DS -PHYSIQUE-CHIMIE- (durée 2h00)

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1 Lycée H. Darras ère S et ère SSi DS -PHYSIQUE-CHIMIE- (durée h00) Nom : Prénom : Attention : il sera tenu compte des chiffres significatifs dans la notation. Donne es pour tous les exercices h=6,63x0-34 J.s c=3,00x0 8 m.s -,00eV=,60x0-9 J Loi de Wien : λ max T =, avec λ max : longueur d onde principalement e mise en me tres (m) et T : tempe rature du corps en KELVIN (K). Conversion Kelvin/degré CelsiusT(K) = T( C) + 73 Numéros atomiques : H= ; C=6 ; N=7 ; O=8 ; S=6 Masse molaire de l acide carminique : 49 g.mol - Exercice : Etude d un tube fluorescent au mercure (6 points) Un tube contient du gaz mercure dans lequel sont envoyées des décharges électriques. Les atomes de mercure recoivent ainsi de l énergie. Le diagramme d énergie du mercure est représenté ci-contre.. Comment désigne-t-on le niveau le plus bas E 0 sur le diagramme énergétique. Niveau fondamental. Les atomes finissent par revenir au niveau d énergie E 0. Lors d une transition du niveau E vers le niveau E 0, l atome de mercure perd un quantum d énergie. Comment se manifeste cette perte d énergie? Emission d un photon 3. Représenter cette transition sur le diagramme énergétique du mercure. 4. Déterminer en Joule, l énergie libérée E, lors du passage du niveau d énergie E au niveau E 0. E = E E 0 = (-5,00 (-0,4) = 5,4 ev Soit E = 5,4 x,60x0-9 = 8,6 x0-9 J 5. Exprimer littéralement la longueur d onde λ du rayonnement émis en fonction de E, h et c. Calculer ensuite sa valeur. E = hν et λ = c hc donc λ = ν E Application : λ =,3x0-7 m

2 Lycée H. Darras ère S et ère SSi 6. Apre s avoir rappelé les limites, en longueurs d onde, du spectre du visible, dire dans quel domaine, ultraviolet (UV), visible ou infrarouge (IR) se situe cette radiation de longueur d onde λ. Domaine visible = entre 400 et 800 nm Ici, la longueur d onde étudiée est de l ordre de 30 nm et appartient donc au domaine UV Exercice : La lumière du Soleil (4 points) La lumie re émise par la surface chaude du Soleil (photosphe re) traverse une couche gazeuse relativement froide : la chromosphe re. Le graphe donne l intensité lumineuse de chaque radiation émise par le soleil en fonction de sa longueur d onde.. A quoi correspondent les chutes d intensité lumineuse dans le spectre solaire? Justifier. Ce sont des raies d absorptions dues aux atomes des gaz froids de la chromosphère.. Entourer le schéma qui représente cette transition énergétique? Justifier. E E En absorbant de l énergie, les atomes passent à l état excité (gain d énergie) 4. Déterminer la longueur d onde de l intensité maximum de l allure du profil spectral du soleil. λ max = 480 nm 5. En déduire la température de la surface du soleil en degré Celsius. D apre s la loi de Wien, 480x0-9 T =, D où T = 6,04 x0 3 K

3 Lycée H. Darras ère S et ère SSi Exercice 3 : Exercice : relation de conjugaison et grandissement (7 points) Une lentille mince convergente de distance focale f =0 cm est placée devant un objet de hauteur AB=3,4 cm. L image formée est renversée et vaut A B =8,5 cm.. Calculer la vergence C de la lentille. C = f = = 0 δ 0,0. Calculer le grandissement γ γ = A B AB = 8,5 =, 5 3,4 3. En déduire la valeur du rapport OA OA OA = γ =, 5 OA 4. Déterminer alors la distance OA entre la lentille et l écran Relation de conjugaison OA OA = C Or OA = OA,5 Donc OA OA,5 = C,5 = C OA OA 3,5 OA = 0 On trouve OA = 0,35 m 3

