PARTIE A : L'EAU, UN SOLVANT BIEN PARTICULIER [10 POINTS]

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1 DEVOIR COMMUN DE PHYSIQUE-CHIMIE, ÈRE S, MAI 203 CORRECTION PARTIE A : L'EAU, UN SOLVANT BIEN PARTICULIER [0 POINTS] 4 "" = point A. Qu'est-ce que l'eau? 2 A.. H : (Z = ) : K ; O : (Z = 8) : K 2 L 6 A..2 A..3 A..4 H : doublet liant. O : 2 doublets liants et 2 non liants. Les 2 doublets non liants occupent plus de place que les doublets liants. La molécule, au lieu d'adopter une géométrie linéaire, est plutôt en V. (Dessin de la molécule H2O en V) Les électronégativités des atomes H et O étant différentes, les liaisons O H sont polarisées. O H H La molécule d'eau est donc une molécule polaire. A.2 Première expérience avec le sel de cuisine 0 A.2. A.2.2 F e = k q q 2 = k e e =8, x, =2, N 2 F g = G m m 2 = G m Na m Cl =6,674.0 x 22,9 x, x 35,4 x, =, N A.2.3 La cohésion du cristal est assurée par les forces électromagnétiques. A.2.4 Il y a d'abord dissociation du cristal, puis hydratation (solvatation) des ions et enfin dispersion de ceux-ci dans la solution. A.3 Deuxième expérience avec les alcools 0 p A.3. C'est une molécule organique comportant un groupe hydroxyle OH. / 5

2 A.3.2 propan-2-ol : topologique : heptan--ol : topologique : A.3.3 Ce sont les interactions de Van der Waals et les liaisons hydrogène avec les molécules d'eau. Dans un alcool à chaîne très longue, il y a une partie hydrophobe, la chaîne, et une partie hydrophile, le groupe OH. Si la partie hydrophobe est très longue, l'alcool n'est plus miscible dans l'eau. A.4 Troisième expérience avec les alginates 8 A.4. Ce sont des interactions électromagnétiques. A.4.2 A.4.3 A.4.4 L'eauest un solvant polaire, donc le cristal ionique va être facilement dissocié puis les ions hydratés. L'ion calcium porte une charge 2+, ce qui va lui permettre de "raccrocher" deux groupes O - d'alginates. Les ponts réalisés par les ions Ca 2+ font que les structures obtenues occupent beaucoup de place dans l'espace, empêchant les molécules d'eau de pénétrer entre les ponts pour dissocier le cristal. PARTIE B : SOLEIL ET ATMOSPHÈRE TERRESTRE [0 POINTS] 5 "" = point B. Fonctionnement du Soleil 2 B.. B..2 B..3 B..4 B..5 B..6 2 H 3 H 4 2 He 0 n Charge électrique et nombre de nucléons sont conservés. Deux isotopes ont même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. Dans la réaction étudiée, 2 H et 3 H sont isotopes. m = -0,089 u = -3, kg La réaction est exothermique car m < 0. E libérée = 2, J = 7,6 0 6 ev soit 7,6 MeV. Ce résultat est cohérent avec celui du document (4,+3,5=7,6 MeV). Il faut deux noyaux d hydrogène pour produire du deutérium et trois pour produire du tritium : H H 2 H 0 e et H H H 3 H 2 0 e Quantité d hydrogène disponible initialement ; 0 % de, kg, soit, kg. Cette masse sera épuisée en 3,3 0 7 s soit 0,5 milliards d années. Le Soleil en est donc à la moitié de sa vie. B.2 Phénomènes de luminescence de l'atmosphère [3 points] 5 2 / 5

