Contrôle N° 03 décembre 1999

Première S

énoncé et correction

 

 

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I- Interaction.

II- Équilibre d'un solide en l'absence de frottements.

III- Action d'un acide sur un métal.

IV- Une pile qui vaut de l'argent.

 

 

 

 

I- Interaction.

 

Un objet de masse m = 100 g est maintenu par l'intermédiaire d'une ficelle (f). On note : , poids de l'objet, , la force exercée par l'objet sur la ficelle et , la force exercée par la ficelle sur l'objet.

Comparer P, F1 et F2 et justifier chaque fois la réponse :

1)- L'objet est immobile.

-    L'objet est immobile : Le référentiel d'étude est le référentiel terrestre supposé Galiléen.
-    l'objet est soumis à deux forces : son poids  dû à l'interaction avec la terre et la force  exercée par la ficelle sur l'objet.

-    l'objet étant immobile, il est soumis à des forces dont les effets se compensent (principe de l'inertie) : P = F2.
-    D'autre part les forces  et sont liées par le principe de l'interaction : F1 = F2.
-    En conséquence : P = F1 = F2.

2)- L'objet monte d'un mouvement rectiligne accéléré :

-    L'objet monte d'un mouvement rectiligne varié.
-    L'objet n'est plus soumis à des forces dont les effets se compensent :,
-    Mais F1 = F2 d'après le principe de l'interaction :
-    On tire : PF2 = F1.

3)- L'objet descend d'un mouvement rectiligne uniforme.

-    L'objet descend d'un mouvement rectiligne uniforme :
-    l'objet est soumis à des forces dont les effets se compensent (principe de l'inertie) :
-    P = F2 et les forces   et sont liées par le principe de l'interaction : F1 = F2.
-    En conséquence : P = F1 = F2.

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II- Équilibre d'un solide en l'absence de frottements.

 

Deux chariots sont placés sur un banc à coussin d'air incliné d'un angle α = 20° par rapport à l'horizontale.

Sur chaque chariot, on a fixé un aimant.

Le chariot B est immobilisé et le chariot A est en équilibre : m = 536 g et g = 10 N / kg.

1)- Faire le bilan des forces agissant sur le chariot A. Représenter ces forces dans le repère .

-    Bilan des forces : poids du système : , réaction du support  (la réaction est perpendiculaire au support car les frottements sont négligeables) et la force magnétique . On représente les forces dans le repère : .

 

2)- Donner les conditions d'équilibre pour le chariot A.

-    Conditions d'équilibre du chariot A :
-    La somme vectorielle des vecteurs forces appliquées au système est égale au vecteur nul () et les lignes d'action des trois forces sont concourantes et coplanaires.

 

3)- Donner l'expression littérale des coordonnées de chacune des forces dans le repère .

-    Coordonnées de chacune des forces dans le repère .

 

-     

4)- En déduire la valeur de chacune des forces agissant sur le chariot A.

-    Valeur de chacune des forces :
-    Valeur du poids :
-    P = m . g
-    P ≈ 0,536 x 10
-    P ≈ 5,4 N
-    Valeur des autres forces :
-     

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III- Action d'un acide sur un métal.

On introduit une masse m = 1,35 g de poudre d'aluminium dans un volume V = 100 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration C = 1,0 mol / L.

1)- Écrire l'équation bilan de la réaction. L'interpréter au sens de l'oxydoréduction.

-    Équation bilan de la réaction :

2 Al   +   6 H+   →   2 Al3+   +   3 H2

-    L'aluminium métal a été oxydé et l'ion hydrogène a été réduit.

2)- Calculer le volume de dihydrogène recueilli en fin de réaction (Vm = 24 L / mol dans les conditions de l'expérience). Justifier la réponse.

-    Quantité de matière d'aluminium :
-     
-    Quantité de matière de H+ :
-    n (H+) = C . V
-    n (H+) ≈ 1,0 x 0,100
-     n (H+) ≈ 0,10 mol
-    Il faut comparer
-     
-    L'aluminium est en excès et H+ limite la réaction
-     

3)- Déterminer la concentration des ions présents dans la solution en fin de réaction.

-    Concentration : H+ a disparu car il a totalement réagi.
-    L'ion chlorure est spectateur sa concentration ne varie pas, on considère que le volume de la solution n'a pas varié : [Cl] ≈ 1,0 mol / L.
-    Concentration des ions aluminium :
-     

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IV- Une pile qui vaut de l'argent. (Une autre solution)

On réalise une pile en associant les deux demi-piles faisant intervenir les couples oxydant / réducteur suivants :

Au3+ / Au et Ag+ / Ag

1)- Dessiner cette pile, indiquer la polarité des électrodes et déterminer sa f.e.m. Donner son schéma conventionnel.

-    Dessin : l'électrode d'or constitue le pôle plus de la pile et l'électrode d'argent constitue le pôle moins de la pile.

 

 

-    Schéma conventionnel :

 

-    La force électromotrice :
-    e Ag–Au = E0 (Au3+ / Au) –  E0 (Ag+ / Ag)
-    e Ag–Au ≈ 1,50 – 0,80
-    e Ag–Au ≈ 0,70 V

 

2)- nommer chaque électrode, donner les réactions aux électrodes et indiquer s'il s'agit d'une réduction ou d'une oxydation.

-    à la cathode se produit une réduction :

 Au3+  +  3 e    →    Au 

-    à l'anode se produit une oxydation :

Ag      →    Ag+  +  e

3)- Écrire l'équation bilan de la réaction qui s'effectue lorsque la pile débite du courant.

 

Au3+

+

3 e

=

Au

 

 

 

 

3

(

Ag

=

e

+

Ag+

)

 

Au3+

+

3 Ag

Au

+

3 Ag+

 

4)- On laisse la pile fonctionner pendant Δt = 3,0 h. On constate que la masse de l'électrode d'or a varié de m = 98 mg.

a)-  La masse de l'électrode d'argent a-t-elle augmenté ou diminué ? Calculer la variation de masse m' de l'électrode d'argent.

-    Au cours de la réaction, de l'argent disparaît, la masse de l'électrode d'argent diminue.
-    D'après de bilan des quantités de matière de l'équation bilan de la réaction :
-     

b)-  Calculer l'intensité supposée constante I du courant qui a circulé.

-    D'après le bilan de quantités de matière de la demi-équation électronique du couple Au3+ / Au
-     

 

-    Données :
-    E0 (Ag+ / Ag) = 0,80 V ; E0 (Au3+ / Au) = 0,80 V ; NA = 6,02 x 10 23 mol–1
-    e = 1,60 x 10 – 19 C ; 1 F = 96500 C / mol, M (Ag) = 108 g / mol ; M (Au) = 197 g / mol 

 

 



 
 

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