Correction : Controle N° 05 de sciences physiques en première S

Contrôle N° 05 : Avril 2000  

Énoncé et Correction

I - Nomenclature et oxydoréduction.

II - Détermination expérimentale de capacités thermiques.


 
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I- Nomenclature et oxydoréduction.

1)- Écrire les formules semi-développées des composés suivants :

a)- 2,2-diméthylbutanol

2,2-diméthylbutanol

b)- 4-méthylhexanal

4-méthylhexanal

c)- 3,3-diméthylbutanone

3,3-diméthylbutanone

d)- acide méthylpropanoïque

acide méthylpropanoïque

2)- Nommer les composés suivants :

a)- 2,2-diméthylbutanal

2,2-diméthylbutanal

b)- acide 2,2-diméthylbutanoïque

acide 2,2-diméthylbutanoïque

c)- 3-méthylbutan-2-one

3-méthylbutan-2-one

3)- équilibrer l'équation bilan suivante

    Ag (NH3)2+ (aq)   +  HO  (aq)  +  CH3CHO (aq)  →  Ag (s)  + CH3COO  (aq)  +  H2O (ℓ)  NH3  (aq)    

 

Dans un premier temps, il faut écrire les demi-équations électroniques en indiquant l'oxydant et le réducteur.

Puis en déduire l'équation bilan en indiquant clairement la méthode utilisée.

                                          (Ag (NH3)2+ (aq)  +    e  =     Ag (s)  +  2 NH3  (aq) ) x 2

                              CH3CHO (aq)  +   3 HO  (aq)   =   CH3COO  (aq) +  2  H2O (ℓ)  + 2 e  )  x 1

  2 Ag (NH3)2+ (aq) + 3 HO  (aq) +  CH3CHO (aq)  →  2 Ag (s)  +  CH3COO  (aq) + 2 H2O (ℓ) + 4 NH3  (aq)    

4)- L'analyse d'un composé organique donne le pourcentage en masse des éléments suivants :

carbone, 49 % ; hydrogène, 8,0 % ; oxygène : 43 %.

a)- Montrer que le composé chimique ne contient que les éléments carbone, oxygène et hydrogène.

b)- Déterminer la formule brute de ce composé sachant qu'il possède un groupement carboxyle et un radical alkyle.

c)- Écrire la formule semi-développée et donner le nom.

 M (C) 12 g / mol ; M (H) = 1,0 g / mol ; M (O) = 16 g / mol   

a)- Le composé ne contient que les éléments carbone, oxygène et hydrogène car :

 % C  + % O  +  % H = 49  +  43  +  8  = 100

b)- La formule de la molécule est du type : R COOH ,

R étant un radical alkyle du type ― CnH2n + 1.

On peut écrire la formule de la molécule sous la forme suivante :

CxHyO2

élément

C

H

O

Masse molaire

12 x

y

32

100

49

8

43

y = 6  et x = 3

On en déduit la formule :

CH3 CH3 COOH  acide propanoïque

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II- Détermination expérimentale de capacités thermiques.

Dans un calorimètre, on place une masse m1 d'eau.

On attend l'équilibre thermique, puis on relève la température d'équilibre θ1.

On introduit rapidement un cylindre de cuivre de masse m2 sortant d'une étuve thermostatée à la température θ2 et on attend l'équilibre thermique.

Ensuite, on relève la température d'équilibre θ3.

On recommence l'expérience en changeant la masse m1 et les températures θ1 et θ2.

1)- Définir le système et indiquer les transferts d'énergie entre les différentes parties du système.

On peut faire une représentation schématique.

 

Le système :

S = { calorimètre  +  accessoires, eau, cylindre de cuivre}

Parties du Calorimètre

Transferts d'énergie

Expressions

Calorimètres + accessoires

transfert 01

transfert 01

Eau

transfert 02

transfert 02

Cylindre de cuivre

transfert 03

transfert 03

 

 2)- Quel est le rôle du calorimètre ? Quel principe permet-il d'utiliser ?

Le calorimètre est une enceinte adiabatique qui ne permet aucun

échange de chaleur avec le milieu extérieur.

On peut considérer que le système S est un système isolé.

On utilise le principe de conservation de l’énergie d’un système isolé :

L’énergie d’un système isolé se conserve.  

3)- Appliquer ce principe et trouver l'équation calorimétrique reliant les capacités thermiques massiques c1 de l'eau, c2 du cuivre,

la capacité thermique du calorimètre Ccal et de ses accessoires, m1, m2, θ1, θ2 et θ3.

Équation calorimétrique : l’énergie d’un système isolé se conserve,

en conséquence, la somme algébrique des transferts d’énergie à

l’intérieur du système est égale à zéro :

Q cal

4)- Au cours d'une séance de travaux pratiques, on a relevé les mesures suivantes :

 

m1

m2

θ1

θ2

θ3

Première expérience

125 g

118 g

16,5 °C

88 °C

20,6 °C

Deuxième expérience

100 g

118 g

20 °C

75 °C

23,7 °C

a)- Écrire littéralement puis numériquement les deux équations reliant c2 la capacité thermique massique du cuivre

et Ccal  capacité thermique du calorimètre.

C cal

Après calcul :

C Cal

 b)- En déduire les valeurs de c2 et  Ccal.

On doit résoudre un système d’équations

du premier degré à deux inconnues :

C Cal

Par combinaison linéaire :

c2 = 343 J / kg / °C

 

C Cal = 143 J / °C

c)- Comparer ces deux résultats avec la valeur ccuivre = c2 = 380 J / kg / °C et la valeur  Ccal  = 160 J / °C.

- Donnée :

R étant un radical alkyle du type ― CnH2n + 1.

c1 = 4180 J / kg / °C.

Calcul d’erreur :

erreur : sur c2 : 9,7 % et sur Ccal  : 10,6 %

Les résultats sont bien médiocres.

Il faut utiliser une masse plus importante

d’eau pour obtenir une plus grande précision.


 

 

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