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Correction |
Physique et Chimie |
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I- Oxydoréduction et cinétique chimique.
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1)- Définir les termes et expressions suivantes : oxydant, réducteur, oxydation, réduction et réaction
d’oxydoréduction. -
Définitions : -
Oxydant : espèce chimique qui gagne un ou plusieurs électrons -
Réducteur : espèce chimique qui perd un ou plusieurs électrons -
Oxydation :
perte d’électrons -
Réduction : gain d’électrons. -
réaction
d’oxydoréduction : transfert d’électrons. 2)- Demi-équations : il ne faut pas
faire les choses à moitié. - Équilibrer les demi-équations d’oxydoréduction des couples oxydant / réducteur suivants (le cas échéant, on supposera être en milieu acide).
-
Demi-équations électroniques :
3)-
Facteurs cinétiques. On réalise l’oxydation des ions iodure I – (aq) (du couple I2 (aq) / I – (aq)) par les ions peroxodisulfate S2O8
2– (aq) (du couple S2O8
2– (aq) / SO4 2–
(aq)) a)- Écrire l’équation de la
réaction d’oxydoréduction correspondante. -
Équation de la réaction d’oxydoréduction :
b)- Donner le tableau
d’avancement de la réaction. |
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Tableau
d’avancement : |
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Équation |
S2O8
2–
(aq)
+ |
2
I – (aq)
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= |
I2
(aq) |
+ 2 SO4 2– (aq) |
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état |
Avanc. x
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État
initial |
0 |
n0
(S2
O8
2–)
= 1,0
x 10 – 7 |
n0
(I –)
= 2,0
x10 – 4 |
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0 |
0 |
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Au
cours de
la
Trans. |
x |
n0
(S2
O8
2–)
– x |
n0
(I –) – 2 x |
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x |
2 x |
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Avanc.
final. |
xf |
n0
(S2
O8 2–) – xf |
n0
(I
–) – 2 xf
|
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xf |
2 xf |
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Avanc.
max. |
xmax |
n0
(S2O8
2–) – xmax |
n0
(I
–) – 2 xmax
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xmax |
2 xmax |
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c)- Par quelles techniques
peut-on suivre l’évolution de cette réaction ? -
Les techniques pour suivre l’évolution de cette réaction : - Technique chimique : on dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium en présence d’empois d’amidon (indicateur de fin de réaction de dosage). -
Pour arrêter la réaction à une date donnée, on réalise la trempe. -
Elle désigne le refroidissement brutal d’un milieu réactionnel
pour le rendre
cinétiquement inerte. -
Technique physique : on utilise un
spectrophotomètre pour suivre l’évolution
de la réaction. -
On mesure l’absorbance du mélange réactionnel en fonction du temps. -
La loi de Beer-Lambert permet de connaître les variations de la
concentration en diiode au cours du temps. d)- On donne les concentrations initiales : [I –]0 =2,0 x 10 – 3 mol / L et [S2O8 2–]0 =1,0 x 10 – 3 mmol / L. Le volume du mélange réactionnel
lors de l’expérience est V = 100 mL. Déterminer la valeur de l’avancement
maximal xmax de la réaction. -
Quantité de matière initiale en ions iodure :
-
n0 (I
–) = [I –]0 . V ≈ 2,0
x 10 – 3
x 0,100
-
n0 (I
–) ≈ 2,0 x 10 – 4
mol -
Quantité de matière d’ions peroxodisulfate :
-
n0 (S2
O8
2–) = [S2
O8 2–]0
. V ≈ 1,0 x 10
– 6 x 0,100
-
n0 (S2
O8
2–)
≈ 1,0 x 10
– 7 mol -
Avancement maximal : un raisonnement possible !!!
