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Le 09/10/2020 Devoir n°1 (2h) - Calculatrice autorisée Page : 1 / 4
I. Spectre infrarouge (IR) (3,5 points)
On dispose du spectre infrarouge ci-dessous
1) L’échelle en abscisse est graduée en cm-1. Nommer la grandeur en abscisse notée .
2) L’échelle en ordonnée est la transmittance notée T. Quelle est son unité et quelles sont ses valeurs minimale et maximale ?
3) Sachant que = 1
, pour la bande d’absorption =1500 cm-1, calculer la longueur d’onde correspondante.
Montrer qu’il est alors justifié de parler de spectroscopie infrarouge.
4) Parmi les 4 molécules ci-dessous, laquelle ou lesquelles peuvent correspondre à ce spectre IR ? Justifier votre réponse.
Molécule a Molécule b Molécule c Molécule d
C H
3C
CH
3O
C H
3CH
CH
3OH
C H
3CH
CH
2OH
CH
3C
H
3C O
OH
Tableau des liaisons correspondantes et des valeurs de en cm-1 -O – H -O – H
acide carboxylique
- N – H C – H
aldéhyde
- C = O - C = C – 3200 à 3400
Forte et Large
2500-3200 Forte et très large
3300 à 3500 Moyenne
2750-2900
2 bandes moyennes et fines
1650 à 1750 Forte et fine
1525 à 1685 Fine
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II. Réduire l’acidité d’un lac (7,5 points)
Plusieurs lacs acides sont répartis dans le monde entier. Cette acidité peut avoir des causes naturelles (comme les éruptions volcaniques) ou être dues aux activités humaines. Pour lutter contre l’acidification d’un lac, deux méthodes sont possibles : diluer ou procéder à un chaulage (Document 1).
Document 1 : le chaulage
Le chaulage est une technique agricole utilisée pour augmenter le pH d’un sol en y épandant des espèces chimiques basiques, comme l’ion carbonate issu du carbonate de calcium solide. Cette même technique est également utilisée pour corriger le pH de lacs trop acides, où les écosystèmes souffrent de l’excès d’acidité. Dans ce cas, de la chaux est larguée par hélicoptère.
« Chaulage » provient de « chaux » qui désigne l’oxyde de calcium de formule CaO. Le carbonate de calcium est préféré à la chaux, car plus soluble dans l’eau.
Document 2 : Le lac Delage
Le lac Delage est situé au nord de la ville de Québec. Il alimente en eau une partie de la ville Lac-Delage. Sa profondeur moyenne est voisine h 10 m.
Le pH du lac Delage est de 5,5, mais il faudrait le relever à 6,0.
Données
Carbonate de calcium de formule CaCO3 (s) ; masse molaire : M= 100 g.mol-1 ; Prix : 0,05 €/kg.
1. Question préliminaire
1.1. Un élève a estimé le volume du lac Delage à 5,4 106 m3. L’élève a-t-il raison ? Détailler votre raisonnement et vos calculs.
Remarque : le volume du lac sera assimilé à un parallélépipède ou à un cylindre.
Pour la suite de l’exercice, le volume du lac Delage sera V 5 106 m3. 2. Méthode par dilution
Le but est de déterminer le volume d’eau à ajouter pour que le pH du lac passe de 5,5 à 6,0.
2.1. Donner la définition du pH en précisant les grandeurs et leurs unités.
2.2. Calculer la concentration initiale en ions H3O+ notée [H3O+]i et la concentration finale souhaitée en ions H3O+ notée [H3O+]F.
2.3. En rappelant la relation lors d’une dilution, déterminer le volume Veau à ajouter pour atteindre le pH voulu.
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3. Méthode par chaulage
Le carbonate de calcium est très soluble dans l’eau suivant la réaction totale :
CaCO
3 (s) Ca
2+(aq)+ CO
32-(aq)
(réaction 1)
Les ions carbonate CO32-
(aq) réagissent avec les ions H3O+ selon la réaction supposée totale :
CO
32-(aq)
+ H
3O
+ HCO
3-(aq)
+ H
2O
(ℓ)(réaction 2)
3.1. Parmi les deux réactions précédentes, laquelle est une réaction acidobasique ? Justifier votre réponse.
3.2. Préciser les deux couples acidobasiques de la réaction acidobasique. Justifier votre réponse.
3.3. En utilisant les résultats de la question 2.2., déterminer la quantité n d’ions H3O+ qui réagissent avec les ions carbonate CO32-
(aq) lors du chaulage.
3.4. En déduire le coût du chaulage.
4. Conclusion
4.1. Entre les deux méthodes possibles, laquelle est la plus réaliste et la moins coûteuse ?
III. Une bille dans l’eau (5 points + Bonus 0,5 point)
On dispose d’une bille d’aluminium de masse m = 39 g et d’une bille de liège de masse m’= 2,8 g. On immerge à tour de rôle les billes dans l’eau, puis on les lâche.
Les deux billes ayant le même volume, l’eau exerce la même poussée verticale vers le haut sur chaque bille, de norme PA = 0,14 N.
1) Calculer le poids P de la bille d’aluminium. (g = 9,8 N.kg-1) 2) Caractériser les forces qui s’exercent sur la bille d’aluminium juste
après qu’on l’a lâchée et les représenter sur un schéma à l’échelle 1 cm pour 0,1 N.
3) Après avoir énoncé la deuxième loi de Newton, calculer l’accélération a aluminium de la bille d’aluminium juste après qu’on l’a lâchée. La bille d’aluminium coule-t-elle ou remonte-t-elle à la surface de l’eau ?
4) La bille de liège coule-t-elle ou remonte-t-elle à la surface de l’eau ? Détailler votre raisonnement.
5) Mini-Problème (1 point + Bonus 0,5 point) :
La poussée verticale a pour expression PA = fluide V g quand la bille est totalement immergée.
Données : fluide = 1,0 g.cm-3 ; g = 9,8 N.kg-1 ; V volume de la bille
Déterminer le rayon r, en mm, de la bille sphérique. Détailler votre raisonnement et vos calculs. Une formule littérale est attendue.
Tout début de raisonnement sera valorisé. Il sera tenu compte de la rédaction et de la présentation des résultats.
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IV. Vecteur variation de vitesse et vecteur accélération (4 points)
On fait glisser un mobile autoporteur, de masse m = 350 g, de centre de masse G sur une table à coussin d’air. Un dispositif relève la position de G à intervalle de temps régulier noté et égal à 60 ms. Echelle du relevé : 1/2.
1) Déterminer la valeur de la vitesse v2 au point G2 puis celle de v4 au point G4.
2) Tracer ci-contre ces deux vecteurs v2 et v4 en précisant clairement l’échelle retenue.
Remarque : l’échelle choisie doit être du type (x 10n) avec x = 1 ou 2 ou 5 et n un exposant entier relatif.
La représentation des vecteurs doit être comprise entre 2 cm et 5 cm.
3) Construire avec soin le vecteur v3 au point G3. 4) Calculer l’accélération a3 que subit ce mobile.
G1
