TSTL|Révisions BAC 2010 - Enoncé et correction exercices

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Révisions BAC STL Page 1

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Emission-Absorption

Exercice 1 :

3. Émission ou absorption d'une radiation par un atome.

Lors du suivi de la cinétique d'une réaction par absorbance, une radiation quasi monochromatique de longueur d'onde 580 nm est choisie.

3.1. Quelle est la relation entre la fréquence  de la radiation et sa longueur d'onde dans le vide ?

3.2. La radiation utilisée dans le spectrophotomètre ayant pour longueur d'onde dans le vide 580 nm, calculer sa fréquence.

3.3. La relation exprimant l'énergie perdue par l'atome est E = h..

Préciser la signification de chaque terme et leur unité dans le système international.

3.4. Calculer l'énergie perdue par un atome qui émet la radiation de longueur d'onde dans le vide 580 nm.

Exprimer cette énergie en électron-volt.

Donnée : 1eV = 1,60  10^-19J ; c = 3,00  10⁸ m.s^-1 ; h = 6,63  10^-34 S.I.

3.5. Le diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'atome considéré est donné en figure 2 de L'ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE.

3.5.1. L'atome dans son état fondamental reçoit une radiation dont le quantum d'énergie est 2,1 eV. Cette radiation peut-elle interagir avec l'atome ? Justifier.

3.5.2. Représenter, sur le diagramme donné en figure 2 de L'ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE, la transition associée par une flèche.

3.5.3. Cette transition correspond-elle à une émission ou à une absorption ?

3.5.4. Que se passe-t-il pour l'atome si, dans son état fondamental, il reçoit une radiation dont le quantum d'énergie est de 3,0 eV ? Justifier.

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Révisions BAC STL Page 2 Exercice 2 :

I – Lumière émise par un laser

On dispose d'une diode laser S émettant un faisceau lumineux monochromatique de longueur d'onde  = 0, 790 µm.

1. Quelle est la couleur de la lumière émise par cette diode laser ?

2. La lumière émise résulte d'une transition entre deux niveaux d'énergie E¹ et E² tels que E² < E¹.

Calculer en électronvolts l'écart énergétique E = E¹ - E² entre ces deux niveaux.

Données : Célérité de la lumière dans le vide c = 3,00  10⁸ m.s^-1 , Constante de Planck h = 6,63  10^–34 J.s,

1 eV = 1,60  10^–19J.

Exercice 3 : Lors d'une séance de travaux pratiques, des élèves utilisent une lampe à vapeur de

sodium. Celle-ci émet une lumière jaune-orangé. Afin de comprendre l'origine de cette couleur, ils consultent leur livre de physique dans lequel figure le diagramme énergétique simplifié de l'atome de sodium reproduit ci-dessous :

Le niveau n = 1 est celui de plus basse énergie.

Données :

• charge électrique élémentaire : e = 1,60.10

^-19

C

• constante de Planck : h = 6,63.10

^-34

J.s

• célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00.10

⁸

m.s

^-1. 1. Étude de l'atome de sodium

1.1. Donner la composition de l'atome de sodium

²³₁₁Na

.

1.2.

Le diagramme énergétique simplifié de l'atome de sodium montre que l'énergie ne peut prendre que certaines valeurs. Comment qualifie-t-on alors l'énergie ? La mécanique de Newton permet-elle d'expliquer ces niveaux énergétiques ?

énergie (eV) E



= 0

E

5

= -1,38 E

4

= -1,51 E

3

= -1,93 E

²

= -3,03

E

1

= -5,14 niveau n = 1

niveau n = 2

niveau n = 3

niveau n = 4

niveau n = 5

niveau n  

(3)

Révisions BAC STL Page 3 1.3.

La couleur jaune-orangé correspond à une transition concernant les deux premiers niveaux (n = 1 et n = 2). Représenter cette transition par une flèche sur le diagramme énergétique donné

en annexe à rendre avec la copie dans

le cas d'une émission. Calculer la longueur d'onde

 de la radiation émise par la

lampe.

1.4.

Déterminer, d'après le diagramme, la plus courte longueur d'onde de la radiation que peut émettre l'atome de sodium. Préciser, en le justifiant, à quel domaine spectral appartient cette radiation.

Exercice 4 :

On dispose d'une diode laser S émettant un faisceau lumineux monochromatique de longueur d'onde  = 633 nm.

2.1. Quelle est la nature de la lumière émise par le laser ? 2.2. La célérité de la lumière dans le vide est c = 3,0010⁸ m.s^-1.

2.2.1. Rappeler la relation entre la longueur d’onde  de l’onde émise par le laser, sa fréquence  et sa célérité c. Calculer .

2.3. Donner les limites des longueurs d’onde dans le vide du spectre visible et les couleurs correspondantes. Situer les domaines des rayonnements ultraviolets et infrarouges par rapport au domaine du spectre visible.

3. TRANSITION QUANTIQUE DANS LE LASER

La radiation de fréquence  émise par ce laser, correspond à la transition des atomes de néon d’un état d’énergie E² à un état d’énergie inférieure E¹. La variation d’énergie entre ces deux états excités est notée E

= E² – E¹.

3.1. Rappeler la relation qui lie E et . 3.2. Calculer E. Donner le résultat en eV.

Données : Constante de Planck : h = 6,6210^-34 J.s 1 eV = 1,6010^–19 J

Exercice 5 :

2. Dioxyde de carbone et effet de serre.

énergie

niveau n = 1

niveau n = 2

niveau n = 3

niveau n = 4

niveau n = 5

niveau n  

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Révisions BAC STL Page 4 L'effet de serre est avant tout un phénomène naturel. Il permet à notre planète de maintenir une température moyenne à la surface du globe de 15°C. Sans celui-ci, cette température moyenne serait de l'ordre de -18°C. Il existe un effet de serre additionnel, dû à l'importance des rejets en dioxyde de carbone, qui risque de compromettre l'équilibre climatique.

Pour comprendre l'effet de serre, on retiendra la modélisation très simplifiée suivante :

• une énergie thermique R^S parvient à la surface de la Terre sous la forme de rayonnement électromagnétique solaire. Les fréquences de ces radiations sont principalement celles du spectre visible,

• la Terre recevant cette énergie doit la restituer vers l'espace. Cette restitution d'énergie R^T se fait sous la forme d'un rayonnement électromagnétique terrestre, essentiellement situé dans l'infrarouge.

L'équilibre est assuré lorsque R^S = R^T ,

• l'atmosphère peut alors jouer un rôle de couvercle pour ces radiations en absorbant les radiations R^T, retenant ainsi l'énergie émise par la Terre et la réémettant vers l'espace. Le dioxyde de carbone intervient dans ce processus.

