DS N 2 ( 15 Novembre 2012)

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1 Première VIS Pour JM Podvin DS N 2 ( 15 Novembre 2012) Nom : Prénom : En cette nuit d été du 14 Juillet, JST a cassé sa tirelire pour se rendre à Paris avec sa dulcinée. En bons citoyens, ils assistent à la manifestation se déroulant à l occasion de la fête nationale sur la place de la Concorde. Là un problème technique va transformer le drapeau Français en drapeau Belge, à vous d expliquer ce phénomène. Ex 1 : Problèmes de Drapeau. (Compétences : Raisonner argumenter) 1) Les couleurs primaires sont le vert, le rouge et le Bleu. 2) schéma 3) Ce sont des couleurs complémentaires car leur somme donne du blanc 4) Il suffit d avoir 3 faisceaux, avec un faisceau vert plus fin que les deux autres au milieu. A Gauche Bleu Au centre : B+V+R = Blanc A droite Rouge 5) Le spot bleu est en panne, et il reste l éclairage rouge et vert A gauche : noir Au centre V+R = Jaune A droite Rouge

2 A La soirée a été longue, et JST pour ne pas se coucher avec une haleine de poney, se rince les dents avec une solution bleutée d Alodont L Alodont est une solution de bain de bouche de couleur bleue, cette couleur est due à l ajout dans celle-ci, d un colorant, le bleu patenté (E 131), on se propose de vérifier la concentration de celle-ci dans le bain de bouche. Ex.2. Solution pour bain de bouche (Compétences : tracer, exploiter un graphe et raisonner) Un spectrophotomètre réglé sur la longueur d'onde 640 nm permet de mesurer l'absorbance d'une solution en bleu patente. Les valeurs de la concentration C et de l'absorbance A des solutions sont indiquées dans le tableau suivant: 1,2 1,6 1µ mol = mol. 1) Tracer sur le papier millimétré fourni en annexe, le graphique A = f(c) C en abscisse et A en ordonnée. Echelle conseillée, feuille en format paysage : 1 cm : 0,1 µ mol.l -1 1 cm : 0,02 (pour l absorbance) 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 A = f ( C ) A = 0,158 C + 0, ,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5-0,05 c en µmol/l 2) Les mesures permettent-elles de vérifier la loi de Beer-Lambert? Oui car la courbe est une droite. 3) Calculer le coefficient directeur de la droite obtenue. Préciser son unité. La valeur est donnée par Excel k = 0,158 (A = k x C) Sinon si on choisit une valeur du tableau (exemple : S5 k = 0,319/2 = 0,159 L/µmol) On mesure l absorbance de la solution d Alodont, elle vaut 0,126 dans les mêmes conditions de réglage du spectrophotomètre. 4) Déterminer la concentration C A en bleu patenté de la solution d Alodont. a) Graphiquement. (On est proche de 0,75 µmol/l, ; sur du papier millimétré, la précision doit être meilleure) b) Par le calcul. (C = A/ k = 0,126 / 0,159 = 0,79 µmol/l 5) Le spectre d absorption d une solution de bleu patenté est donné ci-dessous.

3 a) Justifier le choix de la longueur d onde de réglage du spectrophotomètre pour cette étude. On choisit cette valeur car dans ce cas l absorption est maximale b) Quelle est approximativement la couleur correspondant à cette longueur d onde? Il s agit du rouge c) Que peut-on dire de la couleur du bleu patenté et de la couleur du b)? Elles doivent être complémentaires Une petite soif saisit notre ami JST, et il se fait un diabolo menthe avant de se laver les dents. Son sirop de Menthe pas très bio contient lui aussi une série de colorants dont le fameux bleu patenté. 6) Le sirop de menthe contient du bleu patenté à la concentration molaire C = 7,4 µmol.l -1. Pourquoi faut-il diluer le sirop pour vérifier la concentration en bleu patenté à partir de la courbe d étalonnage tracée précédemment? Car sinon, on n est pas sur la courbe d étalonnage, on s arrête à 2 µmol/l 7) Montrer qu une dilution par 5 (facteur de dilution de 5) ferait l affaire. 7,4 / 5 = 1,48 µmol/l donc le résultat est inférieur à 2 µmol/l, il sera sur la courbe d étalonnage 8) On dispose d une fiole jaugée de 100 ml, quel est le volume de la pipette jaugée à utiliser pour réaliser le prélèvement? Il faut diluer la concentration par 5 ( f d = 5) V mp = Vf/5 = 100 ml/5 = 20 ml 9) Quelle absorbance devrait-on environ obtenir pour cette solution diluée? A = k x C A = 0,159 x 1,48 = 0,24 10) Une chromatographie du sirop de menthe a aussi été réalisée par des anciens élèves de notre ami JST Tirer au moins deux informations de ce chromatogramme en justifiant celles-ci. Le sirop donne deux taches, donc il contient deux colorants. Une tache est à la même hauteur que celle du Bleu patenté, donc le sirop contient bien ce colorant. Le lendemain, le Soleil ne brillant pas sur la capitale, et histoire de ne pas rester tout pâle, JST décida de faire quelques «UV» pour avoir un joli teint halé. Il se rendit dans un solarium exposer son corps aux rayons «dangereux» des lampes à mercure.

