
Voici le corrigé détaillé des exercices sur le suivi spectrophotométrique. Compare ta démarche à chaque correction : écris la relation littérale, remplace par les valeurs avec leurs unités, puis donne le résultat avec le bon nombre de chiffres significatifs.
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La correction détaillée : corrigé du suivi spectrophotométrique
Correction de l’exercice 1 : Questions de cours1. L’absorbance est A = log (I0 ÷ I), où I0 est l’intensité entrante et I l’intensité transmise. Elle est sans unité.
2. A = ε × l × c : A sans unité, ε en L·mol−1·cm−1, l en cm, c en mol·L−1. Elle est valable en solution diluée, en lumière monochromatique, avec une seule espèce absorbante.
3. À λmax, l’absorbance est maximale : la mesure est la plus sensible et peu affectée par un léger décalage de longueur d’onde.
4. Le blanc, réalisé avec le solvant seul dans la cuve, fixe le zéro d’absorbance : il élimine l’absorption due à la cuve et au solvant.
a. Faux : l’absorbance est sans unité.
b. Vrai : elle absorbe l’orange-rouge et renvoie le bleu, couleur complémentaire.
c. Vrai : A = ε l c est proportionnelle à c.
d. Faux : I = I0 donne A = log 1 = 0.
e. Faux : on fait le blanc avec le solvant seul.
f. Faux : au-delà de 1,5 environ, la loi n’est plus vérifiée et la mesure est peu précise ; il faut diluer.
1. Le maximum est atteint pour λmax ≈ 630 nm, avec A ≈ 1,05.
2. La solution absorbe surtout l’orange-rouge (environ 600 à 650 nm) ; elle renvoie donc le bleu et paraît bleue.
3. À 500 nm, A ≈ 0,10.
4. Il faut se placer à 630 nm : la sensibilité est maximale.
5. T = 10−A = 10−1,05 ≈ 0,089, soit 8,9 % de lumière transmise.
1. A = log 10 = 1,0.
2. I ÷ I0 = 0,50, donc I0 ÷ I = 2 et A = log 2 = 0,30.
3. I0 ÷ I = 100 donc A = log 100 = 2,0.
4. T = 10−0,70 = 0,20, soit 20 % de la lumière transmise.
1. c = A ÷ (ε × l) = 0,48 ÷ (2,4 × 103 × 1,0) = 2,0 × 10−4 mol·L−1.
2. A est proportionnelle à l : A = 2,4 × 103 × 2,0 × 2,0 × 10−4 = 0,96.
3. n = c × V = 2,0 × 10−4 × 0,250 = 5,0 × 10−5 mol ; m = n × M = 5,0 × 10−5 × 158 = 7,9 × 10−3 g, soit 7,9 mg.
1. l = 10 mm = 1,0 cm.
2. c = 0,75 ÷ (1,5 × 104 × 1,0) = 5,0 × 10−5 mol·L−1 = 50 µmol·L−1.
3. 1 L·cm−1 = 10−3 m3 ÷ 10−2 m = 0,1 m2. Donc ε = 1,5 × 104 × 0,1 = 1,5 × 103 m2·mol−1.
4. l = 1,0 × 10−2 m ; c = 5,0 × 10−5 mol·L−1 = 5,0 × 10−2 mol·m−3. A = 1,5 × 103 × 1,0 × 10−2 × 5,0 × 10−2 = 0,75. Cohérent.
1. c0 × V0 = cf × Vf : la quantité de matière de soluté ne change pas.
2. V0 = cf × Vf ÷ c0, avec c0 = 1,0 mmol·L−1 et Vf = 50,0 mL : 0,10 mmol·L−1 → 5,0 mL ; 0,20 → 10,0 mL ; 0,30 → 15,0 mL ; 0,40 → 20,0 mL ; 0,50 → 25,0 mL.
3. F = c0 ÷ cf = 1,0 ÷ 0,10 = 10 (ou Vf ÷ V0 = 50,0 ÷ 5,0 = 10).
4. Pipette jaugée (avec propipette) pour prélever V0 et fiole jaugée de 50,0 mL. On complète jusqu’au trait de jauge pour obtenir exactement le volume final Vf utilisé dans le calcul.
1. Les points sont alignés avec l’origine : on a une droite passant par l’origine, donc A est proportionnelle à c : la loi de Beer-Lambert est vérifiée.
2. k = ΔA ÷ Δc = 1,50 ÷ 1,0 = 1,5 mmol−1·L = 1,5 × 103 L·mol−1.