2.1. Rappeler sur un axe gradué en longueurs d'onde, les valeurs limites du spectre visible dans le vide, ainsi que les couleurs associées à ces limites. Ces valeurs limites seront données en micromètre (µm) et nanomètre (nm).

2.2. Nommer et situer les domaines de radiations situés au-delà de chacune de ces limites ?

2.3. Pour une onde électromagnétique dans le vide, quelle relation littérale relie sa longueur d'onde 0,sa fréquence f et sa célérité c ?

Par la suite on considérera c = 3,00.10⁸ m.s^-1

Pour comprendre les vibrations de la molécule de dioxyde de carbone, il faut considérer qu'elle absorbe certaines radiations électromagnétiques susceptibles de la mettre en mouvement vibratoire. Si la fréquence du rayonnement électromagnétique est la même que sa fréquence propre de vibration mécanique, alors il y a absorption de ce rayonnement.

2.4. La fréquence propre de vibration de la molécule de dioxyde de carbone vaut f⁰ = 2,00.10¹³ Hz.

Déterminer la longueur d'onde 0 du rayonnement électromagnétique correspondant que peut absorber le dioxyde de carbone. On mettra la valeur calculée en micromètre.

Terre

R^S R^T

Limite de la haute atmosphère

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Révisions BAC STL Page 5 2.5. Dans quelle gamme du spectre de la question 2.1 se situe la longueur d'onde calculée ?

2.6. Expliquer alors pourquoi le dioxyde de carbone atmosphérique peut piéger l'énergie thermique émise par la surface terrestre.

Exercice 6 :

1. Principe de fonctionnement d'un tube fluorescent.

Le tube fluorescent étudié est constitué d'un cylindre de verre qui contient un gaz à basse pression. La paroi intérieure du cylindre est recouverte d'une poudre fluorescente. Lorsque le tube est mis sous tension, une décharge électrique se produit: des électrons circulent dans le gaz entre les deux électrodes. Les électrons bombardent les atomes gazeux et leur cèdent de l' énergie.

Le schéma simplifié du circuit est donné ci-dessous :

2.1. On donne en annexe les spectres, dans le visible, des lumières émises par deux tubes fluorescents et deux lampes (une lampe à vapeur de mercure et une lampe à vapeur de sodium) vendus dans le commerce.

Quel est le gaz contenu dans les tubes 1 et 2 ? Justifier.

2.2. Étude du spectre du mercure.

Le diagramme ci-dessous représente quelques niveaux d'énergie de l'atome de mercure.

2.2.1. Comment désigne-t-on le niveau le plus bas E⁰ sur le diagramme énergétique ?

2.2.2. Un électron cède une partie de son énergie à un atome de mercure. L'énergie de celui-ci passe du G

paroi du tube poudre fluorescente

électrode

Énergie en eV

0 –0,90

–3,73 –4,99 –5,54

–10,44

E₄

E₃ E₂ E₁

E0

(6)

Révisions BAC STL Page 6 niveau E⁰ au niveau E¹.

Comment qualifie-t-on l'état dans lequel se trouve alors l'atome de mercure ? 2.2.3 Retour vers E⁰.

Lors de la transition du niveau E¹ vers le niveau E⁰, l'atome de mercure perd un quantum d'énergie.

On donne :

- la valeur de la constante de Planck: h = 6,63  10 ^–34 S.I. ;

- la valeur de la célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 l0 ⁸ m.s^–1. On rappelle que : 1 eV = 1,60  10 ^–19 J.

2.2.3.a. Comment se manifeste cette perte d'énergie ?

2.2.3.b. Calculer la longueur d'onde



₁_₀ correspondante dans le vide.

2.2.3.c. Après avoir rappelé les limites des longueurs d'onde dans le vide du spectre visible, dire dans quel domaine, ultra-violet (U.V.) , visible ou infra-rouge (I.R.), se situe la radiation de longueur d'onde



₁_₀

SPECTRES À UTILISER POUR L'EXERCICE III Ces représentations sont limitées aux rayonnements visibles

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On utilise les lampes à vapeur de sodium pour éclairer des tunnels routiers. Ces lampes contiennent de la vapeur de sodium à très faible pression. Cette vapeur est excitée par un faisceau d’électrons qui traverse le tube. Les atomes de sodium absorbent l’énergie des électrons. L’énergie est restituée lors du retour à l’état fondamental sous forme de radiations lumineuses. Les lampes à vapeur de sodium émettent surtout de la lumière jaune.

Données : h = 6,6210 ^-34J.s c = 3,0010⁸ m.s^-1 e = 1,6010^-19 C

1. L’analyse du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de sodium révèle la présence de raies de longueur d’onde  bien définie.

1.1. Quelles sont les longueurs d’onde des raies appartenant au domaine du visible ? au domaine des ultraviolets ? au domaine de l’infrarouge ?

1.2. S’agit-il d’une lumière polychromatique ou monochromatique ? Justifier votre réponse.

1.3. Quelle est la valeur de la fréquence  de la raie de longueur d’onde  = 589,0 nm ?

1.4. Parmi les données présentées en début de l’exercice, que représentent les grandeurs h et e ? Spectre d’émission d’une lampe à vapeurs de sodium

330,3

nm 568,8 nm

doublet 589,0 / 589,6 nm

615,4 nm 819,5 nm 1138,2 nm

(8)

2. On donne en annexe à remettre avec la copie le diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l’atome de sodium.

2.1. Indiquer sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie, l’état fondamental et les états excités.

2.2. En quoi ce diagramme en annexe 4 permet-il de justifier la discontinuité du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de sodium ?

2.3. On considère la raie jaune du doublet du sodium de longueur d’onde  = 589,0 nm.

2.3.1. Calculer l’énergie E (en eV) qui correspond à l’émission de cette radiation. (On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs adapté aux données).

2.3.2. Sans justifier, indiquer par une flèche notée 1 sur le diagramme des niveaux d’énergie en annexe 4 à remettre avec la copie la transition correspondante.

3. L’atome de sodium, considéré maintenant à l’état E¹, reçoit une radiation lumineuse dont le quantum d’énergie E’ a pour valeur 1,09 eV.

3.1. Cette radiation lumineuse peut-elle interagir avec l’atome de sodium à l’état E¹ ? Justifier.

3.2. Représenter sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie la transition correspondante par une flèche notée 2.

