Tle Spé - Physique Chimie DEVOIR MAISON FACULTATIF CHIMIE : Acide-base et Contrôle de qualité Vacances Toussaint Exercice 1. pH d’un milieu biologique PHYSIQUE : CD et autres supports d’information 1. Le Compact-Disc. 1.1. La surface utile est égale à la surface occupée par la piste métallique, soit la surface totale du disque moins la surface « centrale » : S = π.R22 – π.R12 = π.(R22 – R12) S .(R22 R12 ) , d’après le document 1, le pas a de la spirale vaut 1,6 µm. a a 2 .((6,0 10 )² (2,5 10 2 )²) L ≈ 5,8 × 103 m ≈ 5,8 km 1,6 10 6 1.2. L 1.3. La vitesse linéaire de défilement des informations gravées sur la piste est constante et égale à V = 1,2 m.s-1. V= L L donc Δt = t V (calcul effectué avec L non arrondie) Δt = 5,841 103 4,9 103 s 81 min 1,2 durée théorique totale de lecture du CD 1.4.1. L’onde qui se réfléchit au fond d’un creux parcourt une distance supplémentaire δ = 2hc par rapport à l’onde qui se réfléchit –6 –6 –7 sur un plat. δ = 2 × 0,12×10 = 0,24×10 = 2,4×10 m 1.4.2. Dans le polycarbonate la lumière se propage à la célérité v = 1,93×108 m.s-1 (cf. doc. 2). Le retard est tel que v = 2hc et 2hc 503 10 9 = et d’après le doc 2, on a 2hc = ainsi = 2 soit = = 1,3×10–15 s v 2 v 2v 2 1,93 108 T 1.4.3. Période de l’onde émise par le laser : λ = v.T donc T = Et par suite = , donc = . v 2v 2 T T 1.4.4. Les interférences sont destructives si le retard entre les deux ondes est : = (2k+1). Si on considère k = 0, alors = , 2 2 ce qui correspond à la situation rencontrée ici. L’onde réfléchie par un creux et l’onde réfléchie par un plat interfèrent de façon destructive. Onde réfléchie par le creux Onde réfléchie par un plat Onde reçue par le capteur 1.4.5. Le signal reçu par le capteur est minimal. Les ondes sont en opposition de phase. 2. Le Blu-ray. 2.1. Ici, la longueur d’onde dans le polycarbonate vaut λ = 261 nm. Or 2hc = 2 donc hc = 4 = 261 = 65,3 nm profondeur d’un 4 creux sur un disque Blu-ray 2.2. La longueur d’onde du lecteur de CD n’est pas adaptée à la profondeur des creux du Blu-ray. Dès lors les interférences ne pourraient pas se produire. Par ailleurs, le faisceau du laser serait trop large pour lire une seule piste du Blu-ray à la fois. 2.3. Pour le Blu-ray, la longueur de la piste est LBlu = 27 km tandis que l’on a déterminé au 1.2. une longueur de piste pour le CD de L = 5,8 km. La capacité de stockage est proportionnelle à la longueur de la piste. Si elle est de 700 Mo pour le CD elle devrait être de 700 x (27/5,8) = 3259 Mo. Cette valeur est bien inférieure à la capacité annoncée de 25 Go dans le tableau. On en conclut que le codage de l’information sur le Blu-ray n’est pas basé sur le standard EFM. 1. Définition d’un acide. 2. Calcul de la concentration : f = 50 donc [H3O+] = 0,1 mol/L soit pH = 1 3. Définition réaction acide-base. L’équation de la réaction entre l’acide carbonique et l’eau : H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+ 4. Le dioxyde de carbone entraîne l’apparition des ions oxonium lors de sa réaction acide-base avec l’eau : le pH va diminuer. Cependant, il peut devenir trop acide si l’injection n’est pas régulée : méthode déconseillée à un amateur. 5. L’ion HCO3- est une espèce amphotère : elle peut jouer à la fois le rôle d’acide et de base. 6. On calcule la quantité de matière d’ions carbonate libérés par la dissolution du morceau de craie : n = m / M = 0,025 mol On connaît la quantité de matière des ions oxonium : n = 10-3 x 100 = 0,1 mol A la fin de la réaction cette quantité de matière sera donc n = 0,1 – 0,025 = 0,075 mol On conclut par le calcul de la concentration en ions oxonium puis du pH : pH = 3,12. Le pH ne devient donc pas neutre. 7. Le pH de l’eau de l’aquarium ne reste pas stable au cours de la journée en raison de la respiration des plantes et des poissons, mais également si la nourriture versée possède des propriétés acide-base. Exercice 2. Dosage de la caféine 1. Définition du mot dosage en chimie. Principe d’un dosage par étalonnage. 2. Protocole de dilution par 2 3. Loi de Beer-Lambert. 4. Par lecture graphique, on détermine que Cm1 = 29 mg/L et Cm2 = 9,5 mg/L : le café le plus excitant est le numéro 1. Exercice 3. Croissance des micros-algues 1. Méthode du titrage colorimétrique. 2. Le réactif titrant est le diiode I2, le réactif titré est l’ion chlorure Cl3. Définition équivalence d’un titrage. Calcul de la concentration molaire en ions chlorure de la solution titrée : C = C’.Véq / Vi = 0,0575 mol/L La solution titrée est de l’eau de mer diluée dix fois : C0 = 0,575 mol/L En déduire la concentration massique : Cm = C0 . M = 33,6 g/L 4. On connaît la masse à atteindre pour 1 litre d’eau de mer, on en déduit la masse à ajouter : m = 106 – 33,6 = 72,4 g Exercice 4. Contrôle de qualité 1. Equation-bilan de la réaction support du titrage : NH4+ +HO- NH3 + H2O 2. Schéma du montage expérimental d’un titrage par suivi pH-métrique. 3. Lecture d u Volume équivalent par la méthode des tangentes. 4. Calcul de la concentration molaire de la solution titrée : C = C’.Véq / Vi = 0,0025 mol/L On calcule la concentration massique : Cm = 0,14 g/L puis la masse dans le volume total de la fiole jaugée : m = 0,034 grammes. En déduire la teneur massique en chlorure d’ammonium du bonbon. (masse introduite : 1,0 g) % m = 3,34 % 5. A l’aide d’un tableau d’avancement, on détermine la quantité de matière des espèces ioniques présentes à l’équivalence : [Cl-] = 0,0025 mol/L et [Na+] = 0,002 mol/L On calcule la conductivité σ = λNa+ . [Na+] + λCl- . [Cl-] = 0,029 S/m