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Pour déterminer l’intensité de la pesanteur g
d’une planète, un astronautesuspend une bille de masse m = 60,0 g à l’extrémité d’un fil métallique de longueur L = 1,60 m et de masse linéique μ = 0,30 g
/ m (masse par unité de longueur). À l’aide d’un dispositif électronique, l’astronaute mesure la durée τ = 80,0 ms mise, par une impulsion transversale, pour
parcourir le fil dans le sens de sa longueur. 1)- Que signifie le mot transversal ? Quelles sont les
caractéristiques de l’onde obtenue ? - Le
mot transversal et les caractéristiques de l’onde obtenue. - Transversal : - La
direction temporaire de la déformation est perpendiculaire à la direction de
propagation de l’onde. - On
est en présence d’une onde mécanique progressive transversale. - la
direction de déplacement temporaire de la matière et la direction de propagation de
l'onde sont perpendiculaires. - On parle aussi d'ondes de cisaillement. -
Elles vibrent perpendiculairement à leur
direction de propagation (cas de
la corde) 2)- La célérité v de propagation de l’onde obéit
à la relation :
a)- Quelle grandeur
caractérise l’inertie du milieu ? Justifier la réponse à l’aidede la formule. -
inertie du milieu. - L’inertie
d’un milieu ou d’un système représente la résistance que ce milieu
ou ce système oppose
lorsqu’on cherche à le mettre en mouvement. - L’inertie
du milieu est caractérisée par μ la
masse par unité de longueur de la corde. - Quand
l’inertie augmente, la vitesse de propagation de l’onde diminue. - Ceci
est en accord avec la relation car la masse linéique
μ intervient au dénominateur de la
relation. - La
vitesse est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse linéique
μ. b)- Quelle grandeur caractérise la rigidité du milieu ? Justifier la réponse à l’aide de la formule. - rigidité
du milieu. - La
rigidité d’un milieu représente la
résistance que ce milieu oppose lorsqu’on cherche à
le déformer. - La
rigidité du milieu est caractérisée par T,
tension de la corde. - Quand
la rigidité augmente, la vitesse augmente aussi. - Ceci est en accord avec la relation car T intervient au numérateur de la relation. - La vitesse est proportionnelle à la racine
carrée de la tension T. - La
vitesse est proportionnelle à la racine carrée de la tension
T.. c)- Vérifier l’homogénéité de
la formule en admettant que la tension T ddu fil est égale au poids P
de la bille. -
homogénéité de la
formule en admettant que la tension T
du fil est égale au poids
P de la bille. -
- La
relation
d)- Calculer la valeur de la
vitesse v de l’onde. - vitesse
v de l’onde. -
3)- Calculer l’intensité de la pesanteur g au
lieu de l’expérience en supposant la masse du fil négligeable devant celle de la
bille. -
Intensité de la pesanteur. -
4)- Quelle valeur de τ l’astronaute aurait-il
obtenu avec un fil 4 fois plus court mais de même masse linéique ? - valeur
de τ l’astronaute aurait-il obtenu avec un fil 4 fois plus court
mais de même masse linéique. - La
célérité de l’onde ne change pas car la tension et la masse linéique
restent les mêmes. - Comme
la longueur de la corde est divisée par quatre, la durée du parcours
l’est aussi : -
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III- La corde et le stroboscope.
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Un vibreur provoque une onde périodique sinusoïdale transversale, de fréquence f = 200 Hz, qui se propage le long d’une corde à la vitesse v = 40,0 m / s. Il n’y a pas d’onde réfléchie. On observe le phénomène à l’aide d’un stroboscope. On néglige les frottements. 1)- Définir et calculer la période spatiale de l’onde. - La période spatiale est
la longueur d’onde λ.
-
C’est la distance parcourue par l’onde par
période.
2)- Quelles sont les fréquences fe des
éclairs qui provoquent l’immobilité apparente de la corde ? Représenter alors ce que l’on observe en précisant les
grandeurs caractéristiques. - Pour observer l’immobilité apparente de la corde, - l’onde doit parcourir un nombre entier
de longueur d’onde entre deux éclairs. - L’onde doit parcourir 1 λ, 2 λ, 3 λ ….. - La fréquence des éclairs sera 200 Hz,
100 Hz, 50 Hz …. (Il ne faut pas utiliser une fréquence
inférieure ou égale à 10 Hz car à cette fréquence, l’œil sépare les
éclairs). - Schéma :
3)- La fréquence des éclairs du stroboscope est fe
= 198 Hz. a)- Calculer la distance
parcourue par l’onde entre deux éclairs consécutifs. - distance
parcourue par l’onde entre deux éclairs consécutifs. -
b)- De quelle distance
apparente d, un observateur voit-il progresser cette onde entre deux
éclairs consécutifs ?
-
distance
apparente d parcourue par cette onde
entre deux éclairs consécutifs. - Entre
deux éclairs, l’onde parcourt réellement la distance
d1. - Or
λ < d1
< 2 λ - L’œil
semble voir progresser l’onde de la distance : c)- En déduire la
célérité apparente de l’onde. - célérité
apparente de l’onde. -
En conséquence, entre eux éclairs, l’onde semble parcourir la distance
d.
- La
durée entre deux éclairs est Te.
-
- On
observe la propagation d’une onde au ralenti le long de la corde. - La
perturbation s’éloigne de la source. - On
observe ‘’apparemment’’ une onde progressive au ralenti. 4)- Décrire qualitativement l’observation si la
fréquence des éclairs est égale à 202 Hz. - Entre
deux éclairs, l’onde parcourt moins d’une longueur d’onde. - On
observe la propagation d’une perturbation le long de la corde. - La
perturbation se déplace vers la source. - On
observe ‘’apparemment’’ une onde régressive au ralenti. |
