Exercice I Etude d'une solution d'éthanoate de sodium ( 5points)
Bac blanc PHYSIQUE-CHIMIE Session 2004 .... On dispose d'un générateur de
tension continue U0 = 6,0 V ,d'un condensateur C = 10 et d'une résistance ...
part of the document
ec l'eau pour une solution d'éthanoate de sodium de volume INCORPORER Equation .
Définir, exprimer et calculer le taux d'avancement final. Que remarquez-vous?
Calculer les concentrations des espèces chimiques présentes à l'équilibre.
Définir et calculer la constante d'équilibre de la réaction des ions CINCORPORER Equation COO-(aq) sur l'eau ainsi que la constante d'acidité du couple CINCORPORER Equation COOINCORPORER Equation / CINCORPORER Equation COINCORPORER Equation .
On mélange VINCORPORER Equation =100mL de solution dacide chlorhydrique de concentration CINCORPORER Equation =2,0.INCORPORER Equation mol.INCORPORER Equation avec VINCORPORER Equation =100mL de solution d'éthanoate de sodium de concentration INCORPORER Equation =1,0.INCORPORER Equation mol.INCORPORER Equation .
Le pH de ce mélange est égal à 1,3.
Dresser le tableau d'évolution du système chimique lors de la réaction des ions INCORPORER Equation sur CINCORPORER Equation COINCORPORER Equation .
Définir, exprimer et calculer le taux d'avancement final. Que remarquez-vous?
Calculer les concentrations des ions Na+, H3O+ et Cl- présents à l'équilibre.
Calculer la conductivité du mélange sachant que:
CARSPECIAUX 108 \f "Symbol"INCORPORER Equation = 5,0.10INCORPORER Equation S.mINCORPORER Equation .moLINCORPORER Equation ;
CARSPECIAUX 108 \f "Symbol"INCORPORER Equation = 35.10INCORPORER Equation S.mINCORPORER Equation .moLINCORPORER Equation ;
CARSPECIAUX 108 \f "Symbol" INCORPORER Equation = 7,6.10INCORPORER Equation S.mINCORPORER Equation .moLINCORPORER Equation ;
On ne tiendra pas compte de la conductivité des ions HO- et CH3COO-.
Exercice II Cinétique ( 4 points)
On souhaite obtenir expérimentalement la courbe d'évolution de la concentration en diiode I2, apparu lors de la réaction d'oxydation des ions iodure I- avec le peroxyde d'hydrogène H2O2 selon léquation : H2O2 + 2 INCORPORER Equation.3 + INCORPORER Equation.3 2 INCORPORER Equation.3 INCORPORER Equation.3 = I2 + 2 H2O ( 1 )
La concentration en I2 est suivie par spectrophotométrie à la longueur d'onde ( = 600 nm.
L'absorbance est proportionnelle à [ I2].
Soit le mélange réactionnel composé des prélèvements :
V = 10 cm3 de solution dacide sulfurique H2SO4 à 1 mol.L-1, réactif en excès ;
V1 = 8,0 cm3 de solution diodure de potassium ( K++ I-) à C1 = 0,048 mol.L-1
auxquels on ajoute à t = 0, V2 = 2,0 cm3 de solution de peroxyde dhydrogène H2O2 à
C2 = 0,10 mol.L-1.
A différentes dates, on mesure l' absorbance et les résultats sont reportés dans le tableau joint.
t ( s )040100200300400500600700A00,701,001,281,311,351,391,401,40
Pour déterminer les valeurs de [I2], on a préparé une solution étalon de diiode.
Son titrage a donné [I2 ]o = 0,0114 mol.L-1 et Ao = 1,70.
a) Donner le nom et lexpression de la relation qui relie l ' absorbance A d'une solution et la concentration du soluté, ici le diiode ?
En déduire la relation entre Ao, A, [ I2] et [I2]o.
Présenter lapplication numérique pour t = 40 s, puis compléter la ligne correspondante du tableau de résultats joint en annexe.
Tracer la courbe [I2] = f ( t ) sur cette feuille annexe .
Echelles : 1 cm pour 40 s et 1 cm pour 1,0 mmol.L-1.
Présenter le tableau d'avancement de la réaction étudiée, en déduire le réactif limitant.
a) Ecrire l'expression de la vitesse de la réaction, la transformer et faire apparaître [I2].
Comment évolue v au cours du temps ? Quelle est la raison de cette évolution ?
Déterminer, d' après la composition du mélange réactionnel, la valeur de [I2](. Cette valeur est-elle en accord avec celle qui pourrait être calculée au 1) ?
Définir le temps de ½ réaction puis le déterminer.
Exercice III Radioactivité et dipôle RC ( 11 points)
Partie A
Un compteur Geiger Muller est constitué dun cylindre métallique ( borne - ) rempli dun mélange de gaz nobles ayant en son axe un fil conducteur ( borne + ) isolé porté à un potentiel positif par rapport au cylindre.
