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Contrôle commun de sciences physique 1ère S.
Le sujet consiste à étudier l’élément fer d’un point de vue de la physique et de la chimie à travers les exercices
suivants:
Exercice 1: Donnée:
Après avoir réalisé une solution de sulfate de fer , on y introduit de l’orthophénanthroline. Cette molécule s’associe
aux ions fer pour former une espèce colorée dont la structure est complexe, on nomme cette espèce : ion complexe
du fer ou ion complexe. La concentration C0en ion complexe dans la solution obtenue vaut 2,40.10-3 mol/L. On
réalise ensuite le spectre d’absorption de la solution obtenue, on obtient le spectre suivant:
1. Quelle est la couleur de la lumière absorbée par la solution ?
2. Quelle est la couleur de la solution obtenue ?
3. On réalise la même solution mais sa concentration en ion complexe vaut 8,25.10-4 mol/L. On utilise un colorimètre
pour mesurer l’absorbance de cette nouvelle solution. Le colorimètre éclaire la solution avec une radiation
monochromatique de longueur d’onde 500 nm. Que vaut l’absorbance de la nouvelle solution ?
Exercice 2: Donnée : 2655,8Fe
Le fer métallique Fe se désagrège quand on l’introduit dans une solution d’acide chlorhydrique (contient des ions
hydrogène H+et des ions chlorure Cl-); il se transforme en ions Fe2+ . La réaction produit en plus un gaz : du
dihydrogène. L’équation-bilan de la réaction est :
On introduit 1,00g de fer Fe dans un volume V=500mL d’une solution d’acide chlorhydrique dont la concentration ion
hydrogène H+vaut CH+= 2,00.10-1mol/L.
Fe(s) + 2H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g)
- Cercle des couleurs complémentaires (ou étoile chromatique) :

1. Déterminer la quantité de fer Fe introduit.
2. Déterminer la quantité d’ions H+introduits.
3. Dresser le tableau d’avancement.
4. Quel est le réactif en défaut ? Justifier.
5. Déterminer la concentration en ion fer CFe2+ dans la solution obtenue quand la réaction est terminée.
Exercice 3: Données:
- Loi de Wien:
- T(K) = T(°C) + 273
-
Dans une usine sidérurgique, lors d’une étape de la fabrication de l’acier, le fer utilisé doit être très chaud et à l’état
liquide; il émet alors de la lumière . Le spectre d’émission du fer à cette étape est donné ci-dessous:
1. Déterminer la température du métal liquide en °C.
2. Convertir les longueurs d’onde 0,50 µm et 2,00 µm en m. Convertir ensuite ces 2 longueurs d’onde en nm.
3. Quelle est la couleur approximative du métal liquide ? Justifier en analysant les radiations émises par le métal.
4. Quel type de radiations ce métal émet-il majoritairement ? (lumière visible ou UV ou infrarouge ou rayons X, …)
Justifier.
λ (μm)0,50 μm 1,00 μm 1,50 μm 2,00 μm
Intensité des radiations émises
λmax-= ––––––– avec T en kelvin (K) et λmax en m
2,90.10-3
T
λ(nm)
400 430 460 490 560 580 620 770
violet indigo bleu vert jaune orangé rouge