La raie associée à cette transition est-elle une raie d’émission ou une raie d’absorption ? Justifier votre réponse

Diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l’atome de sodium

E ( en eV )

0 E⁵ = - 0,85 E⁴ = - 1,38 E³= - 1,52 E²= - 1,94 E¹= - 3,03

E⁰= - 5,14

ANNEXE 4

(à rendre avec la copie)

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Révisions BAC STL Page 9 Rayons X

Exercice 8 :

Exercice 9 :

I. La thermographie :

Données :

c = 3.10⁸ unités S.I

Constante de Planck h = 6.62. 10^-34 J.s

La thermographie permet de mettre en évidence les différences de température au niveau de la peau du corps humain. Lors de cet examen, un rayonnement de fréquence et de longueur d'onde est émis par le corps humain et capté par le système de détection de l'appareil.

On donne la relation :

I.1. Rappeler ce que signifie c et préciser son unité S.I.

(10)

Révisions BAC STL Page 10 I.2. Calculer la longueur d'onde du rayonnement émis. Convertir cette longueur d'onde en micromètre .

I.3. Le rayonnement précédent émis par le corps humain est détecté lors de cet examen est-il un rayonnement visible, infrarouge ou ultraviolet ? Justifier votre choix.

I.4. Rappeler la relation qui permet de calculer l'énergie E d'un photon en fonction de sa fréquence .

I.5. Montrer que l'énergie libérée par ce rayonnement vaut : E = 2,13.10^-20 J.

II. La radiographie :

Lors d'une radiographie, un faisceau de rayon X traverse le corps du patient. Plus les rayons X impressionnent la plaque photographique située derrière le patient et plus celle-ci noircira.

Sur un cliché radiographique les os apparaissent en blanc et les poumons apparaissent en noir.

Données :

Les os contiennent les éléments P (Z = 15) ; Ca (Z = 20)

Les poumons contiennent principalement des éléments : O (Z = 8), N (Z = 7), C (Z = 6) et H (Z = 1).

II.1. Parmi les sources de rayonnements électromagnétiques suivantes, recopier celles qui peuvent produire des rayons X :

a. lampe à vapeur de mercure b. lampe chauffante

c. tube de Crookes

II.2. Citer les 2 facteurs dont dépend l'absorption des rayons X.

II.3.Expliquer à l'aide des données pourquoi les os apparaissent blancs et les poumons noirs sur le cliché.

II.4. Parmi les métaux suivants choisir celui qui est le plus approprié pour se protéger des rayons X ; justifier la réponse.

a. Fer : Fe (Z = 56) b. Plomb : Pb (Z = 82) c. Zinc : Zn (Z = 30)

II.5. Pourquoi les rayons X sont-ils nocifs à forte dose ? Préciser un effet biologique des rayons X sur le corps humain suite à une exposition prolongée.

Les atomes :

Exercice 10 :

Donner la structure électronique des éléments suivants :

10𝑁𝑒

20 ; 𝑁𝑎₁₁²³

(11)

Révisions BAC STL Page 11 Réaction acido-basique :

Exercice 12 :

Lors du métabolisme basal de l’homme, l’énergie nécessaire provient de la transformation en milieu oxygéné du glucose en dioxyde de carbone et eau. Le dioxyde de carbone est transporté par le sang jusqu’aux poumons où il est alors éliminé par ventilation.

Lors d’un effort physique intense, les besoins énergétiques des muscles augmentent : le métabolisme basal augmente ainsi que la ventilation.

Dans certains cas, lorsque la ventilation est insuffisante, l’énergie nécessaire au fonctionnement du muscle devient insuffisante : la crampe apparaît. Il se forme, dans la cellule musculaire, de l’acide lactique qui lorsqu’il passe dans le sang, provoque une diminution locale de son pH du fait de la création en abondance de dioxyde de carbone dissous dans le sang Cette diminution du pH sanguin déclenche des ordres hypothalamiques qui vont amplifier la ventilation.

Le but de cet exercice est d’expliquer, de façon très simplifiée, les processus mis en jeu lors de l’apparition d’une crampe.

1 - pH du sang et maintien de sa valeur :

Le sang est constitué d’un liquide plasmatique (contenant entre autres les globules et les plaquettes), qui peut être assimilé à une solution aqueuse ionique dont le pH (d’une valeur voisine de 7,4) est quasiment constant et ne peut subir que de très faibles fluctuations. Dans le cas contraire, de fortes fluctuations nuiraient gravement à la santé.

Le maintien de la valeur du pH se fait par deux processus :

- Le premier met en œuvre un ensemble d’espèces chimiques régulatrices dont notamment le couple acide-base CO², H²O / HCO^3- (couple dioxyde de carbone dissous / ion

hydrogénocarbonate) grâce à l’équilibre :

CO², H²O^(aq) + H²O^(l) = HCO^3–(aq) + H³O^+(aq) (réaction 1).

- Le deuxième processus physico-chimique est la respiration.

A une température de 37°C on donne :

- pH d’un sang artériel « normal » : 7,4 - pKa(CO², H²O / HCO^3–) = 6,1

1.1. a) Donner l’expression de la constante d’acidité Ka¹ associée au couple régulateur (réaction 1).

En déduire la relation entre le pH et le pKa¹du couple CO², H²O / HCO^3–. b) Calculer alors la valeur du rapport

] , [

] [

2 2

3

O H CO

HCO^

dans le sang artériel normal.

c) Lors d’un effort physique, la concentration en dioxyde de carbone dissous dans le sang, au voisinage du muscle, augmente. Comment devrait varier le pH du sang ?

Pour éviter cette variation du pH du sang, l’hémoglobine contenue dans ce dernier et la respiration interviennent pour éliminer l’excès de dioxyde de carbone.

Le transport des gaz dissous dans le sang peut être modélisé par l’équilibre : HbO² + CO² = HbCO² + O² (réaction 2) Où Hb représente l’hémoglobine du sang.

1.2. Répondre qualitativement aux questions suivantes :

(12)

Révisions BAC STL Page 12 a) Au voisinage du poumon la quantité de O² dissous augmente. Dans quel sens est déplacé l’équilibre 2 ?

b) Au voisinage du muscle la quantité de CO² dissous augmente Dans quel sens est déplacé l’équilibre 2 ?

c) Expliquer comment la respiration permet de maintenir constante la valeur du pH sanguin.

2. L’acide lactique

L’acide lactique a pour formule CH³–CHOH–COOH. Sa base conjuguée est l’ion lactate CH³–CHOH–COO^–.

2.1. Donner la formule développée de l’acide lactique ; entourer et nommer les différents groupes fonctionnels de la molécule.