On assimile ce compteur à un condensateur de capacité C de lordre de 10 pF.
Quand une particule pénètre dans le compteur, elle ionise le gaz ( elle forme des paires électrons - ions qui se dirigent respectivement vers le fil et la paroi cylindrique ) créant ainsi une décharge de ce dernier.
Une résistance R permet de transformer limpulsion de courant due à la collection des électrons en une impulsion de tension.
+ fil
R
- cylindre haute tension
On veut choisir la résistance R de telle sorte que la constante de temps INCORPORER Equation.3 soit de lordre du temps de collection des électrons et de disparition des ions positifs cest à dire 10-4 s.
Montrer que INCORPORER Equation.3 est bien homogène à un temps.
Déterminer lordre de grandeur de R.
On souhaite vérifier la valeur de la résistance. On dispose dun générateur de tension continue U0 = 6,0 V ,dun condensateur C = 10 INCORPORER Equation.3 et dune résistance connue R1 = 10 INCORPORER Equation.3 .
i A
R1
U0 B R
C
M
1 2
En position 1, lorsque le condensateur est chargé, : UC = U0
Refaire le schéma du circuit en position 1 ( ne représenter que la partie utile ). Identifier larmature positive du condensateur. Représenter par des flèches les tensions uC et uR1 ( en convention récepteur ) aux bornes du condensateur et du conducteur ohmique R1.
Montrer que uC obéit à une équation différentielle du 1er ordre du type :
INCORPORER Equation.3
Une solution de cette équation différentielle est de la forme : uC = A + B. INCORPORER Equation.3
En reportant cette expression dans la relation (1), déterminer les expressions de A et INCORPORER Equation.3 .
Le condensateur étant initialement déchargé, en déduire lexpressions de B.
En déduire lexpression littérale de uC en fonction du temps.
Déterminer la durée pour laquelle uC atteindra la moitié de sa tension finale. Quelle est à ce moment, lénergie stockée dans le condensateur ?
On bascule linterrupteur en position 2. Au bout dune durée t2 =20 s : on lit a UC = 5,0 V
Refaire le schéma du circuit en position 2 et en conservant le même sens positif pour i, représenter par des flèches les différentes tensions.
Etablir une relation entre uC ,uR1 et uR, tensions aux bornes du condensateur et des conducteurs ohmiques R1 et R, et en déduire léquation différentielle à laquelle obéit uC.
Une solution de cette équation est : uC = b. INCORPORER Equation.3 . Déterminer les constantes a et b.
En déduire la valeur de la résistance R.
Partie B
Le compteur Geiger-Muller est utilisé dans la datation des roches.
Les roches volcaniques contiennent du potassium 40 radioactif qui se transforme en argon 40 gazeux avec une demi-vie t1/2 = 1,3.109 ans.
Au cours des siècles, largon 40 saccumule, alors que le potassium disparaît.
Lors dune éruption volcanique, la lave dégaze : largon présent dans la lave séchappe alors totalement. A la date de léruption, la lave solidifiée ne contient donc plus dargon.
Le numéro atomique du potassium est Z = 19 et celui de largon est Z = 18. Déterminer la composition de chaque noyau. Sont-ils isotopes ? Pourquoi ?
Ecrire léquation de la réaction de désintégration du potassium 40 en précisant le nom et le symbole de la particule émise. De quel type de rayonnement sagit-il ?
Après traitement et séparation, lactivité dun échantillon de basalte trouvé près dun volcan montre quil contient m1 = 2,98 mg de potassium 40 et m2 = 8,6 (g dargon 40.
Exprimer le nombre de noyaux de potassium 40, N0(K), juste après léruption en fonction des nombres de noyaux potassium 40, N(K) (t) et argon 40, N(Ar)(t) à la date de lanalyse. Déterminer N0(K).
Représenter lallure de lévolution du nombre de noyaux dargon 40 et de potassium 40 au cours du temps après léruption.
Donner la définition de la demi-vie. Déterminer la valeur de la constante radioactive (.
Exprimer la loi de décroissance radioactive du nombre de noyaux radioactifs N(K)(t) pour le potassium.
Déterminer la durée écoulée depuis léruption.
Données : On admettra que M(Ar) = M(K) = 40 g.mol-1
Nombre d Avogadro : NA = 6,02.10 23 mol-1.
Bac blanc PHYSIQUE-CHIMIE Session 2004
Série S ( spécialité )
__________________
DUREE DE LEPREUVE : 3 h 30
__________________
Lusage des calculatrices est autorisé
RENDRE UNE COPIE PAR EXERCICE
(même si la question nest pas traitée)
Présentation obligatoire de chaque copie
N°
danonymat
TS
N° de la classe
N°
de lexercice: I, II, IIIA ou IIIB
Respecter les notations proposées dans chacune des parties de chaque exercice.
