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Énoncé

Contrôle N° 01 bis   2 h

La chimie au fil du temps

La pesanteur.

Le retard à l'oscilloscope.

Le saut à la corde.

   


 

I- La chimie au fil du temps.

1)- Demi-équations  électroniques :  

a)- Couple Ag + (aq) / Ag (s).

Ag + (aq) +   e    =    Ag (s)

b)- Couple ClO  (aq) / Cl 2 (aq) .

2 ClO (aq) +   4 H +(aq)  +  2 e   =   Cl2 (aq) +  2 H2O (ℓ)

c)- Couple C6H6O6 (aq) / C6H8O6 (aq).

C6H6O6 (aq) + 2 H +(aq) + 2 e –    = C6H8O6 (aq)

d)- Couple O2 (aq) / H2O (aq).

O2 (aq) + 4 H +(aq) + 4 e –   2 H2O (ℓ)

 

2)- Facteurs cinétiques.

a)- Réaction d’oxydoréduction :  

-    Il est préférable pour éviter certaines erreurs

d’utiliser les demi-équations électroniques :  

      S2O82– (aq)  2 e –    =    2 SO42– (aq)

                       I (aq)    =  I2 (aq)  2 e –     

S2O82– (aq)  I (aq)    =    2 SO42– (aq)   +   I2 (aq)

b)- Les techniques que l’on peut utiliser :

-    Une technique chimique : le dosage iodométrique.

-    On dose le diiode formé avec une solution titrée de thiosulfate de sodium.

-    Comme indicateur de fin de réaction, on utilise l’empois d’amidon.

-    Pour arrêter la réaction a une date donnée, on utilise la trempe

qui consiste à refroidir brutalement le mélange réactionnel.

-    Une technique physique : le suivi spectrophotométrique.

-    Le diiode en solution aqueuse donne une solution colorée.

On mesure l’absorbance A de la solution au cours du temps.

-    Grâce à la loi de Beer-Lambert (A = ε . C = k . C) ,

on peut en déduire les variations de la concentration en diiode au

cours du temps.

c)- Les facteurs cinétiques mis en évidence sont :

-    La concentration des réactifs et la température.

-    Expériences 1 et 3 : Les concentrations des réactifs sont les mêmes,

la température change :

-    θ1  = 20 ° C et : θ3  = 35 ° C

-    Observons les différentes courbes : [ I2] = f (t)

-   La courbe (1)  se trouve au-dessous de la courbe (3)

-   Pour une même durée ou à chaque instant, [I2 ]1 < [I2]3.

-   En conséquence, l’avancement temporel de la réaction augmente avec

la température et la vitesse de la réaction augmente avec la température θ

-   La température est un facteur cinétique.

-   Expériences 1 et 2 :  La température θ  est la même,

mais les concentrations des réactifs ont été doublées.  

-   Observons les différentes courbes [ I2] = f (t) :  

-   La courbe (1)  se trouve au-dessous de la courbe (2)

-   Pour une même durée ou à chaque instant, [I2]1 < [I2]2.

-  En conséquence, l’avancement temporel de la réaction

augmente avec la concentration des réactifs et la vitesse

de la réaction augmente avec la concentration des réactifs. 

-  La concentration des réactifs est un facteur cinétique.

 d)- Tableau d’avancement de la réaction  

Équation

S2O82 (aq)

+ 2 I (aq)

I2 (aq)

+ 2 SO42 (aq)

état

Avanc.

x (mol)

 

 

 

n t (I 2)

 

État initial (mol)

0

n0 (S2O82 )

n0 (I )

 

0

0

Au cours

Trans.

x (t)

n0 (S2O82) – x

n0 (I ) – 2 x

x

2 x

Av. max (mol)

xmax

n0 (S2O82) – xmax

n0 (I ) – 2 xmax

 

xmax

2 xmax

-  Quantités de matières des réactifs à l’instant initial :

-  Quantité de matière de diiode :  

-  n0 (I ) = n0 [I ]0 . V ≈ 20 x 0,100

-  n0 (I ) ≈ 2,0 mmol

-  Quantité de matière d’ions peroxodisulfate :  

-  n0 (S2O82) = n0 [I ]0 . V ≈ 10 x 0,100

-  n0 (S2O82) ≈ 1,0 mmol

-  Avancement maximal :

l’avancement maximal de la réaction est atteint

si l’un aux moins des réactifs a totalement disparu.

-  Il faut résoudre le système d’inéquations :

2,0 – 2 x ≥ 0

 

 

 

Et

=>

0 ≤ x (t) ≤ 1,0

avec x (t) en mmol

1,0 –  x ≥ 0

 

 

 

En conséquence : x max = 1,0 mmol

-  Concentration en diiode correspondante :

- 

e)-  Définition  et calcul de la vitesse :

-  Définition :

La vitesse volumique de réaction v(t) à la date t, est la dérivée

par rapport au temps,

-  Du rapport entre l’avancement x de la réaction et le volume V

du milieu réactionnel.

