UE3B ED4. ph et équilibres acido-basiques en solution aqueuse

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1 UE3B ED4 ph et équilibres acidobasiques en solution aqueuse Exercice 1 On considère les 2 couples acide/base (faibles) mettant en jeu l ion HCO 3 : (H 2 CO 3 / HCO 3 ) et (HCO 3 / CO 3 2 ). On donne: pk a (H 2 CO 3 / HCO 3 ) = 6,4 et pk a (HCO 3 / CO 3 2 ) = 10,3 Question 1 On considère une eau minérale contenant de l acide carbonique H 2 CO 3 dû à une faible dissolution de dioxyde de carbone CO 2. A L ion HCO 3 est une espèce amphotère. B Dans cette eau minérale de ph = 7, l espèce prédominante est l ion HCO 3. C Dans cette eau minérale de ph = 7, l espèce prédominante est l ion CO 3 2. D L acide du couple (HCO 3 / CO 3 2 ) est plus faible que celui du couple (H 2 CO 3 / HCO 3 ). E La base du couple (H 2 CO 3 / HCO 3 ) est plus forte que celle du couple (HCO 3 / CO 3 2 ). Question 2 Soit une solution de carbonate de sodium (Na 2 CO 3 ) de concentration c = 0,1 mol.l 1. A Le ph de cette solution est compris entre 3 et 4. B Le ph de cette solution est compris entre 5 et 6. C Le ph de cette solution est compris entre 9 et 10. D Le ph de cette solution est compris entre 11 et 12. E Le ph de cette solution est égal à 13. Potentiel électrochimique : Exercice 2 L eau oxygénée H 2 O 2 (peroxyde d hydrogène) peut avoir le comportement d un oxydant ou d un réducteur. Les ions Fe 2+ participent à 2 couples redox: (Fe 2+ /Fe) et (Fe 3+ / Fe 2+ ). On donne les valeurs du potentiel standard E des couples redox suivants : Couple redox H 2 O 2 / H 2 O O 2 / H 2 O 2 Fe 2+ / Fe Fe 3+ / Fe 2+ E 0 (V) 1,77 0,695 0,447 0,77 A L oxydation des ions Fe 2+ en ions Fe 3+ par H 2 O 2 est possible de façon spontanée. B La réduction des ions Fe 2+ en Fe par l eau oxygénée est possible de façon spontanée. C L eau oxygénée ne réagit pas de façon spontanée avec les ions Fe 3+. D En milieu acide, la demiéquation du couple redox (O 2 /H 2 O 2 ) est : O H e H 2 O 2 E Le potentiel standard du couple redox (O 2 /H 2 O 2 ) ne dépend pas du ph

2 Exercice 3 Le potentiel d une lame de cuivre plongée dans une solution de nitrate cuivrique Cu(NO 3 ) 2 est de 0,31 V. On donne E (Cu 2+ /Cu) = 0,34 V Quelle est la concentration molaire de cette solution de nitrate cuivrique? Cocher la réponse la plus proche: A 10 mol.l 1 B 1 mol.l 1 C 10 1 mol.l 1 D mol.l 1 E 10 2 mol.l 1 Mécanique des fluides Formulaire : 1 Equation de Bernoulli P + v 2 + g z = Cte 2 Loi de Poiseuille Q = Nombre de Reynolds R E ΔP. 8r 4 Δl 2 vr On prendra : = 3 et g = 10 m.s 2 Pour l eau : = 10 3 Pa.s et = 10 3 kg.m 3 Exercice 4 : principe de la presse hydraulique On considère 2 pistons coulissant sans frottements dans 2 cylindres communicants (1) et (2) de sections S 1 = 5 cm 2 et S 2 = 500 cm 2. Le liquide contenu dans ces 2 cylindres est incompressible. Une masse de 2 kg est disposée sur le piston p(1). A La pression exercée sur le piston p(1) est de 4 Pa B La pression exercée sur le piston p(1) est de Pa C La pression exercée sur le piston p(1) est de Pa D L intensité de la force exercée par le fluide sur le piston p(2) est de 2000 N E L intensité de la force exercée par le fluide sur le piston p(2) est de N

3 Exercice 5 Une huile, liquide visqueux, s écoule dans un tube horizontal (voir schéma cidessous). L h P 1 P 2 Le tube horizontal a 8,0 mm de diamètre et comporte deux tubes manométriques verticaux situés à L = 60 cm l'un de l'autre. Le débit dans le tube est égal à 4, m 3.s 1. La différence de niveau de l'huile dans les deux tubes verticaux est alors Δh = 30 cm. La masse volumique de l'huile est de 900 kg/m 3. On suppose que l'écoulement est de type laminaire. A La perte de charge du liquide entre les 2 manomètres est de Pa B La perte de charge du liquide entre les 2 manomètres est de 2700 Pa C La viscosité de l huile est de 3,6 poiseuilles D La viscosité de l huile est de 0,1 Pa.s E Le régime d écoulement de ce liquide est laminaire. Exercice 6 On considère une artère présentant un rétrécissement. Les 3 portions 1,2 et 3 sont de même longueur, égale à 10 cm. Le rayon de la portion 2 est égal à la moitié du rayon des portions 1 et 3. x 1 = x 2 = x 3 = 10 cm r 1 = r 3 = 2 r 2 x 1 x 2 x 3 Question 1 Le sang est assimilé à un liquide parfait, incompressible et en mouvement permanent: A v 1 > v 2 B v 2 = 4.v 1 C P 1 > P 2 D P 3 < P 1 E L écoulement peut être turbulent dans la portion 2.

