I. LE POISON D HERCULE POIROT 7 40

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1 DS S THÈME OBSERVER/COHÉSION DE LA MATIÈRE/ Page / NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... I. LE POISON D HERCULE POIROT 7 40 a) Établir la formule de Lewis du cyanure d hydrogène Configurations électroniques H : Z= ; K() C : Z= 6 ; K()L(4) N : Z=7 ; K()L(5) Nombre d électrons périphériques H : K() C : L(4) N : L(5) Nombre de liaisons covalentes : application de la règle de l octet (du duet pour H) H : - = (règle du duet) C : 8-4 = 4 (règle de l octet) N : 8-5 = 3 (règle de l octet) Nombre de doublets non liants (électrons périphériques non impliqués dans une liaison que l on regroupe par paires) H : = 0 C : N : = 0 b) En déduire la géométrie de cette molécule et la représenter Il s agit ici de déterminer comment s orientent la triple liaison CN et la liaison simple CH qui entourent l atome central de carbone C Il y a au total 4 doublets autour de l atome central 3 doublets liants sont contraints à s orienter de la même façon vers l atome d Azote et un doublet liant Il y a donc deux groupes de doublets qui se repoussent mutuellement de façon a être le plus éloignés l un de l autre. La molécule est donc linéaire c) Renferme- t- elle des liaisons polarisées, justifier La différence d électronégativité entre les atomes de carbone et d hydrogène étant très faible les liaisons CH ne sont donc pas polarisées L atome d azote étant plus électronégatif que l atome de carbone la triple liaison CN est polarisée, l atome d azote est donc porteur d une charge électrique partielle négative et l atome de carbone est porteur d un charge partielle positive δ + δ d) Expliquer si cette molécule est polaire ou apolaire la molécule possède un centre des charges positives qui ne se confond pas avec le centre des charges négatives, la molécule est donc polaire

2 II. UNE HISTOIRE D ISOMÈRES 5 a) Existe- il des interactions de Van der Waals Entre deux molécules d éthanol? Entre deux molécules de méthoxyméthane? (justifier la réponse) Les interactions de Van der Waals sont des interactions attractives entre les nuages électroniques des molécules sont toujours présentes dans les molécules des liquides Ces interactions résultent de la déformation des nuages électroniques Cas possibles - interaction entre deux molécules polaires (dues à la déformation permanente des nuages électroniques des molécules) - Interactions attractives entre une molécule polarisée et une molécule non polaire ( le nuage électronique de la molécule apolaire est déformé sous l influence des molécules polaires - Interaction attractive entre deux molécules non polaire (les nuages électroniques se déforment mutuellement à la suite de la répulsion des électrons) b) Existe- il des liaisons hydrogène / entre deux molécules d éthanol? ` Les liaisons 0 H sont fortement polarisées (voir figure ci- dessous) Il s établit des liaisons hydrogène (intermoléculaires) entre les atomes d oxygène / entre deux molécules de méthoxyméthane? Justifiez dans ces molécules de méthoxyméthane, il n y a pas d atome d hydrogène lié à un atome fortement électronégatif comme l oxygène ou l azote. Par conséquent il ne peut y avoir de liaisons hydrogène intermoléculaires 3/ Dans l affirmative les représenter sur un schéma. L un des deux composés a une température d ébullition de 78 C et l autre de - 5 C. c) Attribuer à chaque composé en justifiant sa température d ébullition. Préciser en justifiant si chacun de ces liquides est miscible avec l eau et avec le cyclohexane (C 6 H ) température d ébullition La température d ébullition est liée aux types de liaisons intermoléculaires présents entre les molécules d un