2.2. Donner la définition d’un acide selon Brönsted.

2.3. Ecrire l’équation de la réaction de l’acide lactique avec l’eau.

2.4. Dans la cellule musculaire, l’acide lactique est formé à partir de l’acide pyruvique de formule CH³–CO–COOH. La transformation produite est une oxydoréduction faisant intervenir le couple acide pyruvique / acide lactique.

Écrire la demi-équation électronique associée au couple.

S’agit-il d’une oxydation ou d’une réduction de l’acide pyruvique dans la cellule musculaire ? 3. Variation locale du pH sanguin en l’absence des processus de maintien :

Lorsque l’acide lactique produit dans la cellule musculaire est en partie transféré dans le sang, il réagit avec les ions hydrogénocarbonate selon l’équation :

CH³–CHOH–COOH^(aq) + HCO^3–(aq) = CH³–CHOH–COO–(aq) + CO²,H²O^(aq) (réaction 3) Données à 37°C :

Pour le sang avant l’effort : - [HCO^3-]ⁱ = 2,710^-2 mol.L^-1 - [CO², H²O]ⁱ = 1,410^-3 mol.L^-1

- pKa (CO², H²O / HCO^3-) = pKa¹ = 6,1

- pKa (acide lactique / ion lactate) = pKa² = 3,6

On considère un volume V = 100 mL de sang « après » effort dans lequel apparaît n⁰ = 3,010^–4mol d’acide lactique

3.1. Calculer la constante d’équilibre K de la réaction 3.

3.2. En supposant la transformation totale, compléter le tableau d’évolution des espèces (tableau d’avancement) fourni en annexe (à rendre avec la copie)

3.3. Calculer alors pour le sang après effort : [HCO^3–]^f et [CO², H²O]^f.

3.4. En utilisant la relation établie au 1.1.a) calculer le pH local du sang après effort.

(13)

Révisions BAC STL Page 13 L’acide lactique est noté AH, sa base conjuguée A^–

Avancement AH ^(aq) + HCO^3–^(aq) = A^–^(aq) + CO²,H²O ^(aq)

État initial x= 0 n (mol)

n⁰ = 3.10^–4 0

État intermédiaire x

État final x = x^max

Exercice 13 :

Certaines fleurs, comme celles des hortensias, possèdent des couleurs variées dues à des pigments naturels.

Les couleurs rouge, mauve, violette et bleue viennent de la présence d'anthocyanines dans les pétales.

est bleue.

On rappelle que pKe = 14.

1.1. Donner la définition d'un acide selon Brönsted.

1.2. Préciser dans chacun des 2 couples la forme acide et la forme basique.

1.3. Comment nomme-t-on une espèce chimique comme AH ? 2. COMPORTEMENT DE HA EN TANT QU'ACIDE.

2.1. Écrire l'équation de la réaction de HA en tant qu'acide avec l'eau.

2.2. Donner l'expression de la constante d'équilibre de cette réaction. Comment appelle-t-on cette

constante ? Donner sa valeur.

(14)

Montrer que le pH d'une solution contenant HA est de 10.

2.3. À partir de l'expression de K, évaluer littéralement, puis calculer le rapport

 

- eq eq

A HA

  

2.4. En déduire l'espèce prédominante. Conclure sur la couleur de la solution.

3. COMPORTEMENT DE HA EN TANT QUE BASE.

3.1. Écrire l'équation de la réaction de HA en tant que base avec l'eau.

3.2. Donner l'expression de la constante d'équilibre K ' de cette réaction. Quelle est la relation entre Ka

1

et K ' ?

4. CONCLUSION : COULEUR DES HORTENSIAS.

4.1. Placer sur un diagramme les domaines de prédominance des espèces H

2

A

⁺

, HA et A

^–

suivant les valeurs du pH.

4.2. Pourquoi les fleurs d'hortensias peuvent-elles changer de couleur suivant la nature du sol ?

Exercice 14 :

Exercice 15 :

1. Calculer le pH des solutions A à G

2. On mélange de 50 mL de A avec 100 mL de F

(15)

a. Calculer la concentration en acide méthanoïque et en ions méthanoate dans le

mélange

b. En déduire le pH de ce mélange

3. Même questions lors d'un mélange de 100 mL de A avec 50 mL de F.

4. Même questions lors d'un mélange de 100 mL de A avec 100 mL de F.

Exercice 16 :

Données : pKa₁(HNO₂ / NO₂^–) = 3,3 pKa₂ (HCOOH / HCOO^–) = 3,8 pK_e = 14,0

I

– ÉTUDE DE DEUX SOLUTIONS

Le pH d’une solution aqueuse d’acide nitreux HNO^2(aq), de concentration en soluté apporté C¹ = 0,20 mol.L^-1 a pour valeur pH¹ = 2,0 ; celui d’une solution aqueuse de méthanoate de sodium (HCOO^–

(aq) + Na+(aq)) de concentration en soluté apporté C² = 0,40 mol.L^-1 a pour valeur pH² = 8,7.

1. a) Écrire l’équation de la réaction entre l’acide nitreux et l’eau. Donner l’expression de sa constante d’équilibre.

b) Écrire l’équation de la réaction entre l’ion méthanoate et l’eau. Donner l’expression de sa constante d’équilibre.

2. a) Sur l’axe des pH, donné en annexe à rendre avec la copie, placer les domaines de prédominance des deux couples acide/base mis en jeu.

b) Préciser l’espèce prédominante dans chacune des deux solutions précédentes.

Dosage

Exercice 17 : Détermination préalable de la concentration molaire apportée de la solution S⁰ d'acide benzoïque par titrage.

Mode opératoire

 Dans un becher, on introduit un volume V = 100,0 mL de la solution aqueuse S⁰ d’acide benzoïque.

 On plonge la cellule de conductimétrie dans cette solution.

 On verse à l’aide d’une burette graduée une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium ou soude Na+(aq) + HO^–

(aq) de concentration molaire apportée c^b = 1,010^–1 mol.L^-1, en notant à chaque ajout la conductivité σ de la solution.

La figure 1 ci-dessous, représente les valeurs de la conductivité σ pour les différents volumes V^b de soude versés.

Questions

1.1. Écrire l’équation de la réaction modélisant la transformation, considérée comme totale, qui se produit au cours de ce dosage.

1.2. En utilisant les résultats expérimentaux et en donnant la définition de l’équivalence, déterminer la concentration molaire c⁰ de la solution S⁰ en acide benzoïque apporté.

1.3. Expliquer qualitativement l'allure de la courbe

Axe des pH

7 14

0

(16)

Les parties 1. et 2. de cet exercice sont indépendantes et peuvent être traitées séparément.