4 Question 2 Le sang est maintenant considéré comme un fluide visqueux en écoulement laminaire. A La résistance à l écoulement de la portion 1 est 2 fois plus grande que celle de la portion 2. B La résistance à l écoulement de la portion 2 est 16 fois plus grande que celle de la portion 3. C La chute de pression P 2 sur la portion 2 est égale à la chute de pression P 1 sur la portion 1. D La chute de pression P 2 sur la portion 2 est égale à la chute de pression P 1 sur la portion 1 multipliée par 16. E La chute de pression P 3 sur la portion 3 est égale à la chute de pression P 1 sur la portion 1. Exercice 7 Une artériole se divise en 3 capillaires de même longueur (voir schéma cidessous). La section de chaque capillaire est égale la moitié de la section de l artériole. Le débit est constant. Soient v la vitesse d écoulement du sang dans l artériole et v cap celle dans chaque capillaire. A v cap = 3.v B v cap = v 3 C v cap = 3.v 2 D v cap = 2.v 3 E v cap = v

5 Exercice 8 Pour prévenir les conséquences d une occlusion de l artère par développement du dépôt d athérome (infarctus), on réalise un pontage (3) à l aide d un segment de veine de même calibre que l artère (1). On considèrera, comme simplification, que le rétrécissement est uniforme sur toute la longueur du segment (2) (section S 2 ). Le débit Q 1 est permanent. Soient R 2 et R 3 sont les résistances hydrauliques des segments (2) et (3). A Si R 2 = 2.R 3, la perte de charge en (2) est 2 fois plus importante qu en (3). B Si R 2 = 2.R 3 alors Q 3 = Q 2 2 C Si R 2 = 2.R 3 alors Q3 Q1 3 D Si R 2 = R 3 on aura v(2) = v(3) E Si R 2 = R 3 on aura v(2) > v(3) Exercice 9 On considère une artère (1) présentant un rétrécissement (2) dû à une plaque d athérome. Cette artère de divise en 2 artérioles (3) et (4), de même longueur et de rayons tels que r 4 = 2 r 3. Le sang, incompressible, est en écoulement permanent dans les vaisseaux aux parois supposées rigides. On donne : Section des artères : S 1 = 2 cm 2 et S 2 = 0,4 cm 2 Vitesse moyenne d écoulement du sang dans l artère (1) : v 1 = 20 cm.s 1 Masse volumique du sang : = 10 3 kg.m 3 Question 1 Le sang est considéré ici comme un fluide parfait. A propos des vitesses d écoulement v et des pressions hydrostatiques P dans les différentes sections : A v 2 = 80 cm.s 1 B v 2 = 1 m.s 1 C P 2 > P 1 D P 1 P 2 = 480 Pa E P 2 P 1 = 300 Pa

6 Question 2 Le sang est maintenant considéré comme un fluide visqueux newtonien. A propos des débits Q dans les différentes sections : A Q 1 = m 3.s 1 B Q 2 = m 3.s 1 C Q 1 = Q 3 + Q 4 D Q 4 = 2.Q 3 E Q 4 = 16.Q 3 Question 3 Nature de l écoulement du sang, fluide visqueux newtonien A Si l écoulement est laminaire en (1), il l est aussi en (2). B Si l écoulement est laminaire en (2), il l est aussi en (1). C La nature de l écoulement ne dépend pas des dimensions de l artère. D La loi de Poiseuille est applicable si le régime d écoulement est turbulent. E Si l écoulement est laminaire le profil des vitesses est parabolique. Exercice 10 Une artère horizontale présente un rétrécissement. On considérera que le débit aortique est constant au cours du temps. Dans cette artère l écoulement est toujours laminaire dans la portion (1) non rétrécie et toujours turbulent dans la portion(2) rétrécie. Si r 1 = 10 mm, alors le rayon r 2 sera : A inférieur à 3 mm B inférieur à 2 mm C égal à 5 mm D supérieur à 3 mm E supérieur à 5 mm Exercice 11 On considère une artériole qui se subdivise en 16 capillaires, de même longueur (l c ) et de même rayon (r c ), selon un réseau parallèle. La longueur de l artériole (l a ) est égale à celle de chacun des capillaires et son rayon r a = 2.r c Soient R a la résistance à l écoulement (hydraulique) de l artériole et R Tc la résistance à l écoulement de l ensemble des capillaires. A R a = 16/ R Tc B R a = R Tc /16 C R a = R Tc D R a = 16.R Tc E Aucune des réponses cidessus

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