BAC 2008 PONDICHERY CHIMIE

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1 BC 28 PONDICHERY CHIMIE. Verrerie nécessaire pour une dilution de facteur : Un becher et une pipette jaugé de ml pour le prélèvement d ela solution mère Une fiole jaugée de L pour la solution fille.2.. Schéma légendé Solution titrante Burette graduée ph mètre Solution S Turbulent gitateur magnétique.2.2. Réaction de titrage NH 3(aq) + H 3 O + = NH H 2 O.2.3.a) équivalence L'équivalence correspond à la valeur extrême de dph/dt, soit V eq = 4 ml.2.3.b) l'équivalence, les quantités de matière de NH 3 et H 3 O + mises en présence sont égales : C.V S = C a V eq C = C a V eq /V S C =,5. 4/2 C =,5 mol/l

2 La concentration de la solution S est donc C = x C (dilution de facteur ) C =,5 mol/l 5% près, nous retrouvons la valeur de l'énoncé : [C réel - C calculé ]/C réel = (, -,5)/, =,46 = 4,6%.2.4 Repérage de l'équivalence par indicateur coloré On constate qu'à l'équivalence (autour de 4 ml), le ph est proche de 5. Le réactif le plus pertinent est donc le rouge de méthyle (sa zone de virage, de 4,2 à 6,2 correspond bien à la chute brutale du ph à l'équivalence)..3..a Constante d'équilibre La constante d'équilibre associée à la dissociation de l'ammoniac est K = [NH 4 + ][HO - ]/[NH 3 ] K = ( [NH 4 + ]/[NH 3 ]). [HO - ] K = ( [NH 4 + ]/[NH 3 ]). ([H 3 O + ]/[H 3 O + ]). [HO - ] = ( [NH 4 + ]/[NH 3 ][H 3 O + ]).[HO - ][H 3 O + ]) K = K e /K 2 K = -4/ -9,2 K =,58E-5 =, a) Equation Etat Initial vancement O NH 3 n + + H 2 O = NH 4 + HO - HO - Quantité de matière (mol) Excès -7 Equivalence x eq n - x eq Excès x eq x eq -7 + x eq nota : la dernière colonne est une variante de l'avant dernière. On prendra toujours, à l'état initial, pour l'eau pure,, car -7 est généralement négligeable devant les concentrations en présence.3.2.b La quantité de matière n ci-dessus se calcule à partir de la concentration C s apportée et du volume U S de la solution : n = U S.C s. On peut exprimer K à partir des quantité de matière lues dans le tableau et de U S. K = [NH + 4 ][HO - ]/[NH 3 ] = (x eq /U S ). (x eq /U S ) /((n - x eq )/U S ) K = x 2 eq/(c S - x eq /U S ).U S ) Si on néglige x eq /U S devant C S, on obtient K = x 2 eq/c S.U S.3.2.c) On déduit de ce qui précède : X eq = (K. C S.U S ),5 X eq = (, ,.),5 X eq = 4,7E-4 = 4,7. -4 mol

3 X eq /U S = 4,7. -4 mol/l est effectivmnt négligeable devant C S (,. -2 mol/l).3.3.a) σ = λ NH4+ [NH 4 +] + λ HO -.[HO - ] (on néglige H 3 O + ) σ = λ NH4+ X eq /U S + λ HO -.X eq /U S X eq /U S = σ.(λ NH4+ + λ HO -) X eq /U S = 8,52-3 /( ,4. -4 ) X eq /U S = 3,3E- mol/l X eq /U S = 3,3. - mol/l Les concentrations [NH + 4 ] et [HO - ] sont égales à 3,3. - mol/l. On constate que la concentration initiale [HO - ] = -7 mol/l est effectivement négligeable devant la concentration finale..3.3 b) La concentration [H 3 O + ] se déduit de la concentration [HO - ] par la relation K e = [H 3 O + ]. [HO - ] [H 3 O + ] = K e / [HO - ] H 3 O + ] = -4 /3,3. - = 3,9E-4 [H 3 O + ] = 3,9. -4 ph = 3,5 Ce ph et un peu fort par rapport au ph mesuré. Le ph mètre était peut-être mal étalonné. PHYSIQUE 2.. Définitions Deux isotopes sont deux noyaux possédant même numéron atomique (même nombre de protons) mais un nombre de masse différent (nombre de neutrons différent). La fission nucléaire est la réalisation de plusieurs noyaux à partir d'un noyau plus lourd. La demi-vie d'un élément radioactif est le temps nécessaire pour que son activité radioactive soit divisée par deux. C'est aussi le temps nécessaire pour que la moitié des atomes de cet éléments se soient désintégrés Le neutron n possède un nucléon, mais aucune charge électrique. la particule β- possède une charge électrique négative mais aucun nucléon. L'élément X possède nucléons, dont protons. Il possède donc - neutrons U + n n Pu y. β - Conservation du nombre de nucléons : n = 6. Conservation des charges : y = U + 6 n Pu β a) Lors de la réaction, la variation de masse est m = m( Cs ) + m( Y ) + 3 m( n ) - m( Pu ) - m( n )

