DS 1S

DS
4
Corrigé - Jeudi 21 janvier 2016
1S9
Exercice 1
Q.C.M - Interactions fondamentales
3,5 points
Aucune, une seule ou plusieurs propositions possibles.
Questions
1. L’interaction gravitationnelle prédomine :
Réponses
à l’échelle astronomique
à l’échelle moléculaire
à l’échelle macroscopique
à l’échelle nucléaire
2. La cohésion d’une molécule est due à :
l’interaction gravitationnelle
l’interaction électrique
l’interaction forte
l’interaction faible
3. À l’échelle de l’atome :
l’interaction gravitationnelle n’existe pas
l’interaction électrique n’existe pas
l’interaction forte n’existe pas
l’interaction faible n’existe pas
4. Au sein de l’atome, l’interaction forte s’exerce entre :
un proton et un électron
un proton et un neutron
un proton et un autre proton
un électron et un autre électron
5. L’interaction gravitationnelle :
peut être nulle
peut être répulsive
est attractive
est de portée infinie
6. Si on double la distance d entre les deux corps, la valeur F
de la force gravitationnelle :
est multipliée par 2
est multipliée par 4
est divisée par 4
est divisée par 2
7. Si on choisit les masses mA et mB telles que mB = 2 × mA , les forces d’interaction gravitationnelle entre
les objets A et B peuvent être représentées de la façon suivante :
Lycée Camille Vernet
Exercice 2
2.1
DS n° 4 - corrigé - 1S9 - Jeudi 21 janvier 2016
2/3
La diphosphine
5 points
Masse et quantité de matière
Tableau d’avancement.
2.1.1
Équation chimique
2.1.2
phine.
P2H4
2 H 2O2
+
P2
→
4 H 2O
+
État
avancement
Quantités de matière (mol)
initial
0
0,20
0,30
0
0
en cours
x
0, 20 − x
0, 30 − 2 · x
x
4·x
final
xmax
0, 20 − xmax
0, 30 − 2 · xmax
xmax
4 · xmax
final
xmax = 0, 15
0,05
0
0,15
0,60
Correction contrôle n°4
Le réactif limitant est l’eau oxygénée. Elle disparaît totalement alors qu’il reste encore de la phosExercice 1 :
1.
Analyse d'un graphe
Compléter l’équation bilan :
2.1.3 La masse de diphosphine placée
initialement
m(P2H4) =Quantité
n(P2Hde
· M(P2H4) où
3+
- dans le réacteur est :
4)
1 Al (aq) + 3 HO (aq) → 1 Al(OH)3 (s)
matière (mol)
n(P2H4) représente la quantité de matière de diphosphine et M(P2H4) sa masse molaire.
A.N. : m(P2H4) =
2.1. On lit sur le graphe la valeur des quantités à la date t = 0 :
HO
)0)
= 4,0
0, 20 × (2 × 31, 0 + 4n(×
1,
soitmolm(P H ) = 13,2 g
3+
n(Al ) = 1,0 mol 2 4
4,0
-
n(HO )
2.2.
L’avancement
maximal
correspond
à la valeur
de x pour= n
2.1.4
De même, la masse
d’eau
formée lors
de cette
réaction
est m
(H2O)
(H2O) · M(H2O) où n(H2O)
laquelle l’un des réactifs (le réactif limitant) atteint une
représente la quantité de matière
d’eaunulle.
et MAinsi
masse molaire.
(H2O)
quantité
: xsa
max = 1,0 mol
2,0
A.N. : m(H2O) =
2.3.
qui
disparaît
en fin
0, 60 × (2 ×
1, 0Le+réactif
18, 0)limitant
soit est
m(Hcelui
= 10,8
g complètement
2O)
3+
de réaction. Il s’agit donc ici de l’ion aluminium Al .
n(Al
1,0
3+
)
Le volume d’eau formé par cette
obtenu
partir
desur
la le
définition
de: la masse volumique ρ(H2O) =
2.4. Aréaction
l’état finalest
(lorsque
x = xàmax
) on voit
graphe que
0,0
m(H2O)
m(H2O)
n(HO ) = 1,0 mol
0
0,5
1,0
d’où V(H2O) =
où ρ(H
la masse volumique de l’eau (1,0 kg · L−1 ).
