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Fiche de travail pour le Vendredi 11/12/2020
Tale Cette fiche de travail est à faire d’ici Vendredi 11/12/2020. La charge de travail prévu est de 2h.Les liens vidéos indiqués sont accessibles sur Pronote pour plus de facilités (inutile de les recopier)
Si vous avez des difficultés de compréhension (ce qui peut arriver), notez-les sur une feuille pour que je réponde lors de la séance du 11/12. Vous pouvez aussi envoyer un mail à l’adresse suivante : [email protected] (ou par une discussion sur Pronote)
I. Chimie : Tableau d’avancement (Rappel de 1ère ) – 40 min conseillé
Voir la vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=_IwqIhNbinQ (https://www.pccl.fr/) – 8’52’’
Faire les 2 exercices suivants.
Exercice 1
Le cuivre peut être préparé à partir du minerai constitué d’oxyde de cuivre (II) de formule CuO (s). On fait réagir ce minerai avec du carbone C(s) (ou charbon de bois). Cette réaction produit du cuivre métallique Cu(s) et du dioxyde de carbone. Les conditions initiales sont : m(CuO (s)) =98,5 g et m(C(s)) =16,8 g.
Données : M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(CuO) = 79,5 g.mol-1 ; M(Cu) = 63,5 g.mol-1 1) Calculer les quantités initiales n0(CuO (s)) et n0(C (s)) en mol.
2) Écrire l’équation équilibrée de la réaction dans le tableau d’avancement ci-dessous.
3) Compléter le tableau ci-dessous permettant en fonction de l’avancement x.
équation-bilan Etat initial x = 0
en cours x
Etat final x = xmax
4) Déterminer la valeur de l’avancement maximal xmax et le réactif limitant.
5) Réaliser un bilan de matière dans l’état final, c’est-à-dire les quantités de matière de chaque espèce chimique à l’état final.
6) Déterminer la masse de cuivre préparé.
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Exercice 2
Pour mettre en évidence la présence d’ions chlorure en solution on peut, dans certains cas, faire agir sur cette solution une solution contenant des ions argent. On assiste alors à la précipitation du chlorure d’argent AgCℓ(s)
(blanc qui noircit à la lumière).
On mélange un volume V = 100mL de solution de chlorure de calcium, de formule Ca2+ + 2 Cℓ-(aq), et un volume V=100 mL de solution de nitrate d’argent, de formule Ag+(aq) + NO3-
(aq). Ces deux solutions ont la même concentration molaire c=1,0 10-2 mol.L-1.
1) Compléter le tableau d’avancement de la réaction de précipitation du chlorure d’argent.
équation-bilan Etat initial x = 0
en cours x
Etat final x = xmax
7) Déterminer la quantité de matière de chlorure d’argent obtenue dans l’état final.
8) Déterminer les concentrations molaires des ions en solution dans l’état final.
II. Chimie : Conductivité et loi de Kolhrausch (Chap.2) – (40 min conseillé) 1. Vidéo et résumé (15 min)
Voir la vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=L2NX4WlWfAg (F. Raffin) – 5’05’’
Noter à partir de cette vidéo les relations importantes avec leurs unités 2. Exercice d’application (10 min)
La conductivité d’une solution obtenue par dissolution de chlorure de magnésium en poudre MgCℓ2 dans l’eau vaut S = 12,9 10-3 S.m-1
2.1. Ecrire l’équation de dissolution du chlorure de magnésium dans l’eau.
2.2. Appliquer la loi de Kolhrausch aux ions présents dans la solution.
2.3. Exprimer la concentration effective des ions en fonction de la concentration C en soluté apporté.
2.4. Déterminer la concentration C (en mol.L-1) en soluté apporté.
Données : (Mg2+) = 10,6 10-3 S.m².mol-1 ; (Cℓ-) = 7,6 10-3 S.m².mol-1
3. Exercice bilan n°24 p.47 (15 min)
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III. Physique : Détecteur de fumées (Chap.12) – 40 min conseillé
Afin de prévenir des risques d’incendies, l’installation de détecteurs de fumées est obligatoire dans tous les logements depuis janvier 2016. Il existe différents types de détecteurs comme les détecteurs optiques ou les détecteurs ioniques.
Dans cet exercice, on étudiera ces deux types de détecteurs de fumées, puis on s’intéressera au choix de l’emplacement du détecteur dans le cadre de la protection des personnes.
