05/02/2016 DS04b2015_2016.doc 1/1
NOM : ... Prénom : ... Classe : 1ère S …
Le 04/02/2016 Devoir n°4B (1h) - Calculatrice autorisée Page : 1/4
Observations : NOTE :
/20
Connaître : ... /20 Appliquer : ... /26 Raisonner : ... /18 Communiquer : ... /16
% de réussite : ... % % de réussite : ... % % de réussite : ... % % de réussite : ... % Les réponses doivent être justifiées et les calculs détaillés
I. Le chlorure d’aluminium hexahydraté (11 points)
• Le chlorure d’aluminium est formé d’ions aluminium Aℓ3+ et d’ions chlorure Cℓ-.
• Le chlorure d’aluminium anhydre AℓCℓ3 est utilisé comme catalyseur en chimie, c’est-à-dire qu’il accélère une réaction chimique sans être consommé. Il peut provoquer une explosion au contact de l’eau.
• Par contre, le chlorure d’aluminium hexahydraté (AℓCℓ3, 6H2O) est stable et il est utilisé en dermatologie pour soigner par exemple l’hyperhydrose, c’est-à-dire une sudation excessive.
• Voici un texte inspiré d’une question sur un forum à propos du chlorure d’aluminium hexahydraté :
« J’ai actuellement un problème qui me tracasse à propos du sel hydraté d’aluminium AℓCℓ3, 6H2O. En fait, je souhaite préparer 50,0 mL de chlorure d’aluminium à 0,10 mol.L-1 à partir ce sel hexahydraté.
Voici mon calcul : n(AℓCℓ3) = 0,10 × 0,50 = 0,05 moles
La masse molaire que j’ai calculé à partir des masses molaires données dans le livre est M = 133,5 g.mol-1. Donc ces 0,05 moles représentent une masse de m = 6,675 g de AℓCℓ3, 6 H2O.
C’est aussi un doute au niveau pratique …dans mon bécher de 50 mL faut-il que je remplisse jusqu’au trait de jauge ou faut-il que j’introduise uniquement 50 – 6,675 = 43,325 g d’eau distillée ?
Merci d’avance pour vos réponses. »
• Le but des questions suivantes est de vérifier l’exactitude des données et des calculs de ce texte. Le but est toujours de préparer « 50,0 mL de chlorure d’aluminium à 0,10 mol.L-1 à partir ce sel hexahydraté. »
1) Justifier que le chlorure d’aluminium a pour formule brute AℓCℓ3.
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2) Recalculer, en détaillant votre calcul, la valeur de la masse molaire M du chlorure d’aluminium hexahydraté.
Données : M(Aℓ) = 27,0 g.mol-1 ; M(Cℓ) = 35,5 g.mol-1 ; M(H) = 1,00 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1
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3) Après avoir défini la quantité de matière n en fonction des données, calculer la quantité de matière n (en mol) de soluté (AℓCℓ3, 6 H2O) nécessaire. Détailler le calcul.
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4) Après avoir défini la masse m en fonction de la quantité de matière n et des données, calculer la masse m (en g) de soluté. Détailler le calcul.
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5) Donner le protocole de dissolution aussi précis que possible. Aucun schéma n’est demandé. Donner la précision des instruments de mesure utilisés et la capacité de la verrerie.
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6) L’extrait de la phrase suivante est incorrect. « … faut-il que j’introduise uniquement 50 – 6,675 = 43,325 g d’eau distillée ? ». Expliquer pourquoi et réécrire cet extrait.
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7) L’équation-bilan non équilibrée de la mise en solution du chlorure d’aluminium hydraté est donné dans le tableau d’avancement ci-dessous. Compléter le tableau d’avancement ci-dessous.
équation-bilan ... AℓCℓ3 (s)→ ... Aℓ3+(aq) + ... Cℓ-(aq)
État initial x = 0 n ... ...
en cours x ... ... ...
État final x = xmax ... ... ...
8) Déterminer et calculer l’avancement maximal xmax en supposant la solution non saturée.
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9) Calculer la concentration en ions aluminium notée [Aℓ3+(aq)] et celle de l’ion chlorure notée [Cℓ-(aq)].
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II. Loi de Wien et classe d’une étoile (4 points)
• La loi de Wien permet de classer les étoiles suivant leur température T (en K). Dans le système international (S.I.) d’unités, l’expression de cette loi est : λmax× T = constante = 2,90 × 10-3 S.I.
1) Ecrire en toutes lettres les unités S.I. de la température T et de la longueur d’onde λmax.
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2) Donner l’expression de la longueur d’onde λmax en fonction de T et de la constante.
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3) Compléter le tableau ci-dessous avec λmax en écriture scientifique et avec 3 chiffres significatifs
T (K) 5000 6000 7000 8000
λmax (S.I.) ... ... ... ...
• Les étoiles sont réparties en différentes classes selon la température de leur surface. La classe A correspond à des étoiles telles que λmax = 360 nm alors que la classe G correspond à des étoiles telles que λmax = 484 nm. Ces étoiles obéissent à la loi de Wien.
• Les courbes du rayonnement en fonction de λ sont données ci-dessous pour une température donnée T (en K). Les maximums (ou maxima) sont repérés pour chaque courbe. Les températures ont été supprimées.
4) De l’étoile de classe A et celle de classe G, quelle est la plus chaude ? Justifier votre réponse.
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5) Quelles sont les couleurs dominantes de chaque étoile respectivement de classe A et G ? Justifier.
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III. Diagramme des niveaux d’énergie du mercure (5 points)
• Le diagramme d’énergie ci-contre représente les différents niveaux accessibles pour les électrons d’un atome de mercure. Ces niveaux sont représentés par des lignes horizontales.
Données numériques : 1 eV = 1,602 × 10-19 J ;
célérité de la lumière dans le vide : c = 2,998 × 108 m.s-1 ; constante de Planck : h = 6,626 × 10-34 J.s
Donnée de cours : ∆E = h × ν = h × c λ
1) Quelle est la valeur de l’énergie E (en eV) de l’état fondamental ? D’un des états excités ? De l’état d’ionisation ?
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2) Quelle énergie ∆E (en eV) absorbe ou émet l’atome pour que son électron passe de son niveau d’énergie E3 au niveau d’énergie E0 ?
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3) Le photon d’énergie ∆E est-il absorbé ou émis lors de cette transition de son niveau d’énergie E3 au niveau E0 ? ...
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4) Quelle doit être la fréquence ν de la radiation qui permet cette transition de E3 à E0 ?
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5) Un photon de longueur d’onde λ = 607,8 nm est absorbé lors d’une transition entre deux niveaux d’énergie.
Lesquelles ? Détailler votre raisonnement et vos calculs.
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