On se propose de déterminer les masses en ions chlorure et en acide lactique présents dans un lait.

1. DOSAGE PAR CONDUCTIMÉTRIE.

1.1. On prélève un volume V⁰ = 20,0 mL de lait (solution S⁰) et on les introduit dans une fiole jaugée de volume V^S = 100,0 mL.

On complète avec de l’eau distillée et on homogénéise pour obtenir une solution S, de concentration C^S. Quel rapport existe entre la concentration C⁰ de la solution S⁰ et la concentration C^Sde la solution S ?

1.2. On verse un volume V¹ = 10,0 mL de la solution S dans un bécher et on y ajoute environ 250 mL d’eau distillée. Indiquer précisément le protocole à suivre pour prélever 10,0 mL de solution S (matériel utilisé, manipulations à effectuer).

1.3. On plonge ensuite dans le bécher une cellule conductimétrique.

Initialement et après chaque ajout, mL par mL, d’une solution aqueuse de nitrate d’argent (Ag^+(aq) + NO^3–(aq)) de concentration C² = 5,0010^-3 mol.L^-1 on détermine la conductivité du milieu réactionnel.

Indiquer, sur un schéma annoté, le dispositif expérimental à mettre en place.

Le suivi conductimétrique du dosage permet d’obtenir la courbe d’évolution de la conductivité  du milieu réactionnel en fonction du volume V² de la solution de nitrate d’argent versé (document N°1 donné en ANNEXE N°2, à rendre avec la copie). La transformation chimique, rapide, met uniquement en jeu les ions chlorure et les ions argent selon l’équation de réaction :

V^b (en mL)

5 10 15 20

 (en mS.cm^-1)

0 1

0

(17)

Révisions BAC STL Page 17 Ag+(aq) + Cl–(aq) = AgCl^(s)

Rappel : Le chlorure d’argent AgCl est un solide blanc, pratiquement insoluble dans l’eau, qui noircit à la lumière.

1.4. Quelle est l’origine de la conductivité initiale de la solution ?

1.5. En utilisant les valeurs des conductivités molaires ioniques données ci-dessous, interpréter la variation de la valeur de la conductivité  du milieu réactionnel au cours du dosage.

À 25°C : (Cl^–(aq)) = 76,310^-4 m².S.mol^-1

(NO3–(aq)) = 71,410^-4 m².S.mol^-1

(Ag+(aq)) = 61,910^-4 m².S.mol^-1

1.6. Quel événement correspond au point particulier apparaissant sur la courbe  = f(V2) ?

1.7. Déterminer, en utilisant cette courbe, le volume V^2E de solution de nitrate d’argent versé à l’équivalence.

1.8. Quelle est à l’équivalence la relation entre la quantité de matière en ions argent introduits et la quantité de matière en ions chlorure initialement présents ?

1.9. En déduire la concentration molaire C^Sen ions chlorureinitialement présents dans la solution S, puis celle C⁰ dans le lait.

1.10. La masse d’ions chlorure présents dans un litre de lait doit être comprise entre 1,0 g et 2,0 g.

Calculer la masse d’ions chlorure présents dans le lait étudié et conclure.

Donnée : masse molaire des ions chlorure : M(Cl^–) = 35,5 g.mol^-1. 2. DOSAGE DE L’ACIDE LACTIQUE

Un lait frais ne contient pas d’acide lactique. En vieillissant, le lactose présent dans le lait se transforme en acide lactique, noté par la suite HA.

On dose l’acide lactique, considéré comme le seul acide présent dans le lait étudié, par une solution d’hydroxyde de sodium : Na^+(aq) + HO^–(aq) (soude) de concentration C^B = 5,0010^-2 mol.L^-1.

On prélève un volume V^A = 20,0 mL de lait que l’on place dans un bécher et on suit l’évolution du pH en fonction du volume V^B de soude versé.

2.1. Écrire l’équation de la réaction qui se produit lors du mélange. Quelles caractéristiques doit présenter cette réaction pour être adaptée à un dosage ?

2.2. Exprimer puis calculer la constante de réaction K correspondante. Conclure.

Données : couples acide/base : H²O/HO^–(aq) : pK^A1 = 14,0

(18)

H³O⁺/H²O : pK^A2 = 0,0

HA^(aq)/A^–(aq) : pK^A3 = 3,9

On obtient les valeurs données dans le tableau suivant : V^B

(mL) 0 2,0 4,0 6,0 8,0 10 11 11,5 12 12,5 13 14 16

pH 2,9 3,2 3,6 3,9 4,2 4,6 4,9 6,3 8,0 10,7 11,0 11,3 11,5

2.3. En utilisant un diagramme de prédominance, déterminer quelle est, entre HA^(aq) et A^–(aq) l’espèce chimique prédominante au début du dosage.

2.4. Pour quel volume de soude versé, HA^(aq) et A^–(aq) sont-elles présentes en quantités égales ?

2.5. Le tracé du graphe représentant l’évolution du pH en fonction du volume de soude versé montre que l’équivalence acide base est atteinte pour un volume de soude V^B = 12,0 mL.

En déduire la quantité de matière d’acide lactique présente dans le volume V^A de lait.

2.6. On considère qu’un lait frais a une concentration en acide lactique inférieure à 1,8 g.L^-1. Quelle est la masse d’acide lactique présente dans un litre de lait ? Conclure ?

Donnée :masse molaire moléculaire de l’acide lactique : M(HA) = 90 g.mol^-1.

(19)

Révisions BAC STL Page 19 Radioactivité –réaction nucléaire :

Exercice 19 :

DATATION AU CARBONE 14….……

Dans le cycle du carbone, l’élément carbone est présent sous forme de :



Deux isotopes stables : le carbone 12 (majoritaire), le carbone 13 (minoritaire)



Un isotope instable : le carbone 14 (très minoritaire)

Le temps de demi-vie du carbone 14 est de l’ordre de 5570 ans. Il est continuellement produit dans la haute atmosphère grâce à des réactions nucléaires entre les noyaux des atomes d’azote 14 de l’air et des neutrons d’origine cosmique. Ces réactions maintiennent une teneur constante en carbone 14 dans l’atmosphère.

Le carbone 14 formé réagit rapidement avec le dioxygène de l’air pour former du dioxyde de carbone, CO

₂

. Tous les organismes vivants échangent du dioxyde de carbone avec l’atmosphère par la respiration et l’alimentation. Ils fixent le carbone 14 dans leurs tissus jusqu’à leur mort, à une teneur égale à celle de l’atmosphère. Après la mort, l’absorption et le rejet de dioxyde de carbone s’arrêtent.