4 Exercice III : La Lampe à Mercure. (Compétences : lire un graphique ; effectuer un calcul ; raisonner et argumenter) Donnée N 1 : spectre d émission dans le visible d une lampe à mercure Données N 2 : Quelques niveaux d énergie de l atome de mercure. -3,75 E Données 3 : 1 ev = 1, J h = 6, J.s c = 3, m.s -1 1) Que représentent : a) Le niveau d énergie E 0? (Le niveau fondamental stable) b) Les niveaux d énergie E 1, E 2, E 3 et E 4? ( Les niveaux excités) 2) a) Quelle est en électronvolt, la plus petite énergie que peut absorber l atome de mercure initialement pris dans l état E 0? Dans ce cas il va monter sur l état juste au-dessus soit E 1 La plus petite énergie est E = E 1 E 0 = 4,67 ev c) Convertir cette énergie en Joule. E = 4,67 x 1, = 7, J d) En déduire la longueur d onde dans le vide de la radiation correspondante. on en tire soit 266 nm e) S agit-il de la plus grande ou de la plus petite longueur d onde des radiations que peut absorber l atome de mercure initialement dans son état d énergie E 0? Si l atome monte sur un niveau supérieur, E sera plus grand, comme est au dénominateur, sera donc encore plus petit f) Déduire dans quel domaine va être émis le photon si, l atome redescend d un état E i vers l état E 0. Justifier alors l emploi de lampe à mercure dans ce genre d institut. Dans tous les cas, nous aurons des photons qui se trouvent dans l UV

5 3) Calculer l énergie en joule, puis en ev d un photon de longueur = 615 nm, correspondant à la raie rouge du spectre visible du mercure. 4) Quelle est la transition correspondant à l émission de ce photon. Le passage de E 4 à E 1-5,77 + 3,75 = -2,02 = 2,02 ev Lors de son retour tardif dans le Nord, JST s arrête en pleine campagne loin des feux de la ville et de l autoroute et au-dessus de lui, il peut contempler un grand nombre d étoiles. Parmi celles-ci, deux retiennent son attention, l une est Bleue l autre est orange rouge.. Exercice IV : La Belle couleur des étoiles (Compétences : Lire un schéma, Calculer) Betelgeuse Vous avez ci-contre 3 spectres de trois étoiles, Bételgeuse, le Soleil et Rigel. Attention les longueurs d onde sont en Angstrœm ( 1 Angstrœm = m) max = 753 nm Soleil max = 475 nm 5) L étoile n est pas tout à fait un corps noir, et ne respecte pas la loi 1) Pour chacune indiquer approximativement la longueur d onde d intensité maximale. (Voir Schéma) 2) Formuler la loi de Wien pour un corps Noir. max. T = 2, ) En assimilant les étoiles à des «corps noirs», estimer la température de surface de chacune des étoiles. max T Couleur 753 3,85E+03 Rouge 475 6,11E+03 Jaune 390 7,44E+03 Bleue Les couleurs correspondent à la partie du spectre visible émise avec la plus grande intensité, avec des petits bémols dus à l addition de ces couleurs sur la rétine 4) L une des étoiles est une géante rouge, l autre une géante bleue, et la dernière un étoile Jaune. Attribuer ces couleurs aux trois étoiles en justifiant votre propos. (voir ci-dessus) 5) En réalité la température de surface de Rigel est d environ K, proposer une explication, pour justifier la différence avec la valeur trouvée à la question 3.

