Le 16/03/2017

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Le 16/03/2017 Devoir n°6 (1h) - Corrigé Page : 1 / 2

I. Questions sur la radioactivité (14 points/60)

1) Les 3 particules susceptibles d’être émises lors d’une désintégration radioactive sont : La particule  qui est un noyau d’hélium 4 ⁴₂He ; La particule ^- qui est un électron noté ⁰_-1e^- ; La particule ⁺ qui est un positon (ou positron) noté ⁰₁e⁺ .

2) Les rayonnements  émis lors d’une désintégration nucléaire proviennent de la désexcitation des noyaux fils créés.

Ils reviennent dans un état fondamental en émettant un rayonnement .

3) Les lois de conservation (ou lois de Soddy) lors d’une réaction nucléaire sont : La conservation du nombre de charge Z ;

La conservation du nombre de masses ou nombre de nucléons A ; Remarque : la masse n’est pas conservée.

4) Sous l’impact d’un neutron, un noyau se coupe en deux noyaux plus petits. Il s’agit de la fission nucléaire.

II. Ecrire l’équation d’une réaction nucléaire (4 points/60)

1) Le technétium 99 est le produit de la désintégration du molybdène Mo.

A

ZMo  ⁹⁹₄₃Tc + ⁰_-1e^- ; En appliquant les lois de conservation, A = 99 + 0 = 99 ; Z = 43 + (-1) = 42 soit ⁹⁹₄₂Mo 2) Ecrire l’équation de désintégration du radon 220 (²²⁰₈₆ Rn) qui donne du polonium Po et de l’hélium ⁴₂He.

220

86 Rn  ^A_ZPo + ⁴₂He ; En appliquant les lois de conservation, A = 220 -4 = 216 ; Z = 86 - 2 = 84 soit ²¹⁶₈₄ Po III. Activité provenant d’une momie (6 points/60)

1) L’activité notée A d’un échantillon radioactif est le nombre moyen de désintégrations nucléaires par seconde.

L’activité s’exprime en becquerels (Bq) 2) A = 5 400

60 = 90 Bq (ou 90 désintégrations par seconde)

3) Pour 1 minute, on a mesuré 5 400 désintégrations, donc pour 5 minutes on mesurera 5  5 400 désintégrations soit 27 000 désintégrations.

IV. Quelle énergie ! (14 points/60)

1) m = masse des produits - masse des réactifs = [m(⁴₂He) + m(¹₀n)] - [m(²₁H) + m(³₁H)]

m = [6,64466  10^-27 + 1,67493  10^-27] - [3,34358  10^-27 + 5,00736  10^-27]

m = 0,03135  10^-27 kg = 3,135 10^-29 kg. (4 chiffres significatifs)

2) L’énergie libérée E libérée par cette réaction est donnée par la formule d’Einstein : E libérée = m  c².

Soit E libérée = 3,135 10^-29  (299 792 458)² = 2,818  10^-12 J (4 chiffres significatifs)

3) L’énergie libérée E’ libérée par la fusion d’une mole de deutérium avec une mole de tritium correspond à la réaction de 6,02  10²³ noyaux de deutérium et de 6,02  10²³ noyaux de tritium

E’ libérée = E libérée  NA = 2,818  10^-12  6,02  10²³ = 1,70  10¹² J (3 chiffres significatifs)

4) Il faut calculer la quantité de carbone à partir de l’énergie libérée E’ libérée et du pouvoir calorifique soit n(C) = 1,70  10¹²

240  10³ = 7,01  10⁶ mol de carbone ; La masse correspondante est m = n(C)  M(C) donc m = 7,01  10⁶  12,0 = 8,48  10⁷ g = 8,48  10⁴ kg. (environ 85 tonnes).

(Avec la valeur E’ libérée = 2,0  10¹² J, la masse est de 1,00  10⁵ kg soit 100 tonnes)

5) Bonus : une réaction de fusion a lieu dans le Soleil et d’une façon plus générale dans les étoiles car la température est très importante qui est une des conditions pour obtenir une réaction de fusion (la matière est à l’état de plasma).

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V. Solide ionique (12 points/60)

1) Un solide ionique est un assemblage de cations et d’anions, régulièrement disposés dans l’espace. Un solide ionique est électriquement neutre.

2) Pour calculer la masse, il faut déterminer d’abord la quantité de matière n à l’aide de la relation n = C  V puis la masse m = n  M soit m = C  V  M où M est la masse molaire du nitrate de cuivre II.

m = 0,20  0,1000  (63,5 + 2  14,0 + 6  16,0) = 3,75 g. La masse pesée est donc incorrecte.

Remarque : il s’est trompé dans le calcul de la masse molaire où il a oublié de multiplier le facteur 2 en indice dans la formule du nitrate de cuivre II Cu(NO3)2.

3) Il ne doit pas utiliser un bécher mais une fiole jaugée de 100,0 mL car le bécher est très imprécis. Il doit remplir celle-ci aux 3/4 puis agiter jusqu’à dissolution du solide. Il ajuste au trait de jauge avec de l’eau distillée.

On suppose que la pesée à été correctement faite avec coupelle plastique avec une balance qui a été tarée, une spatule et que le solide est introduit dans la fiole jaugée à l’aide d’un entonnoir.

VI. Changements d’états (10 points/60)

1) La température de fusion du cyclohexanol est de 25°C qui correspond au premier palier lors de la transformation de l’état solide à l’état liquide.

2) La polarité de la molécule de cyclohexanol vient de la forte différence d’électronégativité entre l’atome d’oxygène et de l’atome d’hydrogène. L’atome d’oxygène est plus électronégatif que l’atome d’hydrogène donc l’oxygène portera une charge partielle ^- et l’hydrogène une charge partielle ⁺.

3) Le cyclohexanol possède une chaîne carbonée et un groupe d’hydroxyle. Les interactions de Van der Waals sont responsables des interactions au niveau de la chaîne carbonée tandis que les liaisons hydrogène existent grâce à la présence du groupe – OH.

4) La différence de la température de fusion s’explique par la présence de liaisons hydrogène et des interactions de Van der Waals dans la molécule de cyclohexanol alors que le cyclohexane ne possède que des interactions de Van der Waals beaucoup plus faibles que les liaisons hydrogène.

Connaître Appliquer Raisonner Communiquer CS-U-CV

I

1

^{1 2 3 4 5 6}

/14

2

1 2 1 2

3

1 2

4

1 2

II 1

1 2

2

1 2

/4

III

1

1 2

/6

2

^{1 2}

3

^{1 2}

IV

1

^{1 2 1 2 CS-U-CV}

/14

2

1 2 1 2 ^CS-U-CV

3

1 2 ^CS-U-CV

4

1 2 3 1 ^CS-U-CV

V

1

1 2

/12

2

1 2 3 4 1 2 ^CS-U-CV

3

^{1 2 1 2}

VI

1

1 1

/10

2

1 1

3

1 2 1 2

4

1 2

Totaux /17 /17 /16 /10 /60

CS : erreur de chiffres significatifs ; U : erreur ou oubli d'unités ;

CV : erreur de conversion

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