Données :

Carbone 12 :

¹²₆C

Carbone 13 :

¹³₆C

Azote 14 :

¹⁴₇N

On donne: ln2 = 0,69

1. Etude du noyau.

1.1. Le symbole d’un noyau se note

_Z^AX

. Donner le nom des grandeurs représentées par les lettres A et Z ainsi que leur signification.

1.2. Ecrire le symbole de l’atome du carbone 14.

1.3. Donner la composition du noyau de l’atome de carbone 14.

1.4. En vous aidant du texte, définir le terme isotope.

1.5. Le noyau de carbone 14 est radioactif. Définir ce terme.

2. Les réactions nucléaires.

2.1. Le bombardement des noyaux d’atomes d’azote par les neutrons aboutit à la réaction nucléaire dont l’équation est la suivante :

¹⁴₇

N 

₀¹

n 

^A_Z

Y

₁



₁¹

H (1)

2.1.1. Enoncer les deux lois de conservation qui ont permis d’écrire l’équation (1).

2.1.2. L’application des lois de conservation précédentes permet de déterminer la nature du noyau

^A_ZY₁

. Quel élément est associé à Y

₁

?

2.2. La désintégration du noyau de carbone 14 conduit à l’émission d’un électron de symbole

_⁰₁e

et d’un noyau

^A_ZY₂

.

2.2.1. Ecrire l’équation de la réaction nucléaire correspondante.

2.2.2. La radioactivité d’une réaction nucléaire peut être du type

, ⁺

ou 

^-

. Quelle est celle

qui correspond à la désintégration du noyau de carbone 14 ?

(20)

2.2.3. Donner le nom de l’élément Y

₂

(de symbole

^A_ZY₂

).

3. Loi de décroissance radioactive.

3.1. Dans le texte on utilise l’expression : " temps de demi-vie du carbone 14 ". Donner la définition du terme temps de demi-vie ( noté t

1/2

).

3.2. La loi de décroissance radioactive en fonction du temps est du type : N(t) = N

₀

e

^–.t

3.2.1. Que représentent les grandeurs physiques N(t), N

₀

et  ? 3.2.2. Sachant que

12

2 ln

 t



, déterminer l’unité de  par une analyse dimensionnelle.

3.2.3. Calculer .

4. Datation au carbone 14.

En 1983 fut découverte l’épave d’un drakkar dans la vase du port de Roskilde (à l’ouest de Copenhague).

Pour valider l’hypothèse indiquant que ce navire est d’origine viking, une datation au carbone 14 est réalisée sur un échantillon de bois prélevé sur sa coque.

L’activité A mesurée pour cet échantillon est de 12,0 désintégrations par minute et par gramme de carbone.

Or l’activité pour 1 gramme de carbone participant au cycle du dioxyde de carbone de l’atmosphère est égale à A

0

= 13,6 désintégrations par minute.

4.1. Justifier la variation d’activité d’un échantillon de bois au cours du temps.

4.2. Sachant que la loi de décroissance de l’activité en fonction du temps s’écrit : A(t) = A

0

e

^–.t

4.2.1. Exprimer le temps t en fonction des autres grandeurs A(t),A

₀

et .

4.2.2. Calculer t.

4.2.3. Le temps t correspond au temps écoulé entre la date de fabrication du bateau et la date de découverte de l’épave. Déterminer l’année de construction du bateau ?

4.2.4. La période Viking s’étend du VIII

^ème

siècle au XI

^ème

siècle (entre 700 et 1000 ans).

L’hypothèse faite précédemment est-elle vérifiée ?

Exercice 20 :

On soumet à un flux de neutrons lents un échantillon d'argent ne contenant que des atomes d'argent 107. Un noyau d'argent 107 capte un neutron et il se forme un noyau d'argent 108.

Le noyau d'argent 108 est radioactif. Il se désintègre suivant plusieurs processus compétitifs dont la radioactivité  ^– et la radioactivité ⁺.

Donnée: extrait de la classification périodique fournissant les symboles des éléments et leur numéro atomique

Rh Z = 45

Pd Z = 46

Ag Z = 47

Cd Z = 48

In Z = 49

1. Capture d'un neutron.

1.1. Rappeler les deux lois de conservation qui permettent d'écrire l'équation d'une réaction nucléaire.

1.2. Écrire l'équation de la réaction de capture d'un neutron par un noyau d'argent 107.

2. Désintégration du noyau d'argent 108.

(21)

Révisions BAC STL Page 21 2.1. Rappeler la nature des particules émises au cours des radioactivités ^– et ⁺.Écrire leur symbole.

2.2. Ecrire les équations correspondant à chacune des transformations radioactives pour l'argent 108.

3. Activité d'un échantillon de noyaux d'argent 108.

On considère un échantillon contenant N⁰ noyaux d'argent 108 à l'instant de date t = 0 s. Soit N, le nombre de noyaux restant à l'instant de date t.

3.1. Rappeler l'expression de N en fonction de N⁰, de t et de la constante radioactive . 3.2. Donner la définition de la demi-vie radioactive t^1/2.

3.3. La relation entre la demi-vie radioactive t^1/2 et la constante radioactive  est t^1/2 =

ln 2



. Le symbole ln représente le logarithme népérien. Quelle est l'unité de  ?

Exercice 21 :

Données : Numéro atomique de l'élément iode : Z( l ) = 53.

La thyroïde est une glande, située dans la région cervicale antérieure, appliquée contre le larynx et la partie supérieure de la trachée. La fonction principale de cette glande est la sécrétion des hormones thyroïdiennes à partir de l'iode alimentaire qui se fixe temporairement sur cette glande.

De petite taille, pesant 15 à 25 g chez l'adulte et mesurant environ 4 cm en largeur et 3 cm en hauteur, elle n'est normalement pas, ou à peine, palpable. Mais elle peut s'hypertrophier, soit de manière plus ou moins diffuse et homogène, soit de manière localisée avec la formation de nodule(s).

Ces nodules peuvent principalement être de deux sortes : hypofixant ou hyperfixant. Ils sont dits hypofixants s'ils fixent peu d'iode par rapport au reste de la thyroïde. Inversement, ils sont dits hyperfixants s'ils fixent plus d'iode que le reste de la thyroïde.

