Devoir surveillé N 1 SECONDE 7 (14/10/2013) SCIENCES-PHYSIQUES Pour JM Podvin Sans documents Calculatrices Autorisées Durée : 2heures Remarques : Bien lire le sujet avant de commencer car les parties à traiter sont relativement indépendantes. Soignez votre travail. Soyez clair et précis. Ne recopiez pas les questions! Barème indicatif : compter 1 pt par question Il existe au Lycée Saint-Jacques une personne très originale dont vous aurez tout au long de ce devoir à trouver le nom =)! Mais qui est-ce? Indice n 1 : cette personne s est déjà trouvée déshydratée à cause d une pratique sportive trop intensive. Mais qui est-ce donc? Pour cela, en arrivant à l hôpital, on a décidé de lui injecter une perfusion de glucose. Il existe des solutions commerciales étiquetées à 20% de glucose, ce qui signifie que pour 100g de solution, on y a introduit 20g de glucose. 1. Décrire ce qu est une solution aqueuse. Une solution aqueuse est une solution dont le solvant est l eau 2. Donner la définition de la masse volumique. La masse volumique d un corps est le rapport de la masse de celui-ci sur son volume. 3. Donner une définition de la concentration massique avec les unités. La concentration massique d un soluté dans une solution est égale à la masse de soluté divisée par le volume de la solution Cm = m V 4. Quelle est la concentration massique C m d une solution de glucose à 20%? (On considérera que la masse d un litre de solution préparée sera de 1kg) Le glucose est à 20 %, ce qui fait que la masse de glucose est de 200 g pour 1000 g de solution. Les 1000 g de solution correspondent à un litre de solution. Cm = m = 200 = 200g/L V 1 5. Quelle masse de glucose doit être pesée pour préparer dans l eau 200mL de solution à 20% en glucose? m = Cm x V = 200 x 0,2 = 40 g.l -1 6. Donner la liste du matériel nécessaire à la réalisation de cette solution Il faut une balance, une coupelle de pesée, une spatule, une fiole jaugée de 200 ml 7. Donner le protocole de réalisation à l aide de schémas et d explications claires et précises.
On pose la coupelle de pesée sur la balance, on tare la balance. On ajoute 40,0 g de glucose. On verse le sucre dans la fiole, on ajoute de l eau distillée dans la fiole, on homogénéise la solution. 8. Comment s appelle cette opération? Il s agit d une dissolution Qui est-ce donc? Indice n 2: Cette personne a déjà eu recours à des boissons énergisantes à cause d une pratique sportive trop intensive. Mais qui est-ce donc? Le problème est que la solution énergisante qu elle utilise est trop concentrée en éléments énergisants. Cette personne se doit donc de diminuer la concentration de sa boisson par 2. La personne dispose de 500 ml de boisson concentrée. Elle désire fabriquer 200 ml de sa nouvelle solution. La concentration massique de l élément énergisant dans la solution concentrée est de 100 g/l. 9. Comment s appelle l opération qui consiste à diminuer la concentration d une solution? Une dilution 10. Quel est le facteur de dilution? F = 2 11. Quelle sera la concentration massique de la nouvelle solution? Cm 0 / Cm 1 = 2 Donc Cm 1 = Cm 0 /2 = 50g.L -1 12. Quel volume de solution concentrée faudra-t-il prélever pour fabriquer la nouvelle solution? F = Vf/Vm donc Vm = Vf/2 = 200/2 = 100 ml 13. Quelle verrerie utiliser? Une fiole de 100 ml pour la solution mère, et une fiole de 200 ml pour la solution fille. Analyse de la solution préparée. On veut vérifier si la solution préparée contient bien tous les ions nécessaires à une parfaite réhydratation de notre sportif, pour cela on réalise une série de tests. Pour cela on met 2 ml de la solution préparée dans 5 tubes à essais différents. Tube 1 : On ajoute quelques gouttes d hydroxyde, il se forme un précipité blanc. Tube 2 : On ajoute quelques gouttes d acide picrique, il se forme des paillettes jaunes. Tube 3 : L ajout de quelques gouttes d oxalate d ammonium donne un précipité blanc. Tube 4 : Il se forme un précipité blanc qui noircit à la lumière après l ajout de quelques gouttes de nitrate d argent. Tube 5 : Il se forme un précipité de blanc de sulfate de baryum après l ajout de quelques gouttes de chlorure de baryum. 14. Peut-on déduire à coup sûr l ion testé dans le test du tube 1? Justifier votre propos. Non car il y a 4 ions qui donnent un précipité blanc avec l hydroxyde
