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Le 25/01/2018 Devoir n°4 (1h) -

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I. Préparation de solutions aqueuses (6 points)

1) n = C  V ; n = 1,00  10^-4  1,00 = 1,00  10^-4 mol

2) m = n  M ; m = 1,00  10^-4  158 = 1,58  10^-2 g = 0,0158 g

3) Comme la balance nécessaire à la pesée du soluté est précise à 0,01 g près, on ne peut peser que 0,01 g ou 0,02 g de soluté ce qui est très imprécis. La préparation de la solution par dissolution n’est pas possible.

4) Lors d’une dilution, il y a conservation de la quantité de matière n0 = C0  V0 = C  V soit V0 = C  V C0

; V0 = 1,00  10^-4  1,00

5,00  10^-3 ; V0 = 2,00  10^-2 L = 20,0 mL (3 chiffres significatifs) 5) On verse la solution mère de concentration C0 dans un bécher (au moins 20 mL)

On prélève à l’aide d’une pipette munie d’un pipeteur un volume V0 = 20,0 mL On verse les 20,0 mL dans une fiole jaugée de 1,00 L.

On ajoute de l’eau distillée jusqu’au 2/3 de la fiole jaugée puis on bouche la fiole jaugée pour la retourner avec précaution.

On ajoute de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge de la fiole jaugée. On bouche et on la retourne une dernière fois.

II. Utiliser un tableau d’avancement (5 points) 1) Compléter ci-dessous le tableau d’avancement.

équation-bilan 4 Aℓ (s) + 3 O2(g)  2 Aℓ2O3(s)

Etat initial x = 0 0,80 mol 0,30 mol 0

en cours x 0,80 - 4x 0,30 - 3 x 2x

Etat final x = xmax 0,80 - 4xmax 0,30 - 3 xmax 2xmax

2) Hypothèse 1 : l’aluminium est le réactif limitant alors 0,80 - 4xmax = 0 soit xmax = 0,80

4 = 0,20 mol Hypothèse 2 : le dioxygène est le réactif limitant alors 0,30 - 3 xmax = 0 soit xmax = 0,30

3 = 0,10 mol

La valeur la plus faible de l’avancement maximal est xmax = 0,10 mol. Le réactif limitant est donc le dioxygène.

3) n(Aℓ2O3) = 2 xmax donc m(Aℓ2O3) = n(Aℓ2O3)  M(Aℓ2O3) = 2 xmax  [2 M(Aℓ) + 3 M(O)]

m(Aℓ2O3) = 2  0,10  (2  27,0 + 3  16,0) = 20,4 g  20 g (2 chiffres significatifs comme xmax) 4) Dans les conditions stœchiométriques, 4 moles d’aluminium régissent avec 3 mole de dioxygène

Dans les conditions stœchiométriques, 0,80 mol d’aluminium régissent avec 3  0,80

4 = 0,60 mol de dioxygène.

III. Lumière au sodium (9 points) 1. Questions préliminaires

1.1. L’expression de l’énergie E d’un photon est E = h   avec E en joules (J), h en J.s et  en hertz (Hz ou s^-1) 1.2. D’après les relations E = h   et  = c

 soit  = c

 on obtient la relation E = h  c

 donc  = h  c E 2. On considère la transition E1 → E0.

2.1. La transition de E1 vers E0 correspond à une émission d’un photon car l’atome perd de l’énergie.

2.2. La perte d’énergie E est égale à E = E0 - E1 = -5,14 -(-3,03) = - 2,11 eV soit en valeur absolue E = 2,11 eV E = 2,11  1,60  10^-19 = 3,38  10^-19 J

D’après la relation  = h  c

E , 1 0 = h  c

E = 6,63  10^-34  3,00  10⁸

3,38  10^-19 = 5,88  10^-7 m

_{1 0} = 588 nm

2.3. La radiation de longueur d’onde _{1 0} = 588 nm est visible par l’œil humain car la longueur d’onde est comprise entre 400 nm et 800 nm.

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3. L’électron étant situé au niveau d’énergie E0, il reçoit un photon de longueur d’onde λ = 343 nm.

3.1. Le niveau d’énergie E0 est l’état fondamental, niveau d’énergie le plus faible.

Le niveau d’énergie E est l’état d’ionisation.

Pour cette valeur, l’atome passe sous forme d’ion.

3.2. Il faut calculer l’énergie du photon à l’aide de la relation E = h  c



Cette énergie correspond à une différence entre deux niveaux d’énergie E = En - E0 D’où En - E0 = h  c

 soit En = h  c

 + E0. Attention, le terme h  c

 est en joules, il faut le convertir en eV lors du calcul.

Application numérique : En = 6,63  10^-34  3,00  10⁸

(343  10^-9)  (1,60  10^-19) + (-5,14) En == -1,52 eV = E3.

Question Bonus (1 point) : Le professeur lance la balle verticalement vers le haut.

I

1 n = C  V 1 2 CHS-U-CV

/18

2 m = n  M 1 2 CHS-U-CV

3 dissolution impossible 1 2

4 calcul de V0 1 2 3 4 CHS-U-CV

5 protocole de dilution 1 2 3 4 5 6 7 8

II

1 tableau d’avancement 1 2 3 4

/15

2 réactif limitant 1 2 3 4 5 6 CHS-U-CV

3 masse de Aℓ2O3 1 2 3 CHS-U-CV

4 quantité de O2 1 2

III

1.1 E = h   et unités 1 2 3 4

/27 1.2 relation à démontrer 1 2

2.1 émission d’un photon 1 2

2.2 calcul de  1 2 3 4 CHS-U-CV

2.3 radiation visible 1 2 3.1 E0 : état fondamental

E : état d’ionisation ^{1 2}

3.2

conversion de  en m ^{1 2 CHS-U-CV}

énergie du photon 1 2 conversion de E en eV 1 2

niveau En ? 1 2 3 4 5

Bonus lancer vertical vers le haut 1 2 3 /3

Total : .../63

NOTE (Total/3) : ... /20

E

= 0

E1 → E0 E0 → E3