Ce sont ces nodules qu'il faut déceler pour traiter le patient si nécessaire. Ceci est réalisé à l'aide de traceurs radioactifs, les isotopes ¹²³I et ^13II, de constantes radioactives respectives

₁₂₃ = 1,459.10^–5 s^–1 et ₁₃₁ = 1,001.10^–6 s^–1. Ces isotopes sont en effet des émetteurs de rayons gamma pouvant être détectés par un appareil de mesure appelé "détecteur à scintillations". La condition pour que l'appareil de mesure utilisé ici compte les rayons gamma, est que ceux-ci aient une énergie supérieure à 20 eV. Il en résulte alors une image reconstituée de l'organe étudié, sur laquelle les zones foncées représentent les zones de l'organe fortement émettrices en rayons gamma. La scintigraphie est donc une sorte de photographie.

Lorsque l'analyse est pressée, on préfère utiliser l'isotope ¹²³I qui nécessite un temps de pose de l'ordre du quart d'heure. On injecte alors, au patient, une dose de ^13II, d'activité A = 7,0 MBq, contenu dans une solution d'iodure de sodium Nal où l'iode est le traceur radioactif. On laisse alors l'iode se fixer, soit environ 4 heures, temps au bout duquel on réalise la scintigraphie.

1) Choix de l'isotope ¹²³I :

a) L'isotope ¹²³I est préparé par réaction nucléaire entre un deutérium ₁²H de haute énergie, et du tellure ¹²²₅₂Te. Ecrire l'équation correspondante. Préciser les lois de conservation utilisées et le nom de la particule émise.

(22)

Révisions BAC STL Page 22 b) Calculer le temps de demi-vie des deux isotopes. Quel peut être alors l'avantage d'utiliser l'isotope

123I par rapport au ^13II ? Justifier.

L'hôpital commande un flacon d'une solution de Nal avec de l'iode ¹²³I, pour l'utiliser sur plusieurs patients.

Pour des raisons pratiques, les injections sont effectuées toutes les 30 minutes.

A chaque injection, on prélève une dose d'activité égale à 7 MBq.

3) Précaution et analyse des images obtenues.

a) Quel est le nombre de noyaux radioactifs N_O injectés à chaque patient ?

b) II est courant de réaliser une deuxième injection aux patients, afin de vérifier que le traitement a été efficace. On estime qu'entre 2 injections à un patient, il doit s'écouler environ 6 semaines afin que la première n'influence pas la scintigraphie de la deuxième. Montrer que la première injection n'a alors aucune influence sur la scintigraphie qui suit la deuxième injection.

Exercice 22 :

Tous les extraits encadrés sont tirés de « L’Univers des étoiles » de L.BOTTINELLI et J.L. BERTHIER.

1. Remontons l’écoulement du temps jusqu’à l’instant le plus originel de l’histoire universelle. Au début était la lumière ! Inconsistance du monde contenant une incroyable, une fantastique quantité d’énergie. Tout ce que l’univers compte actuellement de galaxies, d’étoiles, de planètes, d’êtres ou d’objets étaient là en germe sous forme d’énergie immatérielle.

La théorie du Big Bang sans cesse réaffirmée explique que, durant le premier quart d’heure, de ce chaos énergétique très agité sont nées les particules de matière fondamentales : protons, neutrons, électrons…

Après les particules de base, mais bien plus tard, des galaxies prennent forme, puis des étoiles apparaissent dans les galaxies. Par le truchement de la nucléosynthèse, la variété des éléments chimiques voit enfin le jour dans les étoiles…

Ainsi, l’Univers s’est développé transformant son capital initial énergie en capital matière…

1.1. À quelle équivalence fait allusion le texte, en particulier dans la dernière phrase ?

1.2. Donner une relation permettant de définir cette équivalence. Préciser la signification de chaque terme employé dans cette relation ainsi que son unité dans le système international.

2. La température de l’univers qui diminue au cours du temps, va régler durant le premier quart d’heure la création de tel ou tel type de particule… Mais créer une particule implique nécessairement de créer simultanément son antiparticule, toutes deux de masse identique…

Calculer l’énergie de masse nécessaire à la création de la paire particule-antiparticule positron-électron de masse 2 m^e. L’exprimer en J, puis en MeV.

On donne : célérité de la lumière : c=2,99810⁸ m.s^-1

masse du positon = masse de l’électron= m^e= 9,11₁₀^-31_kg l’électron volt : 1 eV = 1,602₁₀^-19_J

(23)

Révisions BAC STL Page 23 3. Au bout du premier quart d’heure, lorsque la température a chuté jusqu’à 300 millions de degrés environ, les protons et les neutrons, rescapés de l’annihilation matière-antimatière, s’associent en noyaux légers, essentiellement en noyaux d’hydrogène, de deutérium et d’hélium…

Donner la composition du noyau de deutérium ₁²H

4. 30 millions d’années plus tard, c’est au cœur même des étoiles que la nature va poursuivre son œuvre. Cela commence par la * … + thermonucléaire de l’hydrogène en hélium. Cette transformation occupe l’essentiel de la vie des étoiles et ne nécessite pour ainsi dire, qu’une température de 10 millions de degrés. Son bilan s’écrit :

e He H ₂⁴ ₁⁰

1

2

4

 

4.1. Que représente ⁰₁e ?

4.2. Dans la deuxième ligne du texte ci-dessus, le nom de la réaction nucléaire mise en jeu a été effacé.

Quel est-il ?

4.3. Enoncer les lois de conservation qu’elle vérifie.

4.4. Calculer la perte de masse lors de cette réaction nucléaire en kg puis en unité de masse.

On donne : masse d’un noyau d’hydrogène 1 ₁¹H : m^H=1,672610 ^-27 kg masse d’un noyau d’hélium 4 ₂⁴He : m^He=6,6447₁₀^-27_kg masse de la particule ₁⁰e : m^e=9,1110 ^-31 kg unité de masse 1 u = 1,66110 ^-27 kg

5. Sur la fin de leur existence (stade de dilatation de l’enveloppe extérieure ou géante rouge), une contraction brutale du cœur des étoiles, accompagnée d’une forte élévation de température (jusqu’à 100 millions de degrés) permet la formation d’éléments plus lourds.

Le processus qui conduit au carbone par fusion de l’hélium est appelé triple alpha et son bilan s’écrit :





 C He ¹²₆

4

3 2

Qu’est-ce qu’une particule alpha ? Justifier le nom du processus.

