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La fabrication d'un bijou — Révision brevet 2026 Physique-Chimie | KlarIA

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La fabrication d'un bijou

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Exercice 1 — La fabrication d'un bijou ⭐⭐

Durée conseillée : 30 minutes — 25 points

Thème dominant : atomes, ions, masse volumique, transformation chimique

Un bijoutier artisanal fabrique des bagues en utilisant différents métaux. Pour vérifier la nature d'un métal reçu d'un fournisseur, il effectue plusieurs analyses.

Document 1 — Extrait du tableau périodique

Élément	Symbole	$Z$	$A$
Fer	Fe	26	56
Cuivre	Cu	29	64
Zinc	Zn	30	65
Argent	Ag	47	108
Or	Au	79	197

Document 2 — Masses volumiques de référence

Métal	Masse volumique (g/cm³)
Fer	7,87
Cuivre	8,96
Zinc	7,13
Argent	10,50
Or	19,30

Document 3 — Tests d'identification d'ions

Ion	Réactif	Résultat
$Fe^{2+}$	Soude ( $NaOH$ )	Précipité vert
$Fe^{3+}$	Soude ( $NaOH$ )	Précipité rouille
$Cu^{2+}$	Soude ( $NaOH$ )	Précipité bleu
$Zn^{2+}$	Soude ( $NaOH$ )	Précipité blanc

Questions

1. L'atome de cuivre ( $Cu$ ) a un numéro atomique $Z = 29$ et un nombre de masse $A = 64$ . Donner le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet atome. (3 points)

2. L'ion cuivre II s'écrit $Cu^{2+}$ . Combien d'électrons possède-t-il ? Expliquer pourquoi cet ion est chargé positivement. (3 points)

3. Le bijoutier pèse un échantillon du métal reçu : $m = 53{,}7$ g. Il mesure son volume par déplacement d'eau : $V = 6{,}0$ cm³. Calculer la masse volumique de ce métal et identifier sa nature à l'aide du document 2. (4 points)

4. Pour confirmer, le bijoutier plonge un morceau du métal dans de l'acide chlorhydrique. Il observe une effervescence. En approchant une allumette enflammée, il entend une détonation.

a. Quel gaz se dégage ? Comment s'appelle ce test ? (2 points)

b. Écrire l'équation de la réaction entre le zinc et l'acide chlorhydrique ( $H^+$ ). (3 points)

$Zn + ... \, H^+ \rightarrow Zn^{2+} + ...$

c. Cette transformation est-elle physique ou chimique ? Justifier. (2 points)

5. Après la réaction, le bijoutier ajoute quelques gouttes de soude à la solution obtenue. Il observe un précipité blanc. À l'aide du document 3, quel ion est présent dans la solution ? Est-ce cohérent avec la réaction de la question 4 ? (3 points)

6. Le bijoutier veut savoir si un atome d'or est plus lourd qu'un atome de cuivre. Comparer les nombres de masse de l'or et du cuivre à l'aide du document 1 et conclure. (2 points)

7. Le pH de l'acide chlorhydrique utilisé est de 1. Est-ce une solution acide, neutre ou basique ? Quel ion est responsable de ce caractère ? Que devient le pH au cours de la réaction avec le zinc ? Justifier. (3 points)

📝 Voir le corrigé

Corrigé — Exercice 1

1. Atome de cuivre : $Z = 29$ , $A = 64$ .

Protons : $Z = 29$
Neutrons : $N = A - Z = 64 - 29 = 35$
Électrons (atome neutre) : $29$

$\boxed{29 \text{ protons, } 35 \text{ neutrons, } 29 \text{ électrons}}$

2. L'ion $Cu^{2+}$ a perdu 2 électrons par rapport à l'atome de cuivre.

Nombre d'électrons : $29 - 2 = 27$ .

Il est chargé positivement car il a plus de protons (29) que d'électrons (27). L'excès de charges positives donne une charge globale de $+2$ .

$\boxed{27 \text{ électrons. Il a perdu 2 électrons, donc 29 protons > 27 électrons → charge } +2}$

3. $\rho = \dfrac{m}{V} = \dfrac{53{,}7}{6{,}0} = 8{,}95$ g/cm³

D'après le document 2, cette valeur est très proche de celle du cuivre ( $8{,}96$ g/cm³).

$\boxed{\rho = 8{,}95 \text{ g/cm}^3 \approx \text{cuivre}}$

Cependant, la réaction avec l'acide (question 4) montrera que ce n'est pas du cuivre pur...

4a. Le gaz qui se dégage est le dihydrogène ( $H_2$ ). Le test est le test à la flamme (allumette enflammée → détonation « pop »).

4b. $Zn + 2\,H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2$

Vérification : Zn → 1 = 1 ✅ | H → 2 = 2 ✅ | Charges → $0 + 2 = +2 + 0$ ✅

$\boxed{Zn + 2\,H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2}$

4c. C'est une transformation chimique car de nouvelles espèces chimiques se forment ( $Zn^{2+}$ et $H_2$ ) qui n'existaient pas avant la réaction. Les réactifs ( $Zn$ et $H^+$ ) sont transformés.

5. Le précipité blanc correspond à l'ion $Zn^{2+}$ (d'après le document 3). C'est cohérent avec la réaction de la question 4 qui produit des ions $Zn^{2+}$ .

$\boxed{Ion\;Zn^{2+} \text{ → cohérent avec la réaction acide + zinc}}$

Remarque : le métal n'est donc pas du cuivre pur malgré la masse volumique proche. C'est probablement un alliage.

6. Le nombre de masse de l'or est $A = 197$ et celui du cuivre est $A = 64$ . Comme $A$ représente le nombre de nucléons (protons + neutrons), et que la masse de l'atome est essentiellement celle du noyau, l'atome d'or est plus lourd que l'atome de cuivre (environ 3 fois plus).

$\boxed{\text{Oui, l'atome d'or (A = 197) est plus lourd que l'atome de cuivre (A = 64)}}$

7. $pH = 1 < 7$ → solution acide. L'ion responsable est l'ion hydrogène $H^+$ .

Au cours de la réaction avec le zinc, les ions $H^+$ sont consommés (ils apparaissent dans les réactifs de l'équation). Leur quantité diminue, donc le pH augmente (la solution devient moins acide, elle se rapproche de 7).

$\boxed{\text{Acide (H}^+\text{). Le pH augmente car les ions H}^+ \text{ sont consommés.}}$

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