Classe 1ère S4 DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE – CHIMIE N°4 CHIMIE On dispose d’une solution A de chlorure de potassium à 25°C, dont on veut déterminer la concentration molaire. On applique une tension électrique sinusoïdale aux bornes d’électrodes planes et parallèles, de surface immergée S = 8,80.10-5 m2, distantes de L = 1,00.10-2 m. On détermine la résistance de cette solution R = 110 . 1) Comment mesure-t-on expérimentalement la conductance d’une portion de solution électrolytique à l’aide d’un générateur, d’un ampèremètre, d’un voltmètre et d’une cellule conductimétrique ? Faire un schéma. 2) Calculer les valeurs de conductances mesurées pour la solution A. 3) Calculer la constante de cellule k en m. 4) Calculer alors la conductivité A de la solution A. A partir d’une solution mère de chlorure de potassium de concentration égale à 1,0 mol.L-1, on réalise 100 mL de solutions filles de concentrations molaires c égales, en mol.L-1, à : 1,0.10-1 ; 5,0.10-2 ; 2,0.10-2 et 1,0.10-2. Avec la même cellule de conductimétrie que celle qui a été utilisée pour la solution A, on réalise les mesures suivantes de la tension électrique sinusoïdale U aux bornes des électrodes et d’intensité I du courant électrique qui traverse la portion de solution (les solutions et la cellule sont en équilibre thermique à la température de 25°C) : c(mol.L-1) 1,0.10-1 5,0.10-2 2,0.10-2 1,0.10-2 U(V) 1,00 1,00 1,00 1,00 I(mA) 13,1 7,02 2,82 1,44 5) Quel terme désigne l’opération permettant de réaliser les solution fille ? 6) Calculer les valeurs de conductances mesurées pour les solutions filles en mS. On trace la courbe d’étalonnage G = f(c) à partir des mesures réalisées pour les solutions filles : G = f(c) G (mS) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 c (mol/L) 7) Quelle relation existe-t-il entre G et c ? 8) Utiliser la courbe d’étalonnage pour déterminer la concentration molaire de la solution A. 9) a) Exprimer la conductivité de la solution A (A) en fonction des conductivités molaires de l’ion potassium (K+) et de l’ion chlorure (Cl-). b) On donne K+ = 7,35.10-3 S.m2mol-1 et Cl- = 7,63.10-3 S.m2mol-1. Retrouver la conductivité A de la solution A. 10) Pour chacune des solutions ci-dessous, peut-on calculer la conductivité ? Si, oui la calculer. (justifier vos réponses) : solution de chlorure de potassium de concentration 2cA . Solution de sulfate de sodium de concentration 0,5cA. PHYSIQUE : HISTOIRE DE RESSORTS On prendra g = 10 N.kg-1 Un ressort R à réponse linéaire, de masse négligeable, est attaché à un point fixe O. Son autre extrémité est attachée à un corps A de masse m = 0,250 kg. La longueur à vide du ressort est l0=15cm (fig.1) 1) On laisse pendre librement A qui prend une position d’équilibre stable, la longueur du ressort devient 1=20 cm. (fig.2). a) Placer sur la figure 2, sans souci d’échelle, les forces s’appliquant sur la masse A b) Déterminer la constante de raideur k du ressort . (donner l’expression littérale de k) 2) On tire à présent sur le point C à l'aide d'un fil très fin de masse négligeable, constamment maintenu à l'horizontale, avec une force F (fig. 3). Le ressort s'incline d’un angle =30° sur la verticale. a) Citer les forces appliquées au point C b) Enoncer la condition d'équilibre d’un solide soumis à trois forces. c) Construire graphiquement sur la figure 3 les forces appliquées en C. (échelle : 2cm 1N). d) En déduire les valeurs de la force F et de la tension T du ressort. 3) Quelle est la nouvelle longueur du ressort ? CORRECTION DU DS 5 CHIMIE 1- On mesure l’intensité I du courant dans la cellule et la tension U à ses bornes. On calcule la conductance : G = I /U. (G en S, I en A et U en V). 2- GA = 1/RA = 1/110 = 9,10.10-3 S = 9,10 mS 3- La constante de cellule : k = S/L = 8,80.10-5/1,00.10-2 = 8,80.10-3 m 4- GA = kA donc A = GA/k = 9,10.10-3/8,80.10-3 = 1,03 S/m 5- On a réalisé des dilutions. 6- G = I / U avec G en mS, I en mA et U en V Solutions Fille 1 Fille 2 U (V) 1 1 I (mA) 13 7,0 G (mS) 13 7,0 Fille 3 1 2,8 2,8 7- G et c sont proportionnelles. 8- A GBF V Fille 4 1 1,4 1,4 GA = 9,10 mS donc cA = 6,9.10-2 mol.L-1 G = f ( c) G ( mS) 9a- A = K+ + Cl- = cA (K+ + Cl-) (cA en mol.m-3) -3 -3 9b- A = 69 x (7,35.10 + 7,63. 10 ) = 1,03 S.m-1. (cA =6,9.10-2 mol.L-1 = 69 mol.m-3) 14 12 10 8 6 4 10a- Oui, comme et c sont proportionnelles. c' = 2cA donc ’ = 2 = 2x1,03 = 2,06 S.m-1. 10b- Non, ce n’est pas une solution de même nature. 2 0 0 0, 02 0, 04 0, 06 0, 08 0, 1 0, 12 c ( mo l / L ) PHYSIQUE 1) a) b) P = T mg 0,25010 = 50N.m-1. l l0 0,200,15 2) a) Le poids P , la tension T1 du ressort, la force F exercée par le fil. b) Pour que le solide A soit en équilibre, il faut que PT F 0 . mg = k l – l0 donc k = T c) P T1 P F d) La tension T1 mesure 5,6cm donc T = 2,8N. La force du fil F mesure 2,8cm donc F = 1,4N. P 3) T1 = kl’ – l0 l’ = T1 l0 2,8 0,15 =0,21m = 21cm k 50