1. Détecteur optique de fumées
Le principe de fonctionnement de ce détecteur de fumées (figure 1) repose sur le fait qu’une diode électroluminescente (ou DEL) produit en continu un rayonnement. Lorsqu’il rencontre des particules de fumées, le rayonnement est dévié dans toutes les directions. Un récepteur photosensible détecte alors le rayonnement et génère un courant électrique qui déclenche une alarme sonore avertissant les usagers de la présence de fumées.
La longueur d’onde du rayonnement émis par la DEL dépend du matériau utilisé pour sa
fabrication. Pour produire un rayonnement infrarouge, on peut utiliser de l’arséniure de gallium (GaAs). Dans ce cas, l’énergie des photons émis est de l’ordre de 1,4 eV.
D’après « La physique par les objets quotidiens », C. Ray et J-C Poizat éditions Belin
Données
1 électronvolt (eV) = 1,6 × 10–19 J ;
La valeur de la célérité de la lumière dans le vide est supposée connue du candidat.
1.1. Le récepteur photosensible ne détecte que les rayonnements appartenant au domaine de l’infrarouge. Vérifier que le rayonnement lumineux émis par la DEL utilisée dans le détecteur optique de fumées appartient bien à ce domaine.
2. Détecteur ionique de fumées
Le principe de ce détecteur de fumées repose sur l’ionisation de l’air par des particules α. En l’absence de fumées, ces particules arrachent des électrons aux molécules de dioxygène et de diazote présentes dans la chambre à ionisation. Pour le dioxygène, l’ionisation nécessite un apport d’énergie de 12 eV par molécule.
Les ions et les électrons formés par l’ionisation de l’air sont soumis à un champ électrique uniforme entre deux plaques. Un courant électrique de faible intensité apparaît alors dans le circuit électrique (figure 2).
Lorsque la fumée pénètre dans la chambre à ionisation, une partie des électrons et des ions issus de l’ionisation se fixe aux poussières de fumées. La baisse de l’intensité du courant électrique qui en résulte déclenche un avertisseur sonore.
D’après « La physique par les objets quotidiens », C. Ray et J-C Poizat, éditions Belin
Données
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Figure 1. Schéma de principe d’un détecteur optique de fumées
Figure 2. Illustration du principe d’une chambre à ionisation
1 électronvolt (eV) = 1,6 × 10–19 J ;
Charge élémentaire : e = 1,6 × 10–19 C ;
Pour un condensateur plan, le champ électrostatique E est reliée à la tension U et à la distance d qui sépare les plaques par la relation : E = \f(U;d
Charge de la particule α : q() = + 2 e ;
Masse d’une particule α : m() = 6,64 × 10–27 kg ;
Intensité du champ de pesanteur terrestre : g = 9,81 m.s-2.
On s’intéresse au mouvement d’une particule α arrivant dans la chambre à ionisation en l’absence de fumée.
Cette particule arrive en un point O avec un vecteur vitesse initiale \s\up7(\d\fo2( parallèle aux plaques C et D du condensateur plan (voir figure 3).
Une tension constante U = 9,0 V est appliquée entre les deux plaques C et D. La valeur de la vitesse initiale V0
est égale à 1,6 × 107 m.s-1.
On étudie le mouvement de la particule α dans le référentiel terrestre supposé galiléen.
À l’instant t = 0, la particule α est au point O.
Lors de cette étude, on négligera les éventuelles collisions avec les molécules de l’air ainsi que la valeur du poids de la particule α devant la valeur de la force électrostatique \s\up7(\d\fo2( subie par cette particule.
2.1. Vérifier quantitativement que l’hypothèse concernant le poids de la particule α est justifiée.
2.2. Compléter la figure 3 ci-dessous en représentant le champ électrostatique \s\up7(\d\fo2( et la force électrostatique \s\up7(\d\fo2( que subit la particule α au point O. Justifier.
2.3. Démontrer de façon rigoureuse que les équations horaires du mouvement de la particule α sont : \f(e
U;m(
2.4. Déterminer la valeur de la coordonnée yL de la particule lorsqu’elle a parcouru une distance suivant l’axe Ox égale à L = 4,0 cm. Expliquer pourquoi le mouvement de cette particule peut être considéré comme rectiligne dans la chambre d’ionisation.
2.5. Montrer que l’énergie cinétique initiale des particules α est suffisante pour ioniser des molécules de dioxygène.
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Figure 3. Schéma du condensateur plan de la chambre à ionisation