3. c = A ÷ k = 0,75 ÷ 1,5 = 0,50 mmol·L−1.
4. ε = k ÷ l = 1,5 × 103 ÷ 1,0 = 1,5 × 103 L·mol−1·cm−1.
5. Non : A = 2,4 est au-delà du domaine étalonné (et de la validité de la loi). Il faut diluer la solution, mesurer à nouveau puis multiplier la concentration trouvée par le facteur de dilution.
1. F = Vf ÷ V0 = 50,0 ÷ 5,00 = 10,0.
2. cd = A ÷ k = 0,72 ÷ (2,4 × 103) = 3,0 × 10−4 mol·L−1.
3. c = F × cd = 10,0 × 3,0 × 10−4 = 3,0 × 10−3 mol·L−1 ; t = c × M = 3,0 × 10−3 × 5,0 × 102 = 1,5 g·L−1.
4. Écart relatif = |1,5 − 1,6| ÷ 1,6 ≈ 6 % : résultat acceptable compte tenu des incertitudes.
1. Les points sont alignés jusqu’à environ 1,2 mmol·L−1, soit une absorbance d’environ 1,2.
2. La loi prévoit A = 1,0 × 2,0 = 2,0 ; on mesure 1,62. Écart relatif = (2,0 − 1,62) ÷ 2,0 ≈ 19 %.
3. Il faut diluer (par exemple d’un facteur 4 pour obtenir 0,50 mmol·L−1), mesurer, puis multiplier par le facteur de dilution.
4. Aux fortes concentrations, les entités absorbantes interagissent entre elles et il parvient très peu de lumière au détecteur : la proportionnalité n’est plus respectée.
1. Le colorant est consommé : sa concentration diminue, donc A diminue.
2. A = ε × l × c : l’absorbance est proportionnelle à la concentration du colorant.
3. A0 = 1,20 ; à la moitié de l’avancement final, A = 0,60 (la moitié du colorant a réagi). On lit t1/2 ≈ 6 min.
4. À 12 min, A = 0,30, donc x ÷ xmax = 1 − 0,30 ÷ 1,20 = 0,75 (75 %).
5. À partir d’environ 30 min, A ≈ 0,04 : la solution est pratiquement incolore (5 demi-réactions, soit 97 % de réaction).
1. État initial : n(S2O82−) = 6,0 × 10−5 mol ; I− en excès ; I2 = 0. En cours : n(S2O82−) = 6,0 × 10−5 − x ; n(I2) = x. Le réactif limitant est S2O82− : xmax = 6,0 × 10−5 mol.
2. [I2]f = xmax ÷ V = 6,0 × 10−5 ÷ 0,0400 = 1,5 × 10−3 mol·L−1.
3. A∞ = ε × l × c = 8,0 × 102 × 1,0 × 1,5 × 10−3 = 1,2.
4. x(t) = A × V ÷ (ε × l) = 0,60 × 0,0400 ÷ (8,0 × 102 × 1,0) = 3,0 × 10−5 mol = xmax ÷ 2 : c’est le temps de demi-réaction.
1. A = AX + AY = εX l cX + εY l cY = 1,2 × 103 × 2,0 × 10−4 + 3,0 × 102 × 6,0 × 10−4 = 0,24 + 0,18 = 0,42.
2. AX = 1,2 × 103 × 3,0 × 10−4 = 0,36 ; AY = 0,51 − 0,36 = 0,15 ; cY = 0,15 ÷ (3,0 × 102) = 5,0 × 10−4 mol·L−1.
1. Aréelle = 0,53 − 0,05 = 0,48.
2. c = 0,48 ÷ 2,4 × 103 = 2,0 × 10−4 mol·L−1 ; sans correction : 0,53 ÷ 2,4 × 103 = 2,2 × 10−4 mol·L−1, soit un écart relatif d’environ 10 % (par excès).
3. À 400 nm l’absorbance est très faible (environ 0,05 contre 1,1 au maximum) : la mesure est peu sensible et peu précise.
4. Les traces diffusent et absorbent la lumière : l’absorbance mesurée est trop grande.
1. 1 : source de lumière blanche ; 2 : monochromateur (choix de λ) ; 3 : cuve contenant la solution ; 4 : détecteur ; 5 : afficheur de l’absorbance.