- 

-  Lorsque l’on travaille à volume constant, on obtient la relation suivante :

-  Remarque : La relation :  n’est valable que lorsque l’on travaille

à volume constant.

-  Pour déterminer la valeur de la vitesse de réaction,

on trace la tangente à la courbe [ I2] = f (t), car

- 

-  En conséquence :

-   .

-  La valeur du coefficient directeur a  de la tangente T donne

la valeur de la vitesse à l’instant considéré à l'instant t.

- 

-  On trace la tangente à la courbe [ I2] = f (t) relative à

l’expérience (4) au temps t = 20 min.

Tracé

-  Δt ≈ 30 min et Δ[I2] ≈ 8,0 x 10 – 3 mol / L

-         

 

II- La pesanteur.

1)- Le terme transversal :

-    Le terme transversal indique que la déformation temporaire

de la perturbation a une direction perpendiculaire à la

direction de  propagation de l’onde.

-    On est en présence d’une onde mécanique progressive et transversale.

2)-  

a)- L’inertie du milieu :

-    L’inertie du milieu est caractérisée par la masse linéique μ du

fil métallique.

-    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.

-    Plus l’inertie du milieu est grande et plus la célérité de l’onde

se propageant dans ce milieu est faible.

-    Ceci est bien en accord avec la formule proposée car la masse linéique μ

du fil métallique intervient au dénominateur :

b)- La rigidité du milieu :

-    La rigidité du milieu est caractérisée par la tension T du fil.

-    La rigidité d’un milieu représente la résistance que ce milieu oppose

lorsqu’on cherche à le déformer. 

-    Plus le milieu est rigide et plus grande est sa célérité.

-    Ceci est bien en accord avec la formule proposée car la tension T du

fil métallique intervient au numérateur :

c)- Homogénéité de la formule :

-   Homogénéité de la formule :

-   Notations : on considère que :

-   [P] représente la grandeur physique poids

-   et (N) représente l’unité de la grandeur physique.

-   L’expression [P] = (N) signifie que le poids d’un objet s’exprime

en newton N.

-   Sur le même exemple, on peut écrire que : [v] = (m / s)

-   Étude de l’expression  :

-   D’une part : [T] = [P] = [m].[g] = (kg).(m / s2) = (N)

-   D’autre part : [m] = (kg / m)

 

-   En combinant, on trouve :

-   Cette expression est bien homogène à une vitesse.

d)- Valeur de la célérité de l’onde :

-     Dans l’énoncé, on donne la distance parcourue par l’onde :

-    d = L = 1,60 m et la durée de parcours correspondante Δt = 80,0 ms.

-     Remarque :

-     ne connaissant pas la valeur de g, on ne peut pas calculer

la valeur de P par conséquent la valeur de T.

-    On ne peut pas utiliser la formule de l’énoncé.

-   

3)- Valeur de l’intensité de la pesanteur

-    

4)- Valeur de la durée τ :

-     Si le fil est 4 fois plus court, les autres paramètres étant inchangés,

alors :

-     

 

III- Le retard de l’oscilloscope.

1)- Durée Δt  du signal (en ms)  amplitude Um (V).

-  Durée du signal :

-  Δt = s . x

-  Δt = 2,0 x 50

-  Δt ≈  100 ms  ≈ 0,10 ms

-  Amplitude du signal :  

-  Um = k . y

-  Um = 200 x 1,0

-  Um ≈  200 mV  ≈ 0,20 V

-  Tension de crête à crête 

(ne pas confondre):  

-  Ucc = k . ycc

-  Ucc = 200 x 2,0

-  Ucc ≈  400 mV  ≈ 0,40 V

-  Remarque : Ucc = 2 Um

Sensibilité horizontale ou

durée de balayage : 

s = 50 μs

Sensibilité verticale :  

k = 200 mV

2)- Durée t qui sépare l’émission de la réception du signal.  

-     τ = s . x1

-     τ = 3,0 x 50

-     τ ≈  150 μs  ≈ 0,15 ms

3)- Célérité v de l’onde ultra sonore.

-     

 

IV- Le saut de la corde.

1)- Étude du phénomène :

-     Le phénomène observé constitue une

onde transversale progressive mécanique

-     On observe la propagation d’une perturbation le

long de la corde à partir de la source S.

-     Le terme transversal indique que la déformation temporaire

de la perturbation a une direction perpendiculaire à la direction de

la propagation de l’onde.

-     On observe la propagation d’une onde sans transport de matière.

-     Le milieu matériel élastique est la corde.

-     Après le passage de la perturbation, chaque point de la corde

reprend sa position initiale.

-     Chaque point de la corde reproduit le mouvement de la source S

avec un retard τ.

2)-  Valeur du retard τ de l’onde entre les points S et M et célérité v

de l’onde.

-     La lecture du chromatogramme indique que la perturbation

provenant de la source S, émise à la date t = 0 s,

arrive au point M à la date t’ = 20 ms.

-     Le retard τ = t’ – t ≈ 20 ms.

-     Célérité de l’onde :

-