3 liquide. Plus elles sont intenses plus la température d ébullition est élevée. Les liaisons hydrogènes sont beaucoup plus intenses que les liaisons de Van der Waals Dans l éthanol liquide la cohésion du liquide est du a la superposition des liaisons de Van der Waals et des liaisons hydrogène alors que dans le méthoxyméthane liquide seules les liaisons de Van der Waals existent L éthanol aura donc une température d ébullition plus élevée que le méthoxyméthane pris dans les mêmes conditions de pression. La température d ébullition de l éthanol est donc de 78 C et celle du méthoxyméthane est de - 5 C Miscibilité avec l eau. L eau est un solvant polaire. Les liquides polaires sont miscibles dans les liquides polaires (l eau peut séparer et entourer les molécules polaires) L éthanol est une molécule polaire il est donc miscible à l eau Le diméthyloxyde est polaire également voir ci- dessous ils est lui aussi miscible avec l eau. III. LUTTER EFFICACEMENT CONTRE L HUMIDITÉ EXCESSIVE DANS LA MAISON Données : - MCa = 40,0 g.mol - MCl = 35,5 g.mol - - Le chlorure de calcium anhydre est un composé ionique L absorbeur d humidité chimique (également appelé déshumidificateur) est une alternative simple et peu coûteuse à la ventilation. Il permet de diminuer l humidité liée à la condensation dans les habitations. C est un appareil autonome qui fonctionne simplement : un sachet contenant une masse m =,0 kg de chlorure de calcium anhydre CaCl (s) est placé sur une grille cette grille est située au dessus d une cuve rectangulaire dans laquelle on récupère la solution aqueuse de chlorure de calcium obtenue lorsque l air humide se trouve au contact du chlorure de calcium. Lorsque tout le solide est dissout, le volume de la solution obtenue dans la cuve est : V =,50 L. a) Calculer la quantité de matière n 0 de chlorure de calcium solide dans l eau. Rédigez. n = m "" M "" m "" =,0 kg =,0. 0 g M "" = M " +. M " M "" = 40,0 + 35,5 = g. mol,0. 0 n = = 9,90. 0 mol b) Écrire la réaction de la dissolution du chlorure de calcium anhydre dans l eau "# CaCl Ca(") + Cl () (") Compléter le tableau d avancement ci- dessous en fonction de n 0, x et x max.

4 c) Tout le solide ayant été dissous, exprimer xmax en fonction de n0. Tout le solide est dissous : la quantité finale de 𝐶𝑎𝐶𝑙 () est donc nulle 𝑛 "" = 𝑛 𝑥"# = 0 𝑚𝑜𝑙` 𝑛 = 𝑥"# ` d) En déduire la concentration molaire C en soluté (chlorure de calcium) de la solution obtenue dans la cuve. 𝑛 𝐶 "" = 𝑉"#$%&"' 𝑛 = 9,90. 0 𝑚𝑜𝑙 𝑉"#$%&"' =,50 𝐿 9,90. 0 𝐶 "" = = 6,60 𝑚𝑜𝑙. 𝐿,50 - Exprimer littéralement puis calculer la concentration molaire en ions chlorure [Cl ], puis celle en ions calcium [Ca+] dans la solution obtenue dans la cuve 𝑛" 𝐶𝑙 = 𝑉"#$%&"' or 𝑛" = 𝑥"# = 𝑛 𝑛 𝐶𝑙 = 𝑉"#$%&"' 9,90. 0 𝐶𝑙 =,50 𝐶𝑙 = 3,0. 0 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 remarque : 𝐶𝑙 = 𝐶 "" 𝑛 " 𝐶𝑎 = 𝑉"#$%&"' or 𝑛 = 𝑥"# = 𝑛 " 𝑛 𝐶𝑎 = 𝑉"#$%&"' 9,90. 0 𝐶𝑎 =,50 𝐶𝑎 = 6,60 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 remarque : 𝐶𝑎 = 𝐶 "" V - ITER - : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR 6 Données : Célérité de la lumière dans le vide : c =,998 x 08 m.s-

