Cohésion de la matière (8 points)

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1 DEVOIR SURVEILLE N 6 PHYSIQUE-CHIMIE Première Scientifique DURÉE DE L ÉPREUVE : 2h00 L usage d'une calculatrice EST autorisé Exercice 1 Cohésion de la matière (8 points) 1

2 Exercice 2 Dissolution et concentration (6 points) Une solution de phosphate d ammonium peut être versée comme produit ignifugeant sur les végétaux pour lutter contre les incendies de forêt. La solution est obtenue par dissolution d une masse ms = 6,5.104 g de phosphate d ammonium dans V = 1000 L. Données : ion ammonium NH 4 + ion phosphate PO 4 3- M(NH4+) = 18 g.mol-1 M(PO43-) = 95 g.mol-1 1) Justifiez la formule du solide cristallin (NH4) 3 PO 4 2) Écrivez l équation de dissolution du phosphate d ammonium (n oubliez pas les états physiques). 3) Exprimez et calculez la quantité de matière à dissoudre dans le volume V. 4) Exprimez et calculez la concentration molaire de la solution. 5) Complétez le tableau d avancement ci-joint. En déduire la valeur de l avancement maximal. 6) Donnez et justifiez les relations entre les concentrations en ions et celle en soluté. Exercice 3 Les solides moléculaires (8 points) A- TEMPERATURES D EBULLITION DE QUELQUES MOLECULES Espèce chimique T ébullition ( C) Espèce chimique T ébullition ( C) Groupe 4A Groupe 5A CH 4 SiH 4 GeH 4 SnH 4 NH 3 PH 3 AsH 3 SbH 3-161, , ,4-87, Groupe 6A Groupe 7A H 2 O H 2 S H 2 Se H 2 Te HF HCl HBr HI ,7-41, , ,5 Questions : 1) De quel paramètre dépend la température d ébullition des molécules du groupe 4A? 2) Cette propriété est-elle vérifiée pour les autres groupes? Y a-t-il des exceptions? 3) Que peut-on en déduire? 2

3 B- LA LIAISON HYDROGENE La liaison hydrogène est la plus forte des liaisons intermoléculaires (10 à 235 kj/mol). C est un cas particulier des interactions de Van der Waals. Elle se manifeste uniquement entre une molécule qui comporte un atome d hydrogène lié à un atome X petit et très électronégatif (N, O ou F) et un autre atome, Y, possédant un doublet non liant (F, O ou N) : Questions : En recopiant les molécules ci-dessus, représenter les charges partielles. Faire figurer les doublets non liants sur les atomes d oxygène et d azote. Enfin, à l aide de la définition de la liaison hydrogène, la représenter symboliquement par des pointillés entre les atomes concernés. C- SOLUBILITE DE L ASPIRINE L acide ortho-hydroxybenzoïque (acide salicylique) est moins soluble dans l eau que ses deux isomères méta et para. Expliquez cette observation à l aide des liaisons hydrogènes. HO O H O O OH O OH acide ortho-hydroxybenzoïque OH acide méta-hydroxybenzoïque OH acide para-hydroxybenzoïque 3

4 D- SOLUBILITE DE L ACIDE BENZOIQUE L acide benzoïque est un conservateur qui figure dans de nombreuses boissons sans alcool, comme les sodas. Son code européen est E210. La formule de l acide benzoïque est C 6 H 5 COOH ou encore CO 2 H Données : - l acide benzoïque est un solide blanc à température ordinaire. - masse molaire de l acide benzoïque : M = 122 g.mol -1 - pk A du couple acide benzoïque / ion benzoate : pk A (C 6 H 5 COOH / C 6 H 5 COO - ) = 4,2 Espèce chimique - masses volumiques : ρ (toluène) = 0,867 g/cm 3 et ρ (eau) = 1,000 g/cm 3. - le toluène et l eau ne sont pas miscibles. - l acide phosphorique et l acide citrique sont solubles dans l eau. Extraction de l acide benzoïque Solubilité dans l eau (g/l) Solubilité dans le toluène (g/l) Acide benzoïque 3,4 110 Ion benzoate 400 insoluble Acide phosphorique très bonne insoluble Acide citrique très bonne insoluble On souhaite connaître la quantité d acide benzoïque présente dans une boisson au cola. En dehors de l acide benzoïque, la boisson contient également de l acide phosphorique et de l acide citrique, ainsi que de l eau. Il s agit donc de séparer l acide benzoïque, que l on souhaite titrer, des autres acides. Dans un bécher on place un volume V = 100 ml de boisson et on laisse sous agitation magnétique pendant une heure afin d éliminer le dioxyde de carbone dissous. On ajoute alors environ 100 ml de toluène dans le bécher. On verse ensuite le mélange dans une ampoule à décanter. 1. Représenter l ampoule à décanter après agitation en précisant et en justifiant la position et la composition de chaque phase. 2. On élimine la phase aqueuse. On ajoute un excès de solution aqueuse d hydroxyde de sodium dans l ampoule à décanter contenant la phase organique puis on agite. L acide benzoïque se retrouve de nouveau dans la phase aqueuse. Expliquer quel est l intérêt de retrouver l acide benzoïque en phase aqueuse. 4

5 Exercice 4 : Nomenclature en chimie organique (5points) Compléter le tableau suivant Formule semi développée CH 3 CH 3 CH 2 -CH 2 CH CH 2 OH Nom acide-3-methyl-2-méthylhexanoïque CH 3 CH CH CHO CH 3 --CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 -CH 2 -CH-CH-CO-CH-CH 3 CH 2 -CH 3 CH 2 -CH 3 CH 3 CH 3 -C-CH 2 --CHOH-CH 3 CH 3 5

6 Exercice 5: Energie de changement d état (3 points) La médecine nucléaire consiste à introduire des substances radioactives à l intérieur d un organisme vivant à des fins de diagnostic et de thérapeutique. L histoire de la médecine nucléaire est étroitement liée à celle de la physique nucléaire. Dès 1903 fut reconnue l action bénéfique des rayons du radium pour le traitement des tumeurs cancéreuses : c était la naissance de la radiothérapie. Mais c est principalement la découverte de la radioactivité artificielle en 1934 par Irène et Frédéric Joliot-Curie qui a mis à la disposition des médecins et des biologistes une grande variété d isotopes radioactifs conduisant à l établissement de diagnostics précis. Actuellement, le technétium 99 est très utilisé en médecine nucléaire car il présente les avantages suivants : - sa durée de vie est courte et réduit l irradiation du patient tout en étant compatible avec la durée de l examen ; - il peut être associé à de nombreuses molécules, ce qui permet l étude de nombreux organes ; - il est moins coûteux que d autres isotopes radioactifs ; - et enfin il peut être facilement mis à la disposition des médecins. Données : Noyau Symbole Particule ou noyau Masse en u technétium 97 technétium 99 molybdène 96 molybdène 99 deutérium 97 Tc 99 Tc 96 Mo 99 Mo 2 H molybdène 99 technétium 99 proton neutron électron 98, , , , ,00055 Unité de masse atomique 1 u = 1, kg Célérité de la lumière dans le vide c = 3, m.s -1 Électronvolt 1 ev = 1, J Énergie de masse de l unité de masse E = 931,5 MeV atomique Production actuelle du technétium 99 Actuellement pour fabriquer du technétium 99, il existe des générateurs molybdène / technétium à l intérieur desquels le molybdène 99 se désintègre en technétium Écrire l équation de la désintégration du molybdène 99. De quel type de radioactivité s agit-il? 2. Calculer en joules et en MeV l énergie libérée lors de la désintégration d un noyau de molybdène 99. 6

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