3. Comment nomme-t-on l’état de l’ion quand son énergie vaut E0?
4. Comment nomme-t-on l’état de l’ion quand son énergie vaut E1ou E2ou E3… ?
5. L’ion se trouve au niveau d’énergie E3, il se désexcite de ce niveau au niveau E1. Déterminer la valeur de la
longueur d’onde de la radiation émise par l’ion.
6. L’ion se trouve au niveau d’énergie E0, il reçoit un photon d’énergie 37,91 keV. Ce photon sera-t-il absorbé ou
transmis par l’atome ? Justifier.
7. On suppose que l’ion se trouve au niveau d’énergie E2et qu’il se désexcite au niveau E0, il émet alors un photon.
Représenter sur le diagramme énergétique ci-dessus cette transition énergétique.
Exercice 5:
Une personne utilise 2 méthodes originales pour faire des dessins.
1ère méthode:
La personne n’utilise que 3 encres colorées: jaune, cyan et magenta.
Elle fait des mélanges de couleurs en utilisant un compte gouttes.
1. Elle mélange 5 gouttes de jaune, 5 gouttes de cyan et 5 gouttes de magenta. Quelle couleur obtient-elle ? On
pourra répondre en faisant un schéma et en supposant que les encres se comportent comme des filtres colorés
traversés par de la lumière.
2. Même question mais la personne mélange 7 gouttes de cyan et 7 gouttes de magenta.
3. La personne aime la couleur orangée du fer rouillé, elle souhaite réaliser la couleur orange avec ces encres.
Comment procède-t-elle? On précisera le nombre de gouttes de chaque encre .
Exercice 4: Données:
- h = 6,63.10-34 m2kg / s
- 1 keV = 1,60.10-16 J
On considère des ions fer à l’état gazeux, on donne ci-contre un extrait du diagramme énergétique
de l’ion fer étudié.
1. Dans le gaz constitué d’ions fer, on crée une décharge électrique, les ions émettent alors de la
lumière. On décompose cette lumière, on obtient un certain spectre. Nommer le type de spectre
obtenu.
E en keV
E0=- 42,65 keV
E1= - 10,66 keV
E2=- 4,74 keV
E3=- 2,67 keV
2. On recommence une nouvelle expérience, on utilise le même gaz mais cette fois, on ne crée pas une décharge
électrique au sein du gaz. On fait passer de la lumière blanche à travers le gaz puis on décompose la lumière qui est
passée à travers le gaz. On obtient un spectre. Nommer le type de spectre obtenu.

Exercice 6: Donnée: 11H 714N
Une réaction très importante en chimie: La synthèse de l’ammoniac NH3.
L’ammoniac NH3est une molécule très utilisée en chimie, on l’utilise pour la fabrication de médicaments, colorants,
explosifs, …..
La réaction nécessite l’utilisation de fer, il permet d’accélérer la réaction mais il n’est pas consommé. Il n’apparaît pas
dans l’équation-bilan de la synthèse de l’ammoniac:
1. Combien de liaisons covalentes (doublets liants) et de doublets non-liants les atomes d’hydrogène H et d’azote N
forment-ils ?
2. Faire les représentations de Lewis (représenter les doublets non-liants s’ils sont présents) des molécules N2, H2et
NH3.
3. Quelle est la géométrie de la molécule NH3(coudée, plane, …) ?
Exercice 7:
On étudie une autre réaction importante en chimie organique: la déshydratation d’une molécule (suppression de
«H2O»). Cette fois la réaction n’est pas accélérée par du fer mais par un acide.
OH
CH
3
CH CH
2
CH
2
CH CH
3
CH
3
CH
3
CH CH
2
CH CH CH
3
CH
3
+
OH
2
1. Au cours de la réaction, il se forme 2 isomères de cette molécule : l’isomère Z et l’isomère E. Représenter ces 2
isomères et préciser s’il s’agit de l’isomère Z ou E.
2. Représenter la formule topologique du réactif et de l’isomère E formé.
2ème méthode:
La personne plante des punaises colorées sur une toile noire mate, puis éclaire sa toile avec une lumière blanche
puissante. Elle utilise des punaises de couleurs rouges , vertes et bleues. Les punaises éclairées diffusent la lumière
correspondant à leur couleur. Pour observer ses dessins, la personne se place à une vingtaine de mètres de ses
toiles, à cette distance les rayons colorés émis - par des punaises voisines – se superposent.
1. La personne forme un disque avec un mélange des 3 types de punaises: 5 rouges, 5 vertes et 5 bleues. Quelle
couleur observe-t-on quand on se place loin de la toile ?
2. Même question mais cette fois le disque est formé de 7 punaises rouges et 7 punaises vertes.
3. La personne aime la couleur orangée du fer rouillé, comment procède -t-elle pour réaliser la couleur orange ? On
précisera le nombre de punaises colorées utilisées.
4. Cette fois la personne forme un disque avec un mélange de 6 punaises bleues et 6 rouges puis elle éclaire sa toile
avec une lampe puissante jaune. Quelle couleur observera-t-elle ?
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)