Contrôle physique

Contrôle physique-chimie n°2 - 09/11/09
Durée : 2h
- Lisez bien les énoncés
- Pour chaque question, donnez le raisonnement suivi : formule littérale + applications numériques + résultat avec les
unités et un nombre correct de chiffres significatifs + phrase brève et précise exprimant le résultat demandé.
CHIMIE : Suivi cinétique par spectrophotométrie ( 12 pts )
On étudie la cinétique de décomposition de l’eau oxygénée H2O2(aq) par les ions iodure I-(aq) en présence d’acide sulfurique.
Pour cela, on suit l’évolution du système par spectrophotométrie.
On place dans la cuve de mesure du spectrophotomètre un volume V = 1,0 mL de solution S aqueuse d’eau oxygénée de concentration
initiale c = 0,040 mol.L-1. A la date t = 0, on ajoute un volume V’ = 1,0 mL d’une solution aqueuse acidifiée d’iodure de potassium de
concentration en ions iodure [I-] = 0,030 mol.L-1.
I - Etude préliminaire

Les couples d’oxydoréduction intervenant ici sont : H2O2(aq)/H2O(solv) et I2(aq)/I aq .


Montrer que l’équation chimique de la transformation s’écrit : H2O2(aq) + 2I aq + 2H aq
I2(aq) + 2H2O(solv).
II – Courbe d’étalonnage du spectrophotomètre
1.
2.
La solution S d’eau oxygénée a été préparée par dilution d’une solution d’eau oxygénée de concentration c 0 = 4,0.10-1 mol.L-1.
Décrire le mode opératoire suivi pour préparer 10,0 mL de la solution diluée S.
L’absorbance pour des solutions de diiode I 2(aq) de concentrations connues a été mesurée au cours d’un protocole expérimental.
On obtient alors les mesures présentées dans le tableau ci-après.
[I2] (en mol.L-1)
A
0
0
0,00010
0,037
0,00050
0,102
0,0010
0,203
0,0020
0,304
0,0040
0,741
0,0060
1,073
0,0080
1,550
2.1. Tracer la courbe représentant l’évolution de l’absorbance en fonction de la concentration en diiode. Conclure.
2.2. Par une méthode graphique, déterminer l’expression liant l’absorbance A à la concentration en diiode.
2.3. Comment appelle-t-on cette loi ?
III – Etude de la réaction
1.
2.
3.
Etablir le tableau d’avancement de la transformation chimique étudiée.
Quel est le réactif limitant cette transformation ? Justifier.
Calculer la valeur de la concentration en diiode en fin de réaction.
IV- Etude cinétique
On
lance
la
mesure
de
l’absorbance en fonction du
temps. On obtient l’enregistrement
reproduit sur la figure ci-contre.
1.
2.
3.
Expliquer brièvement le principe de la spectrophotométrie. Quelle est l’espèce dont on va suivre l’évolution de sa
concentration au cours du temps ?
Définir la vitesse volumique d’une transformation chimique à un instant t.
Exprimer la vitesse volumique de réaction en fonction de la concentration en [I 2] (d’après la question III-2 en remarquant que
le volume du milieu réactionnel reste constant), puis en fonction de l’absorbance A (d’après la question II-2.2.).
4.
5.
6.
7.
Expliquer comment vous pouvez déterminer graphiquement la valeur de la vitesse volumique de réaction à l’instant t = 5 min.
La calculer.
Comment évolue cette vitesse au cours du temps ? Pourquoi ? Justifier.
Quelles sont les deux manipulations que l’on pourrait effectuer pour que l’état final soit atteint plus rapidement ? Vous
justifierez l’utilisation de chacune des méthodes.
Quel est le temps de demi-réaction de la transformation chimique étudiée ? A partir de quelle date peut-on considérer la
transformation étudiée comme terminée ? Comparer les deux valeurs et conclure.
PHYSIQUE : ( 8 pts)
Cet exercice comporte 15 affirmations concernant les ondes, réparties dans trois parties indépendantes.
Toute réponse doit être accompagnée de justifications ou de commentaires brefs.
A chaque affirmation, vous répondrez par vrai ou faux, puis vous justifierez votre choix à
l’aide de définitions, de calculs, d’exemples ou de contre-exemples,…
Une réponse non ou mal justifiée sera considérée fausse.
I - ONDES ELECTROMAGNETIQUES
La lumière se propage à la célérité c = 3.10 8 m.s1 dans l’air.
On considère un laser qui émet une lumière monochromatique de longueur d’onde  = 633 nm dans le vide.
1- La fréquence de l’onde électromagnétique dans le vide est voisine de 5.10 15 Hz.
2- Lorsque la lumière pénètre dans un bloc de verre, sa vitesse de propagation augmente.
3- La fréquence de l’onde change lorsqu’elle pénètre dans le verre.
4- L’indice de réfraction du verre a pour valeur n = 0,67.
5- Une autre onde de longueur d’onde  = 430 nm dans le vide se propage dans le verre à la même vitesse que l’onde précédemment
décrite.
II - ONDES GENEREES PAR UN ORAGE
Il fait 27,3 °C et un orage éclate. Un individu entend le coup de tonnerre 10 secondes après avoir vu l’éclair. La célérité du son dans
l’air à 27,3°C est d’environ 350 m.s1 La célérité de la lumière, constante, est de 3.10 8 m.s1.
6- L’impact de la foudre se situe à environ 3500 m de l’individu.
7- Une onde sonore est une onde transversale.
On admet que la vitesse du son dans l’air est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue de l’air.
8- A 0°C , l’individu aurait entendu le tonnerre moins de 10 secondes après avoir vu l’éclair.
9- La vitesse de propagation du son dans l’air à 0°C est d’environ 360 m.s 1 .
Toujours à 27, °C, un autre éclair s’est produit, avec un impact à 2000 m de l’individu.
10- L’individu a entendu le coup de tonnerre 7 secondes après avoir vu l’éclair.
III - DIFFRACTION PAR UNE FENTE D’UN FAISCEAU DE LUMIERE MONOCHROMATIQUE
Une fente horizontale de largeur 0,10 mm est éclairée par un faisceau de lumière monochromatique de longueur d’onde  = 450 nm.
Un écran, disposé perpendiculairement à la direction de propagation du faisceau de lumière est placé à 2 m de la fente.
On rappelle que tan    si  est petit en rad .
11- La couleur de cette lumière monochromatique est plus proche du rouge que du bleu.
12- On observe sur l’écran une succession de taches verticales de plus en plus larges, alternativement brillantes et sombres.
13- L’écart angulaire entre le milieu de la frange centrale et la première extinction est de 4,5 mrad.
14- Le diamètre de la tache centrale est de 0,9 cm.
15- La diffraction est un phénomène spécifique aux ondes électromagnétiques, telles que la lumière.