Devoir n°1 de physique chimie. N (noyau) E (électron)

x
p
x
p
x
p
Devoir n°1 de physique chimie.
EXERCICE 1 : On réalise le mélange de m
Al
= 2,0 g d’aluminium en poudre et de m
S
= 3,0 g de soufre en fleur. On chauffe le mélange
sur une brique en terre réfractaire. L’équation de la réaction est la suivante : 2Al + 3 S  Al
2
S
3
a. Calculer les quantités initiales d’aluminium et de soufre.
b. Le mélange est-il stœchiométrique ?
c. Dresser le tableau d’avancement de la réaction.
d. Déterminer la valeur x
max
de l’avancement maximal.
e. Calculer la masse de sulfure d’aluminium Al
2
S
3
formé.
f. Calculer la masse finale du réactif en excès.
Données : M(Al) = 27,0 g.mol
-1
; M(S) = 32,1 g.mol
-1
EXERCICE 2 : On réalise la synthèse du gaz ammoniac NH
3
à partir de dihydrogène et de diazote.
a. Compléter la première ligne du tableau en ajustant les coefficients stœchiométriques de l’équation de la réaction.
b. On dispose initialement de 2,0 mol de dihydrogène et de 4,0 mol de diazote. Compléter le tableau d’avancement de la
réaction.
N
2
+ H
2
 NH
3
Etat initial
d’avancement x = 0 mol
Etat intermédiaire
d’avancement x
c. La réaction étant réalisée à volume constant V
0
, exprimer, à l’état initial, la pression p
0
du mélange gazeux en fonction de la
température T. On assimilera le mélange gazeux à un gaz parfait.
d. Donner l’expression de la quantité totale du gaz, n
T
= n(H
2
) + n(N
2
) + n(NH
3
), lorsque l’avancement est x.
e. Exprimer la pression p du mélange gazeux lorsque l’avancement de la réaction est x, en fonction de T, x et V
0
.
f. Quel graphe convient pour représenter p = f(x) ?
EXERCICE 3 :
Le tube à essai en verre V (isolant) et la règle R en aluminium
(conducteur) sont posés sur un support isolant P en polystyrène.
On approche, de l’extrémité A, un tube en PVC chargé négativement.
1. Le tube en PVC porte-t-il un excès ou un défaut
d’électrons ?
2. Indiquer, dans chaque cas, comment réagit le
pendule. Justifier les réponses.
EXERCICE 4 : un article scientifique, l’expérience de Rutherford.
En 1911, Ernest Rutherford bombarde de très minces feuilles métalliques avec des particules α, chargées électriquement
(positivement). Il montre que l’atome se comporte, en fait, comme une véritable passoire. En effet, les particules projectiles traversent
la matière comme si de rien n’était, sauf celles qui ricochent sur des sortes de « points durs » qu’on appellera par la suite les noyaux
atomiques. Peu après ces expériences, Rutherford propose un modèle planétaire de l’atome, semblable à un système solaire
miniature où les électrons se déplacent autour du noyau sur des orbites analogues à celles des planètes autour du Soleil. La force
électrique attractive « remplace » la force d’attraction exercée par le Soleil sur les planètes. La représentation actuelle de l’atome est
plus complexe, les électrons n’ayant pas des trajectoires bien définies.
D’après Science et vie, Etienne Klein, mai 1993.
1. Dans ce commentaire de l’expérience de Rutherford, il est dit que des particules α ricochent sur des « points durs ».
a. Les points durs sont des noyaux d’or. Quelle est la valeur de la charge q portée par un noyau d’or ?
b. Quel type d’interaction existe-t-il entre les particules α et les noyaux d’or ?
2. Dans ce texte, on peut aussi lire que « la force électrique attractive "remplace" la force d’attraction exercée, par le Soleil sur
les planètes ».
a. Calculer la valeur de la force d’interaction gravitationnelle qui existe entre le noyau de l’atome d’or et l’un des
électrons de cet atome situé à sa périphérie.
b. Calculer la valeur de la force d’interaction électrique qui existe entre le noyau de l’atome d’or et le même électron
périphérique.
c. Sur le schéma ci-dessous, représenter les forces d’interaction électrique F
N/E
et F
E/N
entre le noyau d’or et cet
électron périphérique. On prendra l’échelle : 1 cm pour 3x10
-7
N.
d. Comparer la valeur des forces d’interaction gravitationnelle et électrique entre le noyau d’or et un atome
périphérique. Le terme « remplace » est-il bien choisi ?
Données : numéro atomique de l’or Z = 79 ; rayon atomique de l’or : r = 1,4x10
-10
m ; masse d’un nucléon : m
p
= 1,67x10
-27
kg ; masse
d’un électron : m
e
= 9,1x10
-31
kg : charge élémentaire : e = 1,6x10
-19
C ; constante de gravitation : G =6,67x10
-11
SI ; constante de la loi
de Coulomb : k = 9,0x10
9
SI.
N (noyau)
E (électron)