15. Quels sont les ions présents dans la solution hydratante, mis en évidence par les tests de 2 à 5? Dans le tube 2, on a mis en évidence l ion K +. Dans le tube 3, on a mis en évidence l ion Ca 2+ Dans le tube 4, l ion chlorure, et dans le tube 5 l ion sulfate. 16. Sur la boite qui a servi à faire la solution, on trouve les composés suivants : Sulfate de Magnésium : MgSO 4 Sulfate de Calcium : CaSO 4 Chlorure de Calcium : CaCl 2 Chlorure : NaCl Chlorure de potassium :KCl Indiquer les formules brutes des quatre derniers composés. 17. Ces composés sont-ils en accord avec les résultats des tests effectués. Justifier. Oui car les ions du 15 se retrouvent dans les composés du 16 Dans le cœur de la matière. Les noyaux de quelques atomes présents dans la solution sont représentés dans le tableau ci-dessous. Compléter les lignes vierges du tableau. Noyau 1 2 3 4 5 6 7 8 N Symbole 16 35 H Ca Cl 1 1 8 O 41 39 20 19K 17Cl 37 25 23 17 12Mg 11Na Elément Nombre de Protons Nombre de neutrons hydrogène oxygène Calcium Potassium Chlore Chlore Magnésium Sodium 1 8 20 19 17 17 12 11 0 8 21 20 18 20 13 12 18. Comment peut-on qualifier les deux noyaux 5 et 6? Ce sont des isotopes car ils ont le même nombre de protons, mais un nombre différents de neutrons 19. Combien d électrons entourent respectivement les atomes des noyaux N 1 et 2? Le nombre d électrons dans un atome est le même que le nombre de protons, car l atome est électriquement neutre 20. Dans quelle molécule présente dans la solution trouve-t-on ces deux atomes? Dans la molécule d eau (H 2 0) 21. Parmi les ions présents dans la solution, on trouve des ions Ca 2+, K +, Cl -, Na +, Mg 2+, indiquer le nombre d électrons que comportent chacun de ces ions. Ca : 20 e-, donc l ion Ca 2+ possède 2 e- de moins soit 18 e- K : 19 e-, donc l ion K + possède un électron de moins soit 18 e- Cl: 17 e-, donc l ion Cl - possède un électron de plus soit 18 e- Na : 11 e-, donc l ion Na + possède un électron de moins soit 10 e- Mg : 12 e-, donc l ion Mg 2+ possède 2 électrons de moins soit 10 e- 22. Donner alors la structure électronique de ces 4 ions (composition des couches K,L,M). Pour les 3 premiers. K 2, L 8,M 8. K 2, L 8.
23. Que remarquez-vous? Les couches périphériques de ces ions contiennent toutes 8 e-. Indice N 4 : Pour terminer notre sportif, pour se rendre dans sa salle de sport, où il va faire sautiller un public de jolies jeunes filles, veut reteinter son Teeshirt rose qui a pali au lavage. Pour cela il fait des essais en réalisant une échelle de Teinte à partir d un colorant de cette couleur et de l eau. Il part d une solution mère à 0,1 g de colorant par litre et il dilue de moitié à chaque fois, la solution précédente. 25) Peux-tu l aider à compléter le tableau suivant Solution 0 1 2 3 4 5 Concentration 0,1 0,5 0,025 0,0125 0,00625 0,003125 massique en colorant Facteur de 1 2 4 8 16 32 dilution Volume Total 50 50 50 50 50 50 Préparé en ml Volume de solution mère utilisé 50 25 12,5 6,25 3,12 1,56 26. L industriel pour teinter son tissu avait mis 50 g de teinture dans une cuve de 2000L, quel est le tube qui doit permettre à notre athlète de retrouver la bonne teinte? Cm = 50/2000 = 0,025 g/l soit la solution N 2 27. Mais qui est donc notre brillant athlète? Laurent Béclin, biensur.
Tableau de tests ioniques Ion à caractériser Aspect initial ion réactif produit réactif observation ion sulfate SO 2-4 ion chlorure Cl - ion potassium K + incolore ion baryum Ba 2+ Chlorure de baryum Ba 2+ 2Cl sulfate de baryum de incolore incolore ion argent Ag + ion calcium Ca 2+ incolore ion oxalate C 2 O 2 4 ion cuivre II Cu 2+ bleu ion hydroxyde OH nitrate d'argent acide picrique oxalate d'ammonium hydroxyde Ag + NO 3 C 2 O 2 4 2NH + 4 de chlorure d'argent aiguilles jaunes d'oxalate de calcium précipité BLEU d'hydroxyde de cuivre ion fer II Fe 2+ vert ion hydroxyde OH hydroxyde OH - ion fer III Fe 3+ rouille ion hydroxyde OH hydroxyde ion aluminium incolore ion hydroxyde OH hydroxyde Al 3+ ion zinc Zn 2+ incolore ion hydroxyde OH hydroxyde ion Calcium incolore ion hydroxyde OH hydroxyde Ca 2+ ion Magnésium Mg 2+ incolore ion hydroxyde OH hydroxyde ion Sodium Na + incolore Test de la flamme précipité VERT d'hydroxyde de fer II précipité ROUILLE d'hydroxyde de fer III d'hydroxyde d'aluminium d'hydroxyde de zinc d'hydroxyde de Calcium d'hydroxyde de Magnésium Flamme orangée.