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Contrôle N° 01

Physique et Chimie

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Oxydoréduction et cinétique chimique

La pesanteur

La corde et le stroboscope

I- Oxydoréduction et cinétique chimique.

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).

b)-  Couple Fe 3+ (aq)  / Fe 2+ (aq).

c)-  Couple ClO (aq)  / Cl2 (aq).

d)-  Couple  MnO4 (aq)  / Mn 2+ (aq).

e)-  Couple : O2 (aq)  / H 2 O (ℓ).

 

-    Demi-équations électroniques :

f)-   Fe 3+ (aq) + e    =   Fe 2+ (aq)

g)-  2 ClO (aq)4 H + (aq)  + 2 e    =  Cl 2 (aq) + 2 H2 O (ℓ)

h)-   MnO4 (aq)8 H + (aq)  + 5 e    =  Mn 2+ (aq) + 4 H2 O (ℓ)

i)-   O 2 (aq 4 H + (aq)  + 4 e    =    2 H2 O (ℓ)

3)- Facteurs cinétiques.

On réalise l’oxydation des ions iodure I  (aq) (du couple I2 (aq) / I  (aq)) par les ions peroxodisulfate S2 O8 2 (aq) (du couple S2 O8 2 (aq) / SO4 2 (aq))

a)-  Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction correspondante.

-    Équation de la réaction d’oxydoréduction :

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

      S2 O8 2(aq)     +   2 e    =  2 SO4 2 (aq)       

2 I –  (aq)    +   S2 O8 2 (aq)    =   I2 (aq)    +    2 SO4 2 (aq)       

 

b)-  Donner le tableau d’avancement de la réaction.

-    Tableau d’avancement :

Équation

S2O 8 2 (aq)    +

2 I   (aq)   

=

I2 (aq)  

+ 2 SO4 2(aq)       

état

Avanc.

x (mol)

 

 

 

 

 

État initial (mol)

0

n0 (S2 O8 2)

= 1,0 x 10 – 7

n0 (I  )

= 2,0 x 10 – 4

 

0

0

Au cours de la

Trans.

x

n0 (S2 O8 2) - x

n0 (I  ) – 2 x

 

x

2 x

Avanc. final. (mol)

x f

n0 (S2 O8 2) - xf

n0 (I  ) – 2 xf

 

x f

2 x f

Avanc. max. (mol)

 

x max

n0 (S2 O8 2) – xmax

n0 (I  ) – 2 xmax

 

x max

2 x max

 

 

 

 

 

 

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 [S2 O8 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 x max 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 !!!
-      

II- La pesanteur.

Pour déterminer l’intensité de la pesanteur g d’une planète, un astronaute suspend 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 : ou T désigne la tension du fil.

a)-  Quelle grandeur caractérise l’inertie du milieu ? Justifier la réponse à l’aide de 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 du 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  est bien homogène à une vitesse.

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 :
-     

III- La corde et le stroboscope.

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 d 1.
-    Or   λ < d 1 < 2 λ
-    L’œil semble voir progresser l’onde de la distance : d =  d 1  - λ ≈ 0,20 cm

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 T e.
-     
-    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.