2. I0 est l’intensité de la lumière entrant dans la cuve, I l’intensité sortant de la cuve ; A = log (I0 ÷ I).
3. La loi de Beer-Lambert est établie pour une longueur d’onde donnée, car ε dépend de λ.
4. La cuve contient le solvant seul (eau distillée) ; l’afficheur indique 0,000.
1. U(A) ÷ A = 0,02 ÷ 0,48 ≈ 4 %.
2. cmin = 0,46 ÷ 2,4 × 103 = 1,9 × 10−4 mol·L−1 ; cmax = 0,50 ÷ 2,4 × 103 = 2,1 × 10−4 mol·L−1.
3. c = (2,0 ± 0,1) × 10−4 mol·L−1.
4. Pour A = 1,0 : 0,02 ÷ 1,0 = 2 %. À incertitude absolue constante, l’incertitude relative diminue quand A augmente ; mais au-delà de 1,5 la loi n’est plus valable, d’où l’intérêt de se placer entre 0,3 et 1,5 environ.
1. A ÷ c vaut : 1,5 ; 1,55 ; 1,47 ; 1,5 ; 1,5 (en mmol−1·L).
2. Ils sont pratiquement constants : A est proportionnelle à c, la loi est vérifiée. Valeur moyenne : k ≈ 1,5 mmol−1·L = 1,5 × 103 L·mol−1.
3. k = ε × l donc ε = 1,5 × 103 ÷ 2,0 = 7,5 × 102 L·mol−1·cm−1.
4. c = 0,90 ÷ 1,5 × 103 = 6,0 × 10−4 mol·L−1.
1. R : λmax ≈ 620 nm ; P : λmax ≈ 420 nm.
2. R absorbe l’orange-rouge (d’où sa couleur bleue) ; P absorbe le violet-bleu (d’où sa couleur jaune).
3. À 620 nm, R absorbe fortement et P presque pas : l’absorbance diminue au fur et à mesure que R disparaît, et elle est proportionnelle à [R]. Le choix est pertinent car une seule espèce absorbe.
4. À 520 nm, A(R) ≈ 0,2 et A(P) ≈ 0,1 : les deux espèces absorbent, A = AR + AP varie peu et le lien avec une seule concentration disparaît : le suivi est difficile à exploiter.
1. t1/2 est la durée au bout de laquelle l’avancement atteint la moitié de sa valeur finale.
2. À 40 °C (t1/2 = 3,0 min) ; t1/2 est divisé par 12 ÷ 3,0 = 4.
3. x(t1/2) = xmax ÷ 2 = 2,0 × 10−5 mol.
4. À t1/2, A = A∞ ÷ 2 = 0,48 dans les deux expériences (l’état final est le même, seule la durée change).
5. La température est un facteur cinétique : si elle variait pendant la mesure, t1/2 ne serait pas interprétable. Le bain thermostaté la maintient constante.
1. c ≈ 0,40 ÷ 7,9 × 102 ≈ 5,1 × 10−4 mol·L−1. Alors A = ε × l × c = 1,3 × 105 × 1,0 × 5,1 × 10−4 ≈ 66 : impossible à mesurer (au-delà de 1,5).
2. On vise A ≈ 0,7, soit c ≈ 0,7 ÷ 1,3 × 105 ≈ 5 × 10−6 mol·L−1, donc un facteur de dilution F ≈ 5,1 × 10−4 ÷ 5 × 10−6 ≈ 100 : on prélève 1,00 mL à la pipette jaugée et on complète à 100,0 mL dans une fiole jaugée (A attendue ≈ 0,66).
3. Protocole : (a) allumer l’appareil, fixer λ = 630 nm ; (b) faire le blanc avec de l’eau distillée ; (c) préparer cinq étalons de 2,0 à 10 µmol·L−1 par dilution de la solution mère (5,0 ; 10,0 ; 15,0 ; 20,0 ; 25,0 mL dans 50,0 mL) ; (d) mesurer leur absorbance, du plus dilué au plus concentré, en rinçant la cuve ; (e) tracer A = f(c) et vérifier la droite passant par l’origine ; (f) diluer la boisson (F = 100) et mesurer A ; (g) lire cd sur la droite, multiplier par 100 pour obtenir la concentration de la boisson et par M pour la concentration massique ; (h) vérifier que A de la boisson diluée est comprise dans la gamme étalonnée.
Comment progresser après ce corrigé
Reprends les exercices 5, 9 et 12 sans regarder la correction : ils résument l’essentiel du chapitre (loi de Beer-Lambert, dilution, avancement). Entraîne-toi à écrire d’abord la relation littérale, à convertir toutes les grandeurs (cm, L, mol) avant de calculer, puis à vérifier l’ordre de grandeur et les chiffres significatifs. Pour les graphiques, lis toujours les unités sur les axes avant de relever une valeur.
