Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2012

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Le sujet comporte 5 pages numérotés de 1/5 à 5/5 Chimie ( 7 points )

Lors d’une séance de travaux pratiques, on dispose du matériel suivant :

- Une solution aqueuse (S1) de chlorure d’étain SnCl2 de concentration molaire C1 ;

- Une solution aqueuse (S2) de sulfate de plomb PbSO4 de concentration molaire C2 ;

- Des béchers, un pont électrolytique (pont salin : contenant une solution de chlorure de potassium KCl), de l’eau distillée ;

- Un ampèremètre, un voltmètre, un résistor et des fils de connexion( l’ampèremètre en série avec le résistor sont branchés aux bornes de la pile, le voltmètre est branché aux bornes de l’ensemble).

On considère les piles (Px) de symbole : SnSn2+(10-1

mol.L-1) Pb2+(C2=X) Pb. On réalise la mesure de la fem de la pile Px en maintenant constante la concentration molaire des ions Sn2+ ([Sn2+]=C1) et en faisant varier à chaque mesure la concentration des ions plomb Pb2+ ([Pb2+]=x mol.L-1). Les résultats de mesure ont permis de tracer la courbe représentant l’évolution de la fem E en fonction de logX.

1- a- Ecrire l’équation chimique associée à la pile Px. b- Représenter le schéma de la pile. c- Quel est le rôle du pont salin ?

2- a- Déterminer graphiquement l’expression de la fem E en fonction de (logX). b- Justifier théoriquement l’allure de la courbe. c- Déterminer à partir du graphe la constante d’équilibre de la pile. Déduire sa fem standard

E°. d- Calculer la concentration molaire C1 des ions Sn2+.

3- La fem initiale de la pile Px est égale à Ei= -0,02 V. a- Déterminer par calcul la concentration molaire des ions Pb2+. Retrouver cette valeur

graphiquement. b- Ecrire l’équation de la réaction spontanée qui a lieu lorsque la pile débite dans un circuit

extérieur. c- Après une durée suffisamment longue la pile ne débite plus du courant. Calculer les

concentrations molaires des ions Sn2+ et Pb2+ dans ces conditions.

COLLEGE SADIKI 14-05-2012

DEVOIR

DE SYNTHESE 3

PROFS : BELARBI – FKI – ABID – HRIZI – CHERCHARI

3

-1 0

0,04

E(V)

logX -1,33

-2 -3

-0,01

-0,02

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4- On considère la pile PtH2H+(1 mol.L-1) Pb2+(1 mol.L-1) Pb de fem E=-0,13 V.

a- Schématiser la pile et préciser son rôle. b- Préciser la polarité de la pile. c- Déduire le sens de la réaction qui se produit spontanément lorsque la pile débite du

courant électrique. d- Indiquer en le justifiant le sens de déplacement des porteurs de charge dans le pont salin.

Physique (13 pts )

Exercice 1 ( 5 pts) Données : h = 6,6210 -34 J.s ; c = 3,0010 8 m.s-1 et e = 1,6010 -19 C Les lampes à vapeur de lithium contiennent de la vapeur de lithium à très faible pression. Cette vapeur est excitée par un faisceau d’électrons qui traverse le tube. Les atomes de lithium absorbent l’énergie des électrons. L’énergie est restituée lors du retour à l’état fondamental sous forme de radiations lumineuses. On représente le diagramme des niveaux d’énergie de l’atome de lithium (figure 1 : page 5 à compléter et à remettre avec la copie) de numéro atomique Z=3. L’analyse du spectre d’émission

d’une lampe à vapeur de lithium révèle la présence de raies de longueur d’onde bien définie. On donne le spectre d’émission et le spectre d’absorption de l’atome de lithium (figure 2 : page 5 à compléter et à remettre avec la copie). 1- Préciser le spectre d’émission de l’atome de lithium et le spectre d’absorption. 2- Représenter le schéma du montage qui permet d’obtenir le spectre d’émission. 3- A l’aide du spectre d’émission, interpréter la quantification de l’énergie de l’atome de lithium. 4- L’énergie du l’état fondamental vaut E1 = -5.39 eV. (C’est l’énergie de l’électron de la couche

externe dans son état fondamental).

a- Prélever les valeurs des longueurs d’onde 1 ; 2 et 3.

b- Montrer que la longueur d’onde du photon émis lors d’une transition du niveau n au niveau

p (n>p) est =

En Ep

avec en nm et En – Ep en ev.

c- trouver les valeurs d’énergie des autres niveaux sachant que la longueur d’onde du photon émis lors d’une transition du niveau :

3 au niveau est égale à 812 nm.

4 ,, ,, ,, ,, ,, 323 nm.

5- définir l’énergie d’ionisation de l’atome de lithium. Donner sa valeur. 6- L’atome de sodium, considéré maintenant à l’état fondamental, reçoit une radiation lumineuse

dont le quantum d’énergie a une longueur d’onde égale à : a- 220 nm. b- 300 nm.

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Exercice 2 ( 5 points ) A propos du polonium 210

Le polonium 210 Erreur ! Liaison incorrecte.. Il se désintègre en émettant des particules alpha dont l’énergie est de 5,3 millions d’électrons volt. Le 210Po a une demi-vie de 138 jours et il présente une forte activité, Un seul gramme de polonium 210 présente une activité de 166 000 milliards de becquerels et par conséquent émet 166 000 milliards de particules alpha par seconde. »

Données : Quelques éléments : 81TI ; 82Pb ; 83Bi ; 85At ; 86Rn

m( 9

4Be ) =9,00998 u ; m( 4

2He ) = 4,00151 u ; m( 12

6C ) =11,99671 u ; m( 1

0n ) =1,00866 u ; m(p) = 1,00728u

Masse molaire atomique : M(210Po) = 210 g.mol1

Célérité de la lumière dans le vide : c = 3. 108 m.s-1 ; Nombre d’Avogadro : NA = 6,022 .1023 mol1

Unité de masse atomique : 1 u = 1,6605. 1027 kg= 931,5 Mev/c2 ; 1ev= 1,6.10-19J.