5 l'hydrogène. Deutérium Tritium et Hydrogène sont des des atomes ayant même numéro atomique Z= Ils sont donc isotopes et font partie du même élément chimique : l hydrogène b) À l aide des règles de Soddy déterminer la nature de la particule X produite Soit x et y respectivement le numéro atomique et le nombre de nucléons de l atome X La conservation de la charge électrique permet d écrire + =+x d où x= 0 La conservation du nombre de nucléons permet d écrire +3 =4+y d où y = 5-4= La particule émise n a pas de charge électrique mais renferme un seul nucléon ; il ne peut s agir que d un neutron D où l équation de la fusion nucléaire 𝐻 + 𝐻 𝐻𝑒 + 𝑛 c) Calculer l'énergie ΔE produite par cette réaction de fusion. 𝐸 = 𝑚. 𝑐 Où 𝑚 représente la variation de la masse du système au cours de la fusion nucléaire 𝑚 = 𝑚 𝑚 masse du système à l état final (il est constitué d un noyau d hélium 4 et d un neutron) 𝑚 = 𝑚( 𝐻𝑒) + 𝑚( 𝑛) masse du système à l état initial (il est constitué d un noyau de deutérium et d un noyau de tritium) 𝑚 = 𝑚( 𝐻) + 𝑚( 𝐻 ) 𝑚 = 𝑚( 𝐻𝑒) + 𝑚( 𝑛) 𝑚( 𝐻) + 𝑚( 𝐻 ) 𝐸 = 𝑚( 𝐻𝑒) + 𝑚( 𝑛) 𝑚( 𝐻) + 𝑚( 𝐻 ). 𝑐 " " " " 𝐸 = (6, , ) (3, , (, ) 𝐸 = 3,7. 0 𝐽 d) Commenter son signe. 𝐸 < 0 signifie que l énergie du système diminue car il perd l énergie qu il fournit au milieu extérieur au système On admettra que dans,0 g de noyaux de deutérium il y a 3,0.03 noyaux de deutérium et que dans,5 g de noyaux de tritium il y a également 3,0.03 noyaux de tritium. e) En déduire l'énergie ΔE' que l'on pourrait espérer obtenir si on réalisait la réaction de fusion de,0 g de noyaux de deutérium avec,5 g de noyaux de tritium dans le réacteur ITER. La fusion de,0 g de deutérium avec,5 g de tritium fait s assembler N= 3,0.03 de noyau de l un et de l autre produiront une énergie ΔE'= N. 𝐸 𝐸 = 𝑁. 𝐸 " 𝐸 = 3,0. 0 ( 3,7. 0 ) 𝐸 = 9,7. 0 𝐽 𝐸 = 9,7. 0 𝐽 La tonne d'équivalent pétrole (tep) est une unité d'énergie utilisée en économie. Elle sert à comparer les L'objectif du projet ITER est de démontrer la possibilité scientifique et technologique de la production d'énergie par la fusion des atomes. La réaction qui se déroule au sein d'iter est une fusion deutérium- tritium, deux isotopes de l'hydrogène dont l équation incomplète est donnée ci- dessous? 𝐻 + 𝐻 𝐻𝑒 +?𝑋 Première Partie : La réaction de fusion a) Justifier que le deutérium et le tritium sont des isotopes de énergies obtenues à partir de sources différentes. tep représente 4,.00J ( c'est à dire l'énergie libérée par

6 la combustion d'une tonne de pétrole). f) Calculer, en tep, l'énergie libérée par la fusion de,0 g de deutérium et de,5 g de tritium. 9,7. 0 E = 4,. 0 " E = 3 Tep g) Sachant que dans une centrale nucléaire classique, la fission d',0 g d'uranium libère une énergie de,8 tep, expliquer l intérêt du projet pour la production d'énergie. La comparaison de l énergie E produite par la fusion d un gramme de deutérium et l énergie produite E par la fission d un gramme d uranium se traduit par le rapport E E = 3,8 = 3 soit g de deutérium produit environ 3 fois plus d énergie que la fission d un gramme d uranium dans les centrales nucléaires classiques Deuxième partie : Source du Tritium Le deutérium est naturellement présent sur Terre alors que le tritium lui, est très rare. Il est donc obtenu à partir du lithium Li très abondant dans la croûte terrestre et les océans. Pour ce faire, un échantillon de lithium Li est bombardé par des neutrons, il se forme de l'hélium He et du tritium H Le tritium est radioactif β. h) Écrire l'équation de la réaction nucléaire permettant d'obtenir du tritium. Li + n He + H i) Écrire l'équation de la désintégration radioactive du tritium La désintégration radioactive β produit un électron H X + e + ν conservation du nombre de nucléons: 3 = a a = 3 conservation du nombre de charges: = b + 0 b = Le numéro atomique du noyau fils Z= nous indique qu il s agit d un noyau d hélium Son nombre de nucléons A=3 nous conduit à affirmer que le noyau fils produit par cette désintégration est He Dans le débat actuel sur l énergie nucléaire, certains présentent la fusion nucléaire comme une alternative écologique à l exploitation des centrales nucléaires à fission. Qu en pensez vous, argumentez en une dizaine de lignes La fusion nucléaire produit à quantité égale beaucoup plus d énergie que la fission c est l avantage principal de cette technique de production d énergie. La matière première peut être extraite de l eau de mer elle est présente en quantité considérable par rapport à l uranium fissile dont les ressources sont très limitées La fusion nucléaire nécessite des quantités d énergie considérables pour permettre le rapprochement des noyaux de deutérium et de tritium contrairement à la fission nucléaire La fusion nucléaire ne produit pas de déchets radioactifs et paraît plus respectueuse de l environnement que la fission nucléaire mais elle nécessite tout de même des noyaux de tritium très radioactifs. Elle n est donc pas totalement «propre» du point de vue de l environnement De plus ces noyaux de tritium sont produits dans des centrales à fission nucléaire ce qui rend la fusion nucléaire dépendante de la technique de la fusion nucléaires

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