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Le 04/02/2016 Devoir n°4B (1h) - Calculatrice autorisée Page : 1/5
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 : max 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 max.
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2) Donner l’expression de la longueur d’onde max en fonction de T et de la constante.
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3) Compléter le tableau ci-dessous avec max en écriture scientifique et avec 3 chiffres significatifs
T (K) 5000 6000 7000 8000
max (S.I.) ... ... ... ...
Les étoiles sont réparties en différentes classes selon la température de leur surface. La classe A correspond à des étoiles telles que max = 360 nm alors que la classe G correspond à des étoiles telles que max = 484 nm. Ces étoiles obéissent à la loi de Wien.
Les courbes du rayonnement en fonction de 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 =
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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5) Un photon de longueur d’onde = 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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