3 B.2. B.2.2 B.2.3 B.2.4 L ionisation d un atome correspond à un gain ou une perte d électrons. L ion créé par l action des rayons EUV sur l oxygène est l ion O +. Les photons EUV ont une plus petite longueur d onde, soit une plus grande fréquence, c est-à-dire une plus grande énergie, que les photons visibles. À cause de leur très grande énergie, les rayons EUV sont dangereux pour la vie. Ceci sont stoppés par l atmosphère. Un photon de longueur d onde 0 nm a une énergie de, J, soit 24 ev ce qui est largement suffisant pour ioniser un atome d oxygène. Un photon de longueur d onde 00 nm a une énergie dix fois plus faible, soit 2,4 ev, ce qui est insuffisant pour ioniser l oxygène. = h c E Entre les niveaux 2 et 0 : E = 4,7 ev = 6, J ; = 2, m =298 nm [UV] Entre les niveaux 2 et : E = 2,20 ev = 3, J ; = 5, m =565 nm [raie verte] Entre les niveaux et 0 : E =,97 ev = 3,5 0 9 J ; = 6,3 0-7 m =63 nm [raie rouge] s Ionisation s : B.3 Effet de serre [2,5 points] 4 B.3. B.3.2 B.3.3 B.3.4 Sur le document, max = 0,5 m 2, T= Ce qui donne une température de 5800 K max Pour la Terre : T = 288 K, soit max =,0 0-5 m = 0, m [IR] (ou 0034 nm) Du fait de leurs longueurs d onde, les rayonnements issus du Soleil traversent majoritairement l atmosphère terrestre. La Terre rayonne aussi mais à de plus petites longueurs d onde, qui sont elles principalement absorbées par l atmosphère. Sans atmosphère l énergie émise par la Terre serait entièrement perdue et sa température serait plus basse, entre -50 et -8 C. Le gaz rejeté par les activités humaines qui a des répercussions sur l effet de serre est le dioxyde de carbone (et dans une moindre mesure le méthane). Ce gaz est rejeté par la plupart des combustions, notamment des combustibles fossiles (gaz, charbon, pétrole). Type : PARTIE C : DOSAGE COLORIMÉTRIQUE DE L ALUMINIUM [0 POINTS] 5 "" = point C. Préparation de la solution-mère [3 points] 28 C.. Le chlorure d aluminium est un solide ionique donc c est une liaison ionique qui est cassée lors de sa dissolution dans l eau. 3 / 5

4 C..2 Le tableau d avancement de la réaction est le suivant : AlCl 3 s 3+ Al (aq) + 3Cl (aq) initial intermé diaire final Avancement x=0 n 0 (AlCl 3 ) x=0 x=0 0 x x max n 0 (AlCl 3 ) x x 3 x x=x max n 0 AlCl 3 x max x max 3 x max Tableau : tableau d avancement de la dissolution du chlorure d aluminium (III) dans l eau. C..3 Si la dissolution est totale, il n y a pas de réactif limitant, d autant plus qu il n y a qu un seul réactif ici. Ce dernier est totalement consommé lors de la transformation chimique donc n AlCl 3 =n 0 AlCl 3 x max =0. D après le tableau d avancement, les quantités de produits à l état final (après dissolution) sont : n Al 3 =x max =n 0 AlCl 3 et n Cl =3 x max =3 n 0 AlCl 3 M(AlCl3) = x 35,5 = 33,5 g.mol - m,087 solution mère : c= n V = M V = 33,5 =8, mol.l donc c0 = 8, mol.l - (S0) d'où : n(alcl3) = 0 mol ; n(al 3+ ) = 8, mol ; n(cl - ) = 2, mol. C..4 La concentration C en soluté apporté est donnée par la formule : C= n 0(AlCl 3 ), n 0 (AlCl 3 ) étant la quantité apportée en soluté. C..5 Sachant que n 0 (AlCl 3 )= m(alcl 3) M (AlCl 3 ), on obtient C= m AlCl 3 M AlCl 3 =,087 x 33,5=8, mol.l D après le tableau d avancement, les concentrations en ions dissous sont : en ion aluminium (III) [Al 3+ ]= n(al3+ ) = n (AlCl ) 0 3 =C ; en ion chlorure [Cl ]= n(cl ) = 3n 0 (AlCl 3 ) =3C. (S0) Formule Formule Justificati on détaillée C.2 Dosage de l aluminium [3 points] 2 C.2. Le rôle de la solution S est de faire le blanc car elle contient toutes les espèces chimiques de la solution sauf l ion aluminium qui forme une espèce chimique colorée avec l'aluminon. 4 / 5

5 C.2.2 Les points du graphe C.7 étant à peu près alignés, on peut supposer que cette solution vérifie la loi de Beer-Lambert. Tracer manuellement sur le sujet la droite passant au plus près des points. C.2.3 Par lecture graphique on trouve [Al 3 ]=0,06 mol L soit une concentration massique : T =[ Al 3 ] M Al =0,42mg L =4,2 0 2 g L D après la limite donnée dans le document C.2, cette eau n est pas potable. Lecture Réponse C.3 Retour sur la physique de l absorption [2,5 points] 0 C.3. C.3.2 C.3.3 L'aluminon absorbe la lumière dans le visible à cause de ses nombreuses liaisons conjuguées. D après le document C.4, l'aluminon combiné à l aluminium absorbe principalement dans l ultraviolet mais aussi dans le visible, dans le bleu et le violet. Il laisse donc passer les lumières rouge et verte donc sera jaune (rose en réalité). L atome d aluminium a pour numéro électronique 3, donc sa formule électronique est : K 2 L 8 M 3. En perdant trois électrons, il devient l ion aluminium (III) de formule électronique K 2 L 8, dont la couche électronique externe est remplie donc cet ion est stable. 5 / 5