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Devoir surveillé n°2 – semestre 1 – Physique-chimie – 3e année collège, option française (modèle 1)

Deuxième contrôle surveillé original pour les élèves de 3e année collège (option française), sur les leçons de chimie qui suivent le premier contrôle du semestre 1 : l'atome et les ions, les solutions acides et basiques et la mesure du pH, l'action de l'acide chlorhydrique sur le fer et les tests d'identification des ions. Durée : 1 heure, noté sur 20.

Niveau3e année collège
MatièrePhysique-chimie
Semestresemestre 1
DevoirDevoir n° 2
Durée1 heure
Barèmesur 20
LeçonsL'atome et les ions, Solutions acides et solutions basiques (pH), Action des solutions acides sur les métaux, Tests d'identification de quelques ions
Programme MEN : Programmes et orientations pédagogiques de la physique-chimie au cycle secondaire collégial ; avec le Cadre de référence de l'examen régional 2025 – Physique-Chimie (CNEE), qui fixe le programme du semestre 2 de la 3e année : mécanique (mouvement et repos, actions mécaniques, notion de force, équilibre d'un corps soumis à deux forces, poids et masse) et électricité (loi d'Ohm, puissance, énergie) ; les matériaux relèvent donc du semestre 1

Devoirs modèles rédigés par l'équipe Wadifa Info, conformes au programme officiel, non officiels.

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Énoncé

Exercice 1 : l'atome et les ions (6 pts)

  1. Répondre par « vrai » ou « faux » :
    1. L'atome est électriquement neutre.
    2. La charge de l'électron est positive.
    3. Un ion positif est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu un ou plusieurs électrons.
    4. La masse de l'atome est concentrée essentiellement dans son noyau.
  2. L'atome d'aluminium Al contient 13 électrons. On donne la charge élémentaire : e = 1,6 × 10−19 C.
    1. Calculer la charge totale des électrons de l'atome d'aluminium, puis en déduire la charge de son noyau.
    2. L'atome d'aluminium se transforme en ion Al3+. Expliquer comment cet ion se forme, puis calculer son nombre d'électrons et sa charge.
  3. L'ion chlorure Cl− contient 18 électrons. Combien d'électrons contient l'atome de chlore Cl ? Justifier.

Exercice 2 : solutions acides et basiques (6 pts)

Des élèves ont mesuré le pH de quelques solutions utilisées à la maison avec un pH-mètre. Voici leurs résultats :

SolutionJus de citronEau pureEau savonneuseVinaigreSolution d'hydroxyde de sodiumEau salée
pH2,579,53137
  1. Classer ces solutions en solutions acides, basiques et neutres.
  2. Quelle est la solution la plus acide ? Justifier.
  3. On ajoute de l'eau pure au vinaigre (dilution). Comment varie son pH ?
  4. Quels ions sont majoritaires dans les solutions acides ? Et dans les solutions basiques ?
  5. Citer un autre moyen de mesurer le pH d'une solution.
  6. Le flacon de solution concentrée d'hydroxyde de sodium porte le pictogramme « corrosif ». Citer deux précautions à prendre lors de son utilisation.

Exercice 3 : action de l'acide chlorhydrique sur le fer (8 pts)

On place des morceaux de fer dans un tube à essai contenant une solution d'acide chlorhydrique (H+ + Cl−). Un gaz se dégage ; quand on approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube, on entend une légère détonation. Après la fin de la réaction, on partage la solution obtenue en deux parties :

  • dans la première partie, on ajoute quelques gouttes de solution d'hydroxyde de sodium : un précipité vert se forme ;
  • dans la deuxième partie, on ajoute quelques gouttes de solution de nitrate d'argent : un précipité blanc qui noircit à la lumière se forme.
  1. Quel est le nom du gaz dégagé ? Comment l'a-t-on mis en évidence ?
  2. Quel ion a été mis en évidence par la solution d'hydroxyde de sodium ? Et par la solution de nitrate d'argent ?
  3. Préciser les réactifs et les produits, puis écrire l'équation chimique simplifiée de cette réaction.
  4. On mesure le pH de la solution avant et après la réaction. Comment varie-t-il ? Justifier.
  5. On refait l'expérience avec du cuivre à la place du fer : aucune réaction n'est observée. Que peut-on conclure ?
  6. Donner le nom et la formule de la solution obtenue après la réaction.
Afficher le corrigé et le barème