4 Lycée H. Darras ère S et ère SSi Exercice 4 : Tableau d avancement (4 points) Soit la réaction de combustion de 3,0 x0-3 moles de propane avec,0 x0-3 moles de dioxygène. C3H8 + 5 O 3 CO + 4 HO. Compléter le tableau d avancement de cette réaction (On peut compléter le tableau en millimoles pour éviter d utiliser les puissances de 0) C 3 H O 3 CO + 4 H O État initial 3,0 mmol,0 mmol 0 0 x=0 Au cours de la réaction 3,0 - x,0 5x 3x 4x x État final x max =0,4 mmol,6 mmol 0, mmol,6 mmol. Quelle est la valeur de l avancement maximal?(faire apparaitre les calculs) 3,0 x = 0,0 5x =0 x = 3,0 mmol x =0,4 mmol On choisit le plus petit donc x max = 0,4 mmol. 3. Donner la définition d un réactif limitant, et préciser quel est le réactif limitant dans cette réaction. Le réactif limitant est celui qui est entièrement consommé à l état final. Ici, c est le dioxygène. 4. Tracer la représentation graphique des quantités de matière de chaque espèce chimique du syste me en fonction de l avancement de la réaction. 3 n(mmol) C 3 H 8 O H O CO 0 x(mmol)

5 Lycée H. Darras ère S et ère SSi Exercice 5 : Une molécule odorante et une molécule colorée (4 points) Les espèces chimiques contenant l élément chimique soufre (S) ont généralement une odeur forte et désagréable. Ainsi, le sulfure d hydrogène H S a une odeur d œuf pourri.. Déterminer le nombre de liaisons covalentes que l atome de soufre va réaliser, ainsi que le nombre de doublets non liants qu il possède. Justifier. Structure électronique du soufre (Z=6) S : (K) (L) 8 (M) 6 Il veut respecter l octet, il va établir doublets liants. (6 électrons pour arriver à 8 électrons) Par conséquent, il reste doublets non-liants. Rappeler le nombre de liaisons covalentes réalisées par un atome d hydrogène. Posse de t-il des doublets non liants? Justifier. Structure électronique H : (K) L hydroge ne respecte le duet : il n établit qu une seule liaison (aucun doublet non-liant) 3. Donner la représentation de Lewis de la molécule de sulfure d hydrogène. H S H 4. En déduire la géométrie de cette molécule. Justifier La molécule est coudée en raison de la présence des doublets non-liants sur l atome de soufre. 5. L indigo est un colorant bleu/violet qui est utilisé pour teindre les jeans. Donner un exemple de groupe chromophore sur cette molécule. 6. Donner la représentation topologique de cette molécule. 5

6 Lycée H. Darras ère S et ère SSi Exercice 6 : un colorant naturel (5 points) Les bonbons TicTac portent la mention «avec couleurs naturelles» sur l étiquette. L un de ces colorants employés est le E0 aussi appelé rouge cochenille. Il est issu d insectes microscopiques broyés qui sont originaires d Amérique du sud : les cochenilles. Ces insectes sécrètent de l acide carminique de couleur rouge vif qui leur permet de se défendre contre des prédateurs. A Spectre en absorbance E0 nm Acide carminique. Quelle longueur d onde du domaine visible doit-on choisir pour effectuer précisément les mesures d absorbance en E0? Justifier Domaine visible entre 400 et 800 nm. On choisit la longueur d onde la plus absorbée pour une meilleure précision des mesures, soit environ 490 nm.. Quelle est la couleur de cette longueur d onde? Justifier L acide carminique est de couleur rouge, il absorbe la couleur complémentaire : le cyan 3. L acide carminique posse de plusieurs groupes OH à proximité d une double liaison, et ont pour effet de modifier la couleur de la molécule. Comment peut-on qualifier ces groupes? Ce sont des groupes auxochromes. 4. Un groupe d élèves dissout 8 TicTac dans 00 ml d eau puis mesure une absorbance A =,7 pour la solution obtenue. Déterminer sa concentration en acide carminique. Graphiquement, on lit C =0,44 x0-4 mol.l - A 0 Absorbance du E0 C (x0-4 mol) Calculer la quantité de matie re d acide carminique dans la solution n = CxV = 0,44 x0-4 x 0,00 = 4,4 x0-6 mol.l - 6. En déduire la masse d acide carminique dans un TicTac m = n x M = 4,4 x0-6 x 49 =,6 x0-3 g soit pour un seul TicTac,,6 x0-3 / 8 =,7 x0-4 g (soit 0,7 mg) 6