O)3+représente
n(2Al
) = 0,0 mol
V(H2O)
ρ(H2O)
3.
A.N. : V(H2O) =
2.2
10.8
soit
1000
Voir courbe bleue.
V(H2O) = 1,08 × 10−2 L = 10,8 mL
Exercice 2 :
Géométrie d'une molécule
Structure des molécules
2.2.1
CH3
H3Cest Z = CH
Le numéro atomique du phosphore
15,3 sa structure
électronique
estci-contre.
(K)2 (L)8 (M )5 .
On considère
la molécule
2.2.2
La structure de Lewis
" du phosphore est
HC
HC
C
%
CH
C
#
P
La valence est le nombre de liaisons qu’il est susceptible de
C
2.2.3
C
CH3
La formule de Lewis du diphosphore$
est
C
H3C
2.2.4
CH
&
P
H2C
'O
O
4. PFormule topologique : voir ci-contre !
5. Voir ci-contre
H
CH
Celle du peroxyde d’hydrogène est H
P
3. M = 17×12,0 + 22×1,00 + 16,0
H g/mol
M = 242
H
C
1. C’est une formule semi-développée car
on les doublets non-liants n’y sont pas
formerreprésentés.
soit une valence égale à 3.
2. Formule brute : C17H22O
P
La formule de Lewis de la diphosphine est
H
H
O
Exercice 3
avanc
(m
6. Seule la double liaison
isomérie de type Z/E.
" présente une
L’anéthol
2,5 points
Formule semi-développée
du (E)-anéthol
ci-contre.
Exercice 3 :
L'anéthol
3.2 L’atome d’oxygène est entouré de 2 doublets liants et
1. Formule semi-développée du (E) anéthol :
de 2 doublets non liants. La géométrie de l’arrangement des
doublets est tétraédrique et donc au niveau de l’oxygène, la
H3C
molécule est coudée (α légèrement inférieur à 109,5°)
3.1
2. C’est la photoisomérisation.
3.3
Une isomérisation
qui se produit sous l’action de la
lumière est une isomérisation photochimique.
Exercice 4 :
O
Recherche d'isomères
H
CH
O
C
CH
C
CH
CH
C
C
H
CH3
H3C
CH2
H3C
Lycée
Camille5 VernetOH
molécule
Exercice 4
C
DS n° 46- corrigé
molécule
O - 1S9 - Jeudi 21 janvier 2016
3/3
Formules et molécules
4 points
4.1 Le pent-2-ène représenté est le (E)-pent-2-ène. Le 2-méthylbut2-ène (ou
n’est ni E ni Z car il y a deux groupes idenExercice
2 : méthylbut-2-ène)
Formules et molécules
tiques (méthyles) sur un carbone de la double liaison carbone-carbone.
H
C
On considère les deux molécules de formule ci-contre :
4.2
La formule brute de chacune de ces deux molécules est la même :
a. Sans le justifier, préciser pour chacune d'elles s'il s'agit du stéréoisomère
C5H
Il ou
s’agit
10 . E
de
type
Z. de molécules isomères.
H3C
m
Exercice 5
CH3
H
. de méthylbut-2-ène présente dans 150 g de ce
est nla=quantité
c. sente
Déterminer
M
composé.
2 C5H10 + 15 O2
CH2
C
m = brute
150 gde
dechacune
méthylbut-2-ène,
quantité de
matière préb. 4.3
DonnerDans
la formule
de ces deuxlamolécules.
Conclure.
150
: n = la formule brute du méthylbut-2-ène,
soit n = 2,1 mol
d. A.N.
