précis pour répondre à cette question.

2. Rappelle-toi les travaux pratiques de chimie en classe et les règles à respecter.

5. N’oublie pas que la puissance est additive.

Correction

Repère
Conseil
Décompose le protocole en deux ou trois étapes et sois précis dans le choix du matériel.

1.Pour mesurer la valeur du pH d’une solution :

On coupe deux centimètres d’un papier pH que l’on dépose dans une soucoupe.

On y dépose une goutte de la solution étudiée.

On attend 15 secondes. Le papier garde sa couleur initiale ou change de couleur.

On compare la couleur prise par le papier avec un code de couleur sur le boîtier du papier pH qui fait correspondre une valeur de pH à chaque couleur prise.

2.Il faut porter une blouse, des gants et des lunettes de protection pour effectuer ces mesures.

3.Le contenu du flacon A a un pH égal à 6. D’après l’échelle de pH du document 2, cette solution est acide comme toute solution dont le pH est inférieur à 7.

4.Les tests montrent que la solution du flacon A contient des ions Cu²⁺ (car un solide bleu se forme au contact de l’hydroxyde de sodium) et des ions ${SO}_{4}^{2 -}$ (car un précipité blanc se forme au contact de chlorure de baryum). Le flacon A contient donc une solution de sulfate de cuivre de formule (Cu²⁺, ${SO}_{4}^{2 -}$ ).

Repère
Gagne des points
Pose tes calculs même lorsqu’ils sont simples et évidents.

5.La puissance totale consommée est :

$P = (2 \times 2 000) + 130 + (3 \times 10) = 4 160 W$ .

La puissance totale est donc de 4 160 W.

Repère
Info +
Utilise cette formule et note-la avant de faire tes calculs.

6.Lorsque tous les appareils fonctionnent simultanément la tension reste la même U = 230 V. On peut écrire :

$I = \frac{P}{U} = \frac{4 160}{230} = 18 A$ .

On constate en effet que l’intensité du courant est de 18 A.

7. Le disjoncteur coupera le courant si I > 20 A. Lorsque ces appareils fonctionnent simultanément, d’après les calculs I = 18 A. Cette valeur inférieure à 20 A ne suffit pas pour déclencher la coupure de courant par le disjoncteur qui permettra le fonctionnement simultané de tous ces appareils.

Annales - L'énergie et ses conversions : sujet complet corrigé (France métropolitaine 2018)