Exercice 23 :

Données (valables pour tout l'exercice)

Unité de masse atomique u = 1,660 54  10^-27 kg Énergie de masse de l'unité de masse atomique E = 931,5 MeV

Électronvolt 1 eV = 1,60  10^-19 J

Megaélectronvolt 1 MeV = 110⁶ eV

Célérité de la lumière dans le vide c = 3,00  10⁸m.s^-1

Nom du noyau ou de

la particule

Radon Radium Hélium Neutron Proton Électron

(24)

Symbole ²²²₈₆

Rn

²²⁶₈₈

Ra

₂⁴

He

₀¹

n

₁¹

p

_⁰₁

e

Masse (en u) 221,970 225,977 4,001 1,009 1,007 5,49  10^-4

1. Désintégration du radium

L'air contient du radon 222 en quantité plus ou moins importante.

Ce gaz radioactif naturel est issu des roches contenant de l'uranium et du radium. Le radon se forme par désintégration du radium (lui-même issu de la famille radioactive de l'uranium 238), selon l'équation de réaction nucléaire suivante :

226Ra

88



²²²₈₆^Rn

+

₂⁴^He

1.1. Quel est le type de radioactivité correspondant à cette réaction de désintégration?

Justifier votre réponse.

1.2. Défaut de masse

Donner l'expression littérale du défaut de masse m du noyau de symbole _Z^AX et de masse m^X Calculer le défaut de masse du noyau de radium Ra. L'exprimer en unité de masse atomique u.

1.3. Écrire la relation d'équivalence masse-énergie.

1.4. Le défaut de masse m(Rn) du noyau de radon Rn vaut 3,04  10^–27 kg Définir l'énergie de liaison E^l d'un noyau.

Calculer, en joule, l'énergie de liaison E^l(Rn) du noyau de radon.

Vérifier que cette énergie de liaison vaut 1,7110³ MeV.

En déduire l'énergie de liaison par nucléon E^l/A du noyau de radon.

Exprimer ce résultat en MeV.nucléon^-1 . 1.5. Bilan énergétique.

Établir littéralement la variation d'énergie E de la réaction (1) en fonction de mRa, m^Rn et m^He , masses respectives des noyaux de radium, de radon et d'hélium.

Exprimer E en joule.

(25)

Révisions BAC STL Page 25 Electricité :

Exercice 24 :

On souhaite étudier la loi d'Ohm aux bornes d'un électrolyseur.

1. Quelle courbe faut-il tracer pour obtenir cette loi d'Ohm ?

2. Quel est le montage expérimental permettant la réalisation de cette courbe ? Les données expérimentales sont les suivantes :

U(V) 0,5 1,0 1,5 1,6 1,8 2,1

I(mA) 0 0 5 10 30 60

3. Donner l'expression de la tension aux bornes de l'électrolyseur (ou loi d'Ohm) 4. Déterminer la force contre électromotrice (f.c.é.m) E' et la résistance interne r' 5. Que représente la f.c.é.m ?

6. Sachant que I = 50 mA calculer

a. La puissance électrique P reçue par l'électrolyseur b. La puissance chimique (ou puissance utile) P^u

c. La puissance dissipée par effet Joule dans l'électrolyseur. Commenter.

d. Le rendement de l'électrolyseur P^u/P

7. On place cet électrolyseur en série avec un générateur continu, de f.é.m E = 12 V et de résistance interne r = 1,0 Ω, et une résistance R = 10 Ω. Quelle est l'intensité du courant mesurée sur l'ampèremètre ?

Exercice 24 :

Le tableau suivant donne quelques points de fonctionnement d'un dipôle électrique.

U(V) 12,00 11,20 10,80 10,00 9,55 8,10 7,55 7,00

I(A) 0 0,300 0,500 0,800 1,00 1,50 1,80 2,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 10 20 30 40 50 60 70

U(V)

I(mA)

(26)

Révisions BAC STL Page 26 1. Le graphique ci-dessus correspond à U = f(I) ou I = f(U) ?

2. A l'aide l'allure de la courbe déterminer la nature du dipôle (électrolyseur, moteur, pile ou conducteur ohmique) ?

3. Représenter le schéma du circuit électrique permettant la réalisation des mesures.

4. Déterminer la f.é.m E et la résistance interne r de ce dipôle.

5. Ecrire la loi d'Ohm aux bornes de ce dipôle à l'aide des grandeurs numériques trouvées.

6. On place en série ce dipôle, une résistance de protection R = 50 Ω et un moteur, de f.c.é.m E' = 5,0 V et de résistance interne r' = 17,5 Ω.

a. Quelle est l'intensité du courant traversant ce circuit ?

b. Quelle est la puissance électrique fournie par la pile au reste du circuit ?

c. Quelle est l'énergie dissipée par Joule dans tout le circuit en 1 minute de fonctionnement ? d. Quelle est l'énergie mécanique utile fournie par le moteur pendant 1 minute ?

Exercice 26 :

1. Quelle est la résistance équivalente à 2 conducteurs ohmiques R¹ = 80  et R¹ = 20  placés en série ?

2. Quelle est la résistance équivalente à 2 conducteurs ohmiques R¹ = 80  et R¹ = 20  placés en parallèle ?

Electrochimie :

Exercice 27 :

On réalise l'électrolyse ci-dessous. Le générateur de tension continue permet de faire circuler un courant d'intensité I.

0 2 4 6 8 10 12 14

0 0,5 1 1,5 2 2,5

U(V)

I(A)

(27)

1. Faire le bilan des espèces présentes dans le milieu.

L'interrupteur est fermé. On observe alors sur l'électrode de fer un dégagement de dihydrogène.

2. Indiquer le sens de circulation des porteurs de charge dans la solution et dans les fils de connexion. Préciser la nature des porteurs de charge.

3. Ecrire la demi-équation de la réaction se produisant à l'électrode de fer. Cette électrode est-elle la cathode ou l'anode ? Justifier.

4. Comment évolue la masse de l'électrode de zinc ? Justifier en écrivant la demi-équation électronique de la réaction qui se produit à l'électrode de zinc.

Le générateur délivre un courant d'intensité I = 0,5 A pendant t = 10 min. Dans cette électrolyse dite " à anode soluble " calculer :

5. La quantité d'électricité Q échangée pendant 10 min 6. En déduire la quantité de matière d'électrons échangée n

e

.

7. Quelle relation existe t-il entre la quantité de matière de zinc ayant disparu et la quantité d'électrons échangés ?

8. Calculer la variation de masse de l'électrode de zinc.

9. Quel volume de dihydrogène est libéré lors des 10 min de fonctionnement de l'électrolyseur ?

Données : Zn : 65,4 g/mol ; NA

= 6,02 10

²³

mol

^-1

; e= 1,6 10

^-19

C ; V

m

= 24 L.mol

^-1

; 1F = 96500 C.mol

^-1 Couple : Zn²⁺

/Zn ; Fe

²⁺

/Fe ; H

⁺

/H

2