Exercice 1 : l'atome et les ions

  1. (1) Vrai. (2) Faux : la charge de l'électron est négative, égale à −e. (3) Vrai. (4) Vrai : la masse des électrons est négligeable devant celle du noyau.
  2. (a) Charge des électrons : q = −13 × e = −13 × 1,6 × 10−19 = −2,08 × 10−18 C. L'atome est électriquement neutre, donc la charge du noyau est +2,08 × 10−18 C.
    (b) L'ion Al3+ se forme quand l'atome d'aluminium perd 3 électrons. Nombre d'électrons : 13 − 3 = 10. Charge : q = +3e = 3 × 1,6 × 10−19 = 4,8 × 10−19 C.
  3. L'ion Cl− est un atome de chlore qui a gagné un électron, donc l'atome de chlore contient 18 − 1 = 17 électrons.

Barème : 1) 0,5 par réponse (2 pts) – 2a) 0,75 + 0,5 (1,25 pt) – 2b) 0,5 + 0,5 + 0,75 (1,75 pt) – 3) 1 pt.

Exercice 2 : solutions acides et basiques

  1. Acides (pH < 7) : jus de citron, vinaigre. Basiques (pH > 7) : eau savonneuse, solution d'hydroxyde de sodium. Neutres (pH = 7) : eau pure, eau salée.
  2. Le jus de citron, car son pH est le plus petit (2,5) : plus le pH est petit, plus la solution est acide.
  3. Le pH augmente et se rapproche de 7 sans le dépasser : diluer une solution acide diminue son acidité.
  4. Solutions acides : ions hydrogène H+ ; solutions basiques : ions hydroxyde HO−.
  5. Le papier pH (ou les indicateurs colorés).
  6. Par exemple : porter des lunettes de protection et des gants, ne pas toucher ni respirer la solution, et pour diluer, verser la solution concentrée dans l'eau et non l'inverse.

Barème : 1) 0,25 par solution (1,5 pt) – 2) 1 pt – 3) 1 pt – 4) 0,5 + 0,5 (1 pt) – 5) 0,5 pt – 6) 0,5 par précaution (1 pt).

Exercice 3 : action de l'acide chlorhydrique sur le fer

  1. Le dihydrogène H2, mis en évidence par la détonation produite à l'approche d'une flamme.
  2. Le précipité vert avec l'hydroxyde de sodium révèle les ions fer II : Fe2+. Le précipité blanc qui noircit à la lumière avec le nitrate d'argent révèle les ions chlorure Cl−.
  3. Réactifs : le fer Fe et les ions hydrogène H+. Produits : les ions fer II Fe2+ et le dihydrogène H2 (les ions Cl− ne réagissent pas).
    Équation simplifiée : Fe + 2H+ → Fe2+ + H2.
  4. Le pH augmente, car les ions H+ sont consommés pendant la réaction : l'acidité de la solution diminue.
  5. Le cuivre ne réagit pas avec l'acide chlorhydrique dilué, contrairement au fer.
  6. Une solution de chlorure de fer II, de formule (Fe2+ + 2Cl−).

Barème : 1) 0,5 + 0,5 (1 pt) – 2) 1 + 1 (2 pts) – 3) réactifs et produits 1 + équation 1 (2 pts) – 4) 1 pt – 5) 1 pt – 6) 1 pt.

Barème

Exercice 1 : l'atome et les ions6 pts
Exercice 2 : solutions acides et basiques6 pts
Exercice 3 : action de l'acide chlorhydrique sur le fer8 pts
Total20 pts

Conseils de révision

  • L'atome est neutre : le nombre d'électrons est égal au nombre de charges positives du noyau.
  • Ion positif = atome qui a perdu des électrons ; ion négatif = atome qui a gagné des électrons.
  • pH inférieur à 7 : solution acide ; égal à 7 : neutre ; supérieur à 7 : basique.
  • Retiens les tests : Fe²⁺ précipité vert, Fe³⁺ précipité rouille, Cu²⁺ précipité bleu avec l'hydroxyde de sodium ; Cl⁻ précipité blanc qui noircit à la lumière avec le nitrate d'argent.

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