Répondre à chaque question en rappelant son numéro complet.
Exercice I (spécialité) (5 points)
Titrages de lacide ascorbique contenu dans un jus dorange
Données
Couples de lacide ascorbique : C6H6O6 / C6H8O6 et C6H8O6 / C6H7O6-
pKA (acide ascorbique/ ion ascorbate) = 4,1
Produit ionique de leau : pKe = 14,0
Masse molaire moléculaire de lacide ascorbique = 176 g.mol-1
Couples oxydant/réducteur en jeu : I2 / I- , S4O62- / S2O32-
Indicateur coloréCouleur de la forme HIndZone de virageCouleur de la forme Ind-Hélianthinerouge3,1 4,4jauneBleu de bromothymoljaune6,0 7,6bleuRouge de crésoljaune7,2 8,8RougePhénolphtaléineincolore8,2 10rose
Lacide ascorbique ou vitamine C, de formule brute C6H8O6, se trouve dans le jus dorange. Cette molécule est un acide mais aussi un réducteur.
Donner les définitions dun acide puis dun réducteur.
Ecrire les demi-équations associées à chaque couple de lacide ascorbique.
Pour élaborer une séance de TP, un prof a lidée de faire un titrage de la vitamine C présente dans un jus dorange frais. Pour cela il presse le jus dune orange et le filtre. Il réalise ensuite un titrage par suivi pH-métrique dun prélèvement de volume V = 5,0 mL du jus dorange filtré au quel il ajoute 25 mL deau distillée, en utilisant une solution titrante dhydroxyde de sodium de concentration égale à CB = 2,0.10-3 mol.L-1.
Faire une liste détaillée du matériel nécessaire pour faire ce titrage (préciser le rôle de chaque élément de votre liste). Pourquoi ajoute-t-on de leau distillée dans le jus dorange ?
Ecrire léquation de cette réaction de titrage, en notant lacide ascorbique sous la forme AH. Donner lexpression de la constante déquilibre K de cette réaction puis calculer sa valeur.
Les mesures de pH réalisées au cours du titrage permettent de tracer la courbe pH = f(VB) jointe en annexe.
En expliquant votre raisonnement, en déduire la concentration molaire de lacide ascorbique dans le jus dorange. Vérifier que la teneur en acide ascorbique dans ce jus est de 0,8 g.L-1.(Rendre la courbe avec votre copie)
Quel indicateur coloré aurait-on pu utiliser pour ce dosage ? Comment aurait-on alors visualisé léquivalence ?
Le prof décide alors de modifier son ancien TP sur la vitamine C et de ladapter pour faire un dosage de lacide ascorbique dans un jus dorange pressée en utilisant le caractère réducteur de lacide ascorbique. Ce titrage est basé sur 2 réactions successives :
Réaction ( : oxydation de lacide ascorbique par une solution de diiode qui utilise la propriété réductrice de lacide ascorbique C6H8O6 avec le diiode I2 comme oxydant. Pour réaliser cette réaction, on utilise :
un volume V0 de solution contenant de lacide ascorbique de concentration C
un volume V1 de solution de diiode de concentration C1.
Réaction ( : titrage du diiode en excès ; l'excès de diiode I2 restant après la réaction ( est ensuite dosé par une solution de thiosulfate de sodium (2Na+ + S2O32-) de concentration C2.
On dispose au laboratoire de solution de thiosulfate de sodium (2 Na+ + S2O32-) de concentration C2 = 5,0.10-3 mol.L-1 et de solution de diiode de concentration C1 = 4,0.10-3 mol.L-1.
Ecrire les équations de ces 2 réactions. Expliquer pourquoi ce titrage est un titrage indirect.
Définir léquivalence pour la réaction de titrage du diiode par le thiosulfate. Comment peut-on repérer en pratique cette équivalence ?
Sachant que lon dispose de pipettes jaugées de 5,0 mL, 10,0 mL ou 20,0 mL, quel volume de V1 de solution diiode faut-il prélever et verser dans un volume V0 = 10,0 mL de jus dorange pour que le diiode soit bien en excès dans la réaction ( ? (rappel : la teneur en acide ascorbique dans ce jus est de 0,8 g.L-1).
En déduire une relation entre la quantité de diiode dosé et la quantité dions thiosulfate ajoutés à léquivalence. Donner lexpression littérale permettant de calculer la concentration C de lacide ascorbique utilisé dans la réaction ( ?
Quel sera alors le volume de thiosulfate à verser pour atteindre léquivalence V2éq ?
Exercice I (spécialité)
Suivi pH-métrique de la réaction entre lacide ascorbique et lhydroxyde de sodium
INCORPORER Word.Picture.8
