DTL de Physique-chimie N°4

CLASSE DE TERMINALE D.T.L. de PHYSIQUE-CHIMIE N°4
P.E. BONNEAU ANNEE 2005-2006 Page 1/12
Nom : Classes de TS1
Prénom : le 20/05/2006
D.T.L. de Physique-chimie N°4
Durée : 3H00 - Coefficient 2
Calculatrice autorisée – Documents interdits
Ce sujet comporte 12 pages
TOUTES LES PAGES DU SUJET DOIVENT OBLIGATOIREMENT ETRE RENDUES
La rédaction s’effectue sur le sujet lui-même.
Exercice n°1 (4,5 points) : A propos de l’électrolyse
Cet exercice est un QROC (questions à réponses ouvertes et courtes). Toute réponse doit
être accompagnée de justifications ou de commentaires brefs (définitions, calculs, exemples
ou contre- exemples...).
I ) Dans l'industrie monétaire, on cuivre une rondelle d'acier appelée flan pour obtenir
certaines pièces de monnaie comme les pièces de 1, 2 et 5 centimes d'euros.
Après avoir subi plusieurs dégraissages chimiques et électrolytiques, suivis de différents
rinçages, le cuivrage du « flan » s'effectue par électrolyse d'une solution de nitrate de
cuivre (II) ( Cu2+(aq) + 2 NO3-(aq) ).
1) (0,5 pt) L'électrolyse est :
a) Une transformation chimique forcée ;
b) Une transformation chimique spontanée.
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2) (0,5 pt) La demi-équation électronique modélisant la réaction qui a lieu au niveau de la
rondelle métallique est :
a) Cu(S) = Cu2+(aq) + 2 e- ;
b) Cu2+(aq) + 2 e- = Cu (S) ;
c) NO3-(aq) + 4 H3O+(aq) + 3e- = NO(g) +6 H2O(l) .
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3) (0,5 pt) Cette rondelle est reliée :
a) à la borne + du générateur de tension continue ;
b) à la borne - du générateur de tension continue.
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4) (0,5 pt) Ce « flan » constitue donc :
a) l'anode de l'électrolyseur ;
b) la cathode de l'électrolyseur
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5) (0,5 pt) Pour maintenir constante la concentration en ions cuivre II ( Cu2+) dans
l'électrolyte :
a) on place une électrode de cuivre à l'anode ;
b) on place une électrode de cuivre à la cathode ;
c) on rajoute de l'eau pure dans l'électrolyseur.
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II ) En fait, le cuivrage s'effectue, à 60°C, sur un tonneau dans lequel peut se trouver
80 kg de rondelles d'acier, soit environ 18000 rondelles.
Pour une pièce de 5 centimes d'euros, la surface totale (les deux faces incluses !) à cuivrer
est d'environ 9,2 cm2 et on souhaite que l'épaisseur du dépôt soit d'au moins 25  m ± 5  m.
Données : Masse volumique du cuivre :  = 8960 kg .m-3.
Masses molaires atomiques : M(Cu) = 63,5 g.mol-1 , M(O) = 16,0 g.mol-1 , M(N) = 14,0 g.mol-1
Charge d'une mole d'électrons : 1 F = 96500 C
1) (0,5 pt) La masse de cuivre à déposer, sur une rondelle d'acier, est de :
a) 20,6 g ;
b) 2,06.10-4 kg ;
c) 206 mg.
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2) (0,5 pt) Pour le lot de 80 kg, il faut donc une quantité de cuivre d'environ :
a) 3,71.102 kg;
b) 3,71 kg ;
c) 16,5 g.
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3) (0,5 pt) La quantité d'électricité qui doit circuler pour réaliser ce dépôt est de :
a) 1,13.107 C;
b) 1,13.109 C;
c) 5,02.104 C.
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4) (0,5 pt) L’intensité du courant est constante et égale à 1200 A. La durée de l'opération est
donc d'environ :
a) 15700 min ;
b) 157 min;
c) 41,8 s.
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Exercice n°2 (7,5 points) : Bizarre,bizarre…..
Cet exercice est construit autour de deux phénomènes surprenants :
- en chimie avec la présentation de deux produits salissants qui peuvent, en s'alliant, donner
un produit nettoyant ;
- en physique avec l'étude d'un dispositif permettant de produire une lumière visible à partir
d'un rayonnement invisible.
Les parties 1. et 2. sont indépendantes.
1. Quand la cendre et le suif s'emmêlent...
Il y a quelques décennies, les femmes lavaient le linge au lavoir en utilisant un mélange de suif
(graisse animale) et de cendre. On cherche à comprendre ici comment ces deux produits
salissants permettent le nettoyage.
1.1. (0,5 pt) La cendre.
Les cendres étaient recueillies dans un pot et mélangées à de l'eau. La cendre de bois
contient de la potasse KOH.
Sachant que la potasse contient des ions potassium K+ , écrire l'équation traduisant la
réaction associée à la dissolution de la potasse: solide dans l'eau.
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1.2. Le suif.
Le suif est composé majoritairement de tristéarate (ou octadécanoate) de glycéryle dont la
formule est:
1.2.1. (0,5 pt) À quelle famille chimique appartient le tristéarate de glycéryle ? Recopier la
formule et entourer les groupes caractéristiques (ou fonctionnels) correspondant à cette
famille.
1.2.2. (1,5 pt)Donner la formule de l'acide (sans le nommer), ainsi que la formule et le nom
de l'alcool nécessaires pour fabriquer le tristéarate de glycéryle. Comment se nomme
cette réaction ?
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1.3. Le mélange de suif et de cendre...
1.3.1. (1 pt) En utilisant les formules semi-développées, écrire l'équation chimique de la
réaction modélisant la transformation lors du mélange de suif et de cendre.
CH2  O  C C17H35
CH  O  C – C17H35
CH2  O  C – C17H35
O
O
O

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1.3.2. (0,5 pt) Par cette réaction, on obtient un savon qui a des propriétés nettoyantes.
Ce produit possède une partie hydrophile et une partie lipophile.
Identifier la partie hydrophile (sur schéma question 1.3.1.) de l'ion négatif contenu dans ce
savon et préciser la définition du terme « hydrophile » .
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2. Principe de fonctionnement d'un tube fluorescent.
Le tube fluorescent étudié est constitué d'un cylindre de verre qui contient un gaz à basse
pression. La paroi intérieure du cylindre est recouverte d'une poudre fluorescente. Lorsque le
tube est mis sous tension, une décharge électrique se produit: des électrons circulent dans le
gaz entre les deux électrodes. Les électrons bombardent les atomes gazeux et leur cèdent
de l' énergie.
Le schéma simplifié du circuit est donné ci-dessous :
2.1. (0,25 pt) On donne en annexe les spectres, dans le visible, des lumières émises par deux
tubes fluorescents et deux lampes (une lampe à vapeur de mercure et une lampe à vapeur de
sodium) vendus dans le commerce.
Quel est le gaz contenu dans les tubes 1 et 2 ? Justifier.
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G
paroi du tube
poudre fluorescente
électrode