1 )

a- Écrire l’équation de désintégration d’un noyau 210

84Po en précisant les lois de conservation utilisées

(on supposera que le noyau fils formé est à l’état fondamental). b- Définir le temps de demi-vie (Période radioactive), T, d’un noyau radioactif. c- Écrire la loi de décroissance radioactive, en précisant la signification de chacun des termes.

d- Sachant que l’activité A(t) d’une source radioactive vérifie A(t) = dN(t)

-dt

, montrer que l’activité A(t)

d’une source radioactive est proportionnelle au nombre N(t) de noyaux radioactifs présents dans cette source.

e- Écrire la relation entre la constante radioactive et le temps de demi-vie puis calculer la valeur de la

constante radioactive en s1 du 210

84Po .

2)

a- Montrer que le nombre de noyaux présents dans un échantillon de masse m de polonium est N=m

M. NA

avec M masse molaire du polonium et NA nombre d’Avogadro. Calculer le nombre N de noyaux présents dans une masse m = 1 g de polonium 210.

b- Justifier, par un calcul, la phrase « un seul gramme de polonium 210 présente une activité de 166 000 milliards de becquerels ».

3) Le polonium 210 est l’un des produits issus des désintégrations successives de l’uranium 238

lesquelles conduisent à l’isotope stable 206

82Pb du plomb. Ces désintégrations sont de type et .

On peut assimiler l’ensemble à une réaction unique :

238

92U 206

82Pb + x 4

2He + y 0

1e où x et y sont des entiers.

Déterminer le nombre x de désintégrations et le nombre y de désintégrations.

4) Émetteur , le polonium a de nombreuses utilisations. Il a été employé comme source de

rayonnement par Irène et Frédéric Joliot-Curie dans les expériences qui ont conduit à la découverte de la radioactivité artificielle en 1934.Associé au béryllium, il constitue une source de neutrons produits par la réaction nucléaire :

9

4Be + 4

2He 12

6C + 1

0n

a) Exprimer l’énergie E absorbée ou libérée au cours de cette réaction nucléaire.

b) Calculer sa valeur en joules. Commenter le signe de la valeur obtenue pour E.

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c) Comparer la stabilité des deux noyaux 12

6C et 9

4Be .

Exercice N° 3 : Etude d’un texte sur les ondes - (3 points)

Le texte ci-dessous est composé d’extraits d’un cours d’océanographie, que l’on peut découvrir sur le site web de l’IFREMER (édité par son laboratoire de physique des océans): "Les ondes dans l’océan". En océanographie, les ondes de surface se matérialisent par une déformation de l’interface entre l’océan et l’atmosphère. Les particules d’eau mises en mouvement au passage d’une onde se déplacent avec un petit mouvement qui leur est propre, mais restent en moyenne à la même position. La houle est formée par le vent: c’est un phénomène périodique, se présentant sous l’aspect de vagues

parallèles avec une longueur d’onde de l’ordre de 100 m au large, où la profondeur moyenne de l’océan est d’environ 4000 m. On peut classer les ondes de surface, en fonction de leurs caractéristiques et de celles du milieu de propagation, en "ondes courtes" et en "ondes longues". - Ondes courtes: lorsque la longueur d’onde est faible par rapport à la profondeur locale h de l’océan

(au moins < 0,5.h). Leur célérité v est définie par : v = g.2

.

- Ondes longues: lorsque la longueur d’onde est très grande par rapport à la profondeur h de l’océan (

>10.h), les ondes sont appelées ondes longues. Leur célérité v est définie par: v = g.h.

(Note: g est l’intensité du champ de pesanteur terrestre; on prendra g = 10 m.s–2).

A – QUESTIONS SUR LE TEXTE

A propos de la houle. 1. Au large (avec h1 = 4000 m), la houle est-elle classée en ondes courtes ou longues?

Évaluer la célérité v1 d’une houle de longueur d’onde 1 = 80 m, ainsi que la période T de ses vagues. 2. En arrivant près d’une côte sablonneuse (profondeur d’eau h2 = 3,0 m), la longueur d’onde de la houle devient grande par rapport à la profondeur, elle rentre donc dans la catégorie des ondes longues. Sachant que sa période T ne varie pas, évaluer alors sa nouvelle célérité v2, ainsi que sa nouvelle longueur d’onde 2. 3. Sur ces fonds (h2 = 3,0 m), les vagues de houle arrivent parallèlement à une digue rectiligne, coupée par un chenal de 30 m de large, et qui ferme une assez vaste baie. Le vent local étant nul, que peut-on observer sur une vue aérienne de ce site, derrière la digue, coté terre? Dessiner l’aspect de la surface de l’eau (vagues), sur le figure 3 (page 5 à compléter et à rendre avec la copie), de façon réaliste. Quel nom porte le phénomène observé? Avec quelles autres ondes (non mécaniques) peut-on observer le même phénomène?

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Page à compléter et à remettre avec la copie

Nom : ………………………………………… Prénom : …………………………. Classe : ……..

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DOCUMENT A Figure 3