Contrôle N° 04 Sciences physiques

Classe de seconde

énoncé et correction

   

 

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I- Équations bilans.

II- Réaction chimique.

III- Propagation de la lumière.

 

I- Équations bilans.

équilibrer les réactions suivantes :

 H2O   +    Al   →   Al2O3   +    H2

Fe3O4   +   CO   →    FeO   +   CO2

 NO2   +   H2O   →    HNO3   +   NO

 Fe   +    H2O   →   Fe3O4   +    H2

 Al   +    MnO2   →   Al2O3   +    Mn

 

3 H2O   +   2 Al   →   Al2O3   +   3 H2

Fe3O4   +   CO   →   3 FeO   +   CO2

3 NO2   +   H2O   →   2 HNO3   +   NO

3 Fe   +   4 H2O   →   Fe3O4   +   4 H2

4 Al   +   3 MnO2   →  2 Al2O3   +   3 Mn

 

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II- Réaction chimique.

On veut faire brûler m1 = 4,0 g de sodium Na dans du dioxygène gazeux O2.

Il se forme de l'oxyde de sodium de formule : Na2O.

équation bilan de la réaction :

4 Na   +   O2   →   2 Na2O

1)- Calculer la quantité de matière de dioxygène nécessaire à la combustion complète de tout le sodium.

-    Quantité de matière de dioxygène nécessaire à la combustion complète de tout le sodium :
-    Dans un premier temps, il faut calculer la quantité de matière de sodium :
-    Quantité de matière n1 de sodium
-     
-    Tableau d’avancement :
-    On note n2 la quantité de matière de dioxygène nécessaire.
-    En fin de réaction, tout le sodium et tout le dioxygène ont été consommés.

 

4 Na

+

O2

2 Na2O

État initial

n1 ≈ 0,17 mol

 

n2 ≈ ?

 

0

État Intermédiaire

n1 – 4 x

 

n2 – x

 

2 x

État final

n1 – 4 xmax = 0

 

n2xmax = 0

 

2 xmax

-    En conséquence :
-    Quantité de matière n2 de dioxygène nécessaire :
-     

2)- En déduire la masse m2  et le volume V de dioxygène nécessaire.

-    Masse de dioxygène nécessaire :
-     
-    Volume de dioxygène nécessaire :
-     

3)- En déduire la masse m'  de produit obtenu.

-    Masse de produit obtenu :
-     

On fait brûler une masse m1 = 4,0 g de sodium dans un volume V2 = 2,0 L de dioxygène.

4)- La réaction s'arrête par manque d'un des réactifs. Lequel ? Justifier.

 

-    Réactif en excès :
-    Pour connaître le réactif en excès, il faut dans un premier temps les quantités de matière de chaque réactif :
-    Quantité de matière n1 de sodium (voir question 1)-)
-     
-    Quantité de matière de dioxygène :
-     

 

4 Na

+

O2

2 Na2O

État initial

n1 ≈ 0,17 mol

 

n2 ≈ 0,089 mol

 

0

État Intermédiaire

n1 – 4 x

 

n2 – x

 

2 x

État final

 

 

 

 

 

-    Il faut calculer la valeur de l’avancement maximal de la réaction :
-    Détermination de x max.
-    Hypothèse 1 : on considère que le réactif limitant est le sodium :
-     
-    Hypothèse 2 : on considère que le réactif limitant est le dioxygène :
-     
-    L’avancement maximal est égal à la plus petite des deux valeurs :
-    x max = x max1  0,043 mol
-    Le réactif limitant est le sodium.
-    le dioxygène est en excès, le sodium limite la réaction.
-    Il faut raisonner par rapport au sodium Na.
-    Bilan de la réaction :

 

4 Na

+

O2

2 Na2O

État initial

n1 ≈ 0,17 mol

 

n2 ≈ 0,089 mol

 

0

État Intermédiaire

n1 – 4 x

 

n2x

 

2 x

État final

n1 – 4 xmax1 = 0

 

n2xmax1

 

2 xmax1

État final (mol)

0

 

0,089 – 0,043 ≈ 0,046

 

2 x 0,043 ≈ 0,086

-    Remarque : on peut utiliser le résultat de la question 1)- .
-    Comme le volume de dioxygène utilisé pour la question 4)- est supérieur à 0,96 L, on peut affirmer que le dioxygène est en excès.

5)- Calculer la masse m3 du produit formé.

-    Masse de produit formé, c'est la même que celle de la question 3)-.
-    m3 ≈ 0,086 x (2 x 23 + 16)
-    m3 ≈ 5,3 g

6)- Calculer la masse restante m4 du réactif en excès.

-    Masse restante du réactif en excès.
-    m4 ≈ 0,046 x (2 x 16)
-    m4 ≈ 1,5 g

 

Données : volume molaire : Vm = 22,4 L / mol dans les conditions de l'expérience.

Masses molaires : M (C) = 12 g / mol ; M (O) = 16 g / mol ; M (H) = 1,0 g / mol  ; M (Na) = 23 g / mol

 Atome de sodium Na : Z = 11 ; atome d'oxygène O : Z = 8.

 

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III- Propagation de la lumière.

1)- Un signal lumineux met 0,3 ms pour parcourir une distance de 60 km dans une fibre optique d'un réseau de télécommunications.

a)-  Calculer la vitesse de propagation de la lumière dans le verre constituant la fibre optique.

-    Vitesse de propagation de la lumière dans la fibre optique :
-     

b)-  Calculer l'indice de réfraction du verre constituant la fibre optique.

-    Indice de réfraction du verre :
-     

2)- Distance :

a)-  Donner la définition de l'année-lumière (a.l).

 

-    L'année-lumière a.l est la distance parcourue par la lumière en une année.

b)-  À quelle distance une année-lumière correspond-elle ?

-    Distance correspondante en mètre :
-    1 a.l ≈ 3 x 108 x 365,25 x 24 x 3600
-    1 a.l ≈ 9,47 x 1015 m 

 

c)-  La distance du centre du soleil au centre de la terre est de 150 millions de km. Exprimer cette distance en année-lumière (a.l), en minute-lumière (min.l).

-    Distance Terre - Soleil en a.l. et en min.l
-     

3)- La distance entre la terre et l'étoile la plus proche, Proxima du Centaure, est de 4,3 a.l.

a)-  Calculer cette distance en km.

-    Distance Terre Proxima du Centaure en km :
-    d ≈ 4,3 x  9,47 x 1012 km
-    d ≈ 4,07 x 1013 km

b)-  Déterminer le temps mis par la lumière pour nous parvenir de cette étoile.

-    Durée mise par la lumière pour nous parvenir de Proxima du Centaure :
-    Δt = 4,3 ans

 

données  : 1 année = 365,25 jours et c = 3,0 x 108 m / s

 

 

 

 

 



 
 

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