4 m = m( Cs ) + m( Y ) + 2 m( n ) - m( Pu) en unités de masse atomique, avec les valeurs de l'énoncé : m = 4, , x,866-24,54 m = -,2936 u La variation de masse est négative : l'ensemble a perdu de la masse, cette masse s'est transformée en une énergie E F E F = m.c 2. Il nous est dit que la perte d'une unité de masse atomique correspond à une énergie de 93,494 MeV, donc E = - 93,4494 x,296 E FG = - 273,4735 MeV 2.2.b) On constate que pour un neutron entraînant la fission du plutonium; il y a 3 neutrons de produits. chaque réaction nucléaire a donc une assez forte probabilité pour provoquer au moins une nouvelle réaction. D'où la notion de réaction en chaîne Lors de la désintégration du plutonium par rayonnement, la variation de masse est 24 m = m( m 95 ) + m( β - 24 ) - m( Pu ) 94 m = 24,457 +,55-24,54 m = -,2 u La variation de masse est négative : l'ensemble a perdu de la masse, cette masse s'est transformée en une énergie E D E D = - 93,4494 x,2 E D = -, MeV 2.2.3a) E F /E D = 468 E F est environ 5 fois plus élevée que E D b) Les niveaux d'énergie mis en jeu lors de l'interaction entre nucléons sont beaucoup plus important que ceux mis en jeu par les interactions entre neutrons et électrons. Ceci justifie les appelations d'interaction «forte» ou «faible». 2.3 La désintégration radioactive suit une loi exponentielle inverse : N/N = e -λ t, où λ est la constante radioactive et t est le temps écoulé depuis l'instant où N = N. pour l'instant t 4 = 9 ans, proche de la demi vie (N/N =,62), on peut calculer λ : λ = -ln(,62) / t 4 λ = 5,3E-2 Comme λ t /2 = ln(2), t /2 = ln2/λ t /2 =,6E- La demi-vie du plutonium 24 est donc de 6 ans environ. β- Questions posées par les élèves en cours de test : «on n'a jamais fait ça» Si. Tout ce qui figure dans ces deux exercices a été fait en cours, en exercice, parfois en TP. «le schéma, on le fait à la règle?» Un schéma oit être propre et clair. Si on est doué pour le dessin, on peut mle faire à man levée. Dans le cas contraire, il faut le faire à la main «L'acide, c'est pas NH 3, c'est NH 4 +» Oui. Mais dans l'énoncé, on vous dit qu'on réalise le titrage avec l'acide chlorhydrique. cide + base 2 = cide 2 + base... = acide chlorhydrique, 2 = ammoniac donc base 2 = NH3 et acide 2 = NH 4 +. on n'a besoin de rien d'autre pour traiter la question

5 .2.2 «est-ce qu'on peut utiliser ce schéma» Pour le bac, vous ne pouvez rendre que les feuilles explicitemnt prévues. Si on vous invite à rendre un graphe sur lequel vous avez fait une construction, OK? Dans le cas contraire, c'est interdit. «c'est quoi K2» Lisez l'énoncé! C'est écrit : pk 2 = constante du couple NH 4 + (aq) /NH 3(aq) «C'est quoi K e» Lisez l'énoncé! C'est écrit : Produit ionique de l'eau, etc... «quand on nous demande nb de protons etc, on le met sous cette forme là? ( X )» «ça veut dire quoi expliciter?» Là, je regroupe les deux questions : On vous demande d'expliciter X, donc de dire nombre de protons et de neutrons. Rien ne vous interdit de répondre d'abord à «expliciter X», et ceci étant fait, utiliser la notation pour répondre à la question précédente. Vous pouvez aussi répondre comme dans mon corrigé.