Contrôle N° 01 quater

Correction

Énoncé

Physique et Chimie

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)  / H2O (ℓ).

-    Demi-équations électroniques :

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

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

h)-   MnO4 (aq)8 H + (aq)  + 5 e    =  Mn 2+ (aq) + 4 H2O (ℓ)

i)-   O2 (aq4 H + (aq)  + 4 e    =    2 H2O (ℓ)

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 :

                       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

S2O8 2 (aq)    +

2 I   (aq)   

=

I2 (aq)  

+ 2 SO4 2(aq)

état

Avanc.

x

mol 

 mol 

 

mol  

mol  

État

initial

0

n0 (S2 O8 2)

= 1,0 x 10 – 7

n0 (I  )

= 2,0 x10 – 4

 

0

0

Au cours

de la

Trans.

x

n0 (S2 O8 2) – x

n0 (I  ) – 2 x

 

x

2 x

Avanc.

final.

xf

n0 (S2 O8 2) – xf

n0 (I  ) – 2 xf

 

xf

2 xf

Avanc.

max.

 

xmax

n0 (S2O8 2) – xmax

n0 (I  ) – 2 xmax

 

xmax

2 xmax

 

 

 

 

 

 

 

 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 !!!

  

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 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 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 d1.

-  Or   λ < d1 < 2 λ

-  L’œil semble voir progresser l’onde de la distance : d = d1  – 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 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.