6 Rigel max = 390nm Arrivé près de chez lui, JST tombe sur un chauffard qui le percute, mais plus de peur que de mal, il n y a qu un peu de tôle froissée. Les gendarmes passant par-là font souffler les deux conducteurs dans un éthylotest. JST sobre comme un chameau s en sort bien, mais l autre conducteur finit la nuit au poste pour conduite en état d ivresse. Vous allez calculer la quantité minimale de dichromate de potassium à oxyder pour que le conducteur soit positif. Exercice 5 : Quand le passage au vert est mauvais signe. (Effectuer un calcul et raisonner) L éthylotest jetable est l instrument le plus répandu qui sert à évaluer à tout moment le taux d alcool chez une personne. Il est pratique, facile à ranger et permet de faire un autocontrôle rapide afin qu on puisse prendre la bonne décision de prendre le volant ou non. Comment fonctionne l éthylotest jetable? L éthylotest jetable est un appareil chimique à usage unique et qui n a pas besoin d une source d énergie pour pouvoir fonctionner. Il est constitué d une embouchure, d un tube réactif contenant du dichromate de potassium (K 2 Cr 2 O 7 ) de couleur orange et d un sachet plastique gonflable d une capacité de 1 litre. Le principe de fonctionnement est simple. L éthylotest chimique permet de mesurer l alcoolémie en milligramme pour chaque litre d air expiré. Quand la personne boit, l alcool (éthanol) arrive jusque dans son intestin grêle après environ une trentaine de minutes et passera ensuite dans son sang. Il y aura en conséquence de l éthanol dans son sang qui va passer jusque dans l air de ses poumons. Lorsqu elle souffle dans l éthylotest, l éthanol (CH 3 CH 2 OH) sera oxydé par les substances qui se trouvent à l intérieur du tube réactif. Comme le taux d alcool autorisé par la législation est de 0,24 mg/litre d air expiré, une fois ce taux dépassé, la couleur de l éthylotest chimique vire de l orange au vert. Cette couleur change proportionnellement en fonction du taux d alcool qui se trouve dans l air expiré et quand elle atteint le trait au niveau du tube, cela signifie que le seuil autorisé pour pouvoir conduire a été déjà atteint. 1) Le taux maximum d alcool autorisé dans le sang en France pour la conduite automobile est de 0,5 g d éthanol par litre de sang, on considère que lors des échanges pulmonaires entre l air et le sang environ 1/2100 eme de cet alcool passe dans l air expiré. Cette donnée est-elle compatible avec les indications présentes dans le texte.

7 Compatibilité 0,5 g/2100 = 2, g soit 0,238 mg ou 0,24 g par litre d air c est bien ce qui est annoncé dans le texte. 2) Montrer que quantité n i d alcool en mol présente dans un litre d air expiré, si le conducteur est juste à la limite permise par la loi, est de 5, mol. ni = m/m M(CH 3 CH 2 OH) = 2 x x = 46 g.mol -1 ni = 5, mol 3) On donne l équation de la transformation entre l alcool et le dichromate. (les ions SO 4 2- n ont pas été indiqués) 3 CH 3 CH 2 OH + K 2 Cr 2 O H + aq 3 B + 2 Cr 3+ aq + 7 H 2 O + 2 K + aq Donner la formule brute du compose B B = C 2 H 4 O Tableau simplifié : 3 CH 3 CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 date Avancement n(ch 3 CH 2 OH) n(k 2 Cr 2 O 7 ) t = 0 x = 0 5, n i t x 5, x n i - x t final xmax = 5, /3 = 1, , x max = 0 n i x max 4) A l aide d un tableau d avancement, calculer la quantité de dichromate qui va réagir avec cette quantité d éthanol. Voir ci-dessus. La quantité de dichromate consommé correspond à x max = 1, mol 5) Calculer la masse de dichromate de potassium oxydée dans ce cas. m (K 2 Cr 2 O 7 ) = n x M = 1, x (2 x39,1 + 2 x x 16) = 5, g Données : Cr 3+ est vert. Elément H C O K Cr M (g/mol) 1, ,1 52