En utilisant
écrire l'équation bilan
5 × 12, 0 + 10 × 1, 0
de la réaction de combustion de cette substance lorsqu'on la brûle dans
4.4
L’équation
de laqu'il
réaction
de alors
combustion
du méthylbut-2-ène
du dioxygène,
sachant
se forme
du gaz carbonique
et de l'eau.est :
pent-2-ène
CH3
méthylbut-2-ène
C
H3C
CH3
C
H
10 CO2 + 10 H2O
L’ion strontium
5 points
Exercice
3:
Préparation
d'une solution
F Données
numériques
Onm(proton)
dissout du≈chlorure
de fer=solide
de manière
obtenir
m(neutron)
1,673(FeC
× 10l−27
kg de l'eau distillée
m(électron)
= 9,0à ×
10−31200
kg mL d'une solution de
3) dans
concentration C = 15,0 mmol / L.
Un ion dont le noyau a pour numéro atomique Z = 38 et pour nombre de masse A = 88, porte la charge
électrique +2 · e.
1. Peut-on qualifier la solution obtenue de solution aqueuse ? Justifier.
2. Déterminer la quantité de chlorure de fer qu'il a fallu dissoudre pour obtenir cette solution.
s’agit
d’un
cationpour
carfabriquer
il porte une
3. 5.1
DécrireIlles
étapes
à suivre
cettecharge
solutionpositive.
en précisant la verrerie utilisée.
4. 5.2
Calculer
concentration
massique
de=la 38
solution.
Lelanoyau
est constitué
de Z
protons et de A − Z = 88 − 38 = 50 neutrons. L’atome dont cet
ion est issu est constitué de Z = 38 électrons car l’atome
est électriquement neutre et possède donc autant
-1
Données
:
•
Masse
molaire
du
fer
:
55,6
g
⋅
mol
de charges positives (protons) que de charges négatives
(électrons). L’atome en question a perdu 2 électrons
• Masse
du chlore
:
35,5
⋅mol -1est donc constitué de 38 - 2 = 36 électrons.
pour former le
cation.molaire
Le nuage
électronique
degl’ion
1/2
5.3 À l’intérieur du noyau, seuls les protons sont chargés et portent chacun une chargé égale à +e. Donc
qnoyau = Z × e = 38 × e. Donc qnoyau = 38 × 1,6 × 10−19 = 6,1 × 10−18 C.
La valeur de la charge du noyau est de 6,1 × 10−18 C
.
5.4
Le noyau étant chargé positivement et les électrons étant chargés négativement, la masse de ces
particules étant extrêmement faible, c’est l’interaction électrostatique qui est prédominante à ce niveau.
5.5
Cette interaction est attractive puisque les charges de ces particules sont de signe opposé.
5.6 La charge du noyau est égale à +38e et celle d’un électron à −e. L’interaction électrostatique a pour
valeur :
|q − | × |qnoyau |
Fnoyau/e− = Fe− /noyau = k · e
d2
A.N. : Fnoyau/e− = k ·
−19 )2
e × 38e
9 · 38 × (1,6 × 10
=
9
×
10
soit Fnoyau/e− = 2,2 × 10−3 N .
d2
(2 × 10−12 )2
5.7
Deux isotopes ont même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. La charge du
noyau ne changerait pas, donc la valeur de la force électrostatique serait la même.
5.8 L’interaction responsable de la cohésion du noyau est l’interaction forte. Elle est attractive puisqu’elle
permet de vaincre les forces de répulsion électrostatique entre protons. Elle agit entre toutes les particules
du noyau (pas seulement entre les protons).
5.9 Il ne peut pas s’exercer ce type d’interaction (interaction forte) entre le noyau et les électrons car la
distance proton-électron considérée dans cet exercice est de 2 × 10−12 m, distance qui est très supérieure à
la portée de l’interaction forte qui est de 10−15 m.