Classe 1ère S2 DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE – CHIMIE N°7 CHIMIE EXERCICE 1 : DETERMINATION DE LA TENEUR EN SOUFRE D’UN FIOUL La teneur massique maximale légale en soufre dans le fioul est de 0,3 %. Afin de déterminer la teneur en soufre d'un fioul, on en prélève m =100,0 g que l'on brûle complètement. Les gaz de combustion, uniquement constitués de dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre et d'eau, barbotent dans V0 = 500,0 mL d'eau. On admet que tout le dioxyde de soufre formé est dissous dans la solution. On prélève V= 10,0 mL de cette solution que l'on dose avec une solution de permanganate de potassium concentration C’ = 5,00. 10-3 mol.L-1 . On admet que seul le dioxyde de soufre est alors dosé. On obtient Veq = 12,5mL. Les couples mis en jeu lors du dosage sont SO42- / SO2 et MnO4- / Mn2+. 1- Décrire avec un schéma annoté le montage utilisé , en précisant le réactif titrant et la solution à doser. 2- Ecrire les demi-équations électroniques correspondant à chacun des couples impliquées dans la réaction d’oxydoréduction. Préciser l’oxydation , la réduction , l’ oxydant et le réducteur. En déduire l’équation–bilan de la réaction de dosage. 3- Quelles sont les caractéristiques de cette réaction de dosage ? 4- Comment repère-t’-on l’équivalence ? 5- A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer la relation liant les concentrations et les volumes des réactifs à l’équivalence. Déterminer la concentration C du dioxyde de soufre dans la solution. 6- Quelle est la quantité de dioxyde de soufre qui s'est dissoute dans V0 ? 7- En déduire le pourcentage massique en soufre du fioul. Est-il conforme à la législation ? PHYSIQUE EXERCICE 2 : ENERGIE POTENTIELLE ET ENERGIE CINETIQUE Un logiciel donne les courbes représentatives des énergies potentielle et cinétique d'une balle de masse 100 g, considérée comme un point matériel et lancée verticalement vers le haut à l'instant : t = 0. On donne g = 9,8 N.kg-1. le niveau de référence des énergies potentielles est le sol. 1-a) Parmi les figures représentées en annexe, quelle est celle qui correspond à la courbe représentative de l'énergie cinétique de la balle ? Justifier. b) Même question pour la courbe représentative de l'énergie potentielle de pesanteur. 2a- Tracer la courbe représentative de la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle de la balle sur l'un des graphiques ci-dessous. Que remarque-t-on? b- Existe-t-il des forces de frottements ? Justifier. 3- Déterminer la vitesse de la balle lorsqu'elle est au sommet de sa trajectoire . 4- Quelle est alors son altitude par rapport au sol, pris comme niveau de référence? E(J) 3 2,75 a 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 t(s) 0 E(J) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 3 2,75 2,5 b 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 EXERCICE 3 : DESCENTE OLYMPIQUE La piste de descente olympique "La face de Bellewarde", à Val d'Isère, est longue de 3000 m et présente un dénivelé de 900 m. Un skieur de masse m = 80 kg s'élance sans vitesse du sommet et descend la piste. On prendra g= 9,8 N.kg-1 1- En prenant pour origine de l'énergie potentielle la position du skieur à l'arrivée, calculer l'énergie potentielle de pesanteur du skieur au départ. 2- Quelle est la valeur de la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle du skieur au départ? 3- En supposant les frottements négligeables, quelle serait la vitesse du skieur en bas de la piste? 4- En réalité, la vitesse maximale enregistrée à l'arrivée est de 140 km.h-1 . Calculer : a. l'énergie cinétique du skieur à l'arrivée ; b. L’énergie mécanique au dépard et à l’arrivée. c. le travail des forces de frottement. CORRECTION DS N°7 : EXERCICE 1 : DETERMINATION DE LA TENEUR EN SOUFRE D’UN FIOUL 1- Solution de MnO4- (réactif titrant) C’ = 5.10-3mol/L Veq = 12,50 mL Solution de SO2 (solution à doser) C=? V = 10 mL 5 x (SO2 + 2H2O = SO42- + 2é + 4H+) oxydation 2 x (MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O) réduction 5SO2 + 10H2O + 2MnO4- + 16H+ 5SO42- + 20H+ + 2Mn2+ + 8H2O 5SO2 + 2H2O + 2MnO4- 5SO42- + 4H+ + 2Mn2+ 2- SO2 : réducteur MnO4- : oxydant 3- Cette réaction est totale, rapide et unique. 4- On observe un changement de couleur : on passe de l’incolore au violet persistant. 5SO2 MnO4EI n(SO2) = CV n(MnO4-) = C’V’ EF equiv CV – 5xmax = 0 C’Veq – 2xmax = 0 C' Veq xmax = CV 5 2 5C' Veq 55.10 312,5 Donx C = 1,56.10 2mol/L 2V 210 5- n(SO2) = CV0 = 1,56.10-2 x 0,5 = 7,81.10-3 mol. 6- n(S)tot = n(SO2) = 7,81.10-3 mol m(S)tot = n(S)tot x M(S) = 7,81.10-3 x 32,1 = 0,25g Donc 100g de Fioul contient 0,25g de S : %massique = 0,25% EXERCICE 2 : ENERGIE POTENTIELLE ET ENERGIE CINETIQUE Ec + Ep E(J) 1- a) La balle monte vers le haut puis redescent ; sa vitesse donc son Ec diminue dans un premier temps puis augmente dans un deuxième temps. C’est donc la courbe b qui représente l’énergie cinétique. b) La balle monte vers le haut puis redescent. Son altitude donc son Ep augmente dans un premier temps puis diminue. C’est donc la courbe a qui représente l’énergie potentielle. 2a- Elle est constante. b- Non, car l’Em est constante et donc la balle ne peut être soumis qu’à des forces, exceptée le poids, qui ne travaillent pas. 3- Au sommet de la trajectoire, Ec = 0 donc v = 0. Ep 4- Ep = mgz = 3J donc z = 3 = 3,1m. mg 0,19,8 3 2,75 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 t(s) 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 EXERCICE 3 : DESCENTE OLYMPIQUE 1- Ep = mgz = 80 x 9,8 x 900 = 7,1.105J 2- Au départ la vitesse est nulle donc Ec = 0 ; Ec + Ep = Ep = 7,1.10 5J 3- En bas de la piste, Ep = 0. Comme il n’y pas de frottement, la somme des énergie potentielle et cinétique reste constante donc Ec = 7,1.10 5J. 5 2Ec 27,1.10 = 1,3.102 m.s-1. m 80 2 4- a) Ec’ = 1/2mv = ½ x 80 x (140.103 / 3600)2 = 6.104 J b) Em(dépard) = Ec +Ep = 0 + 7,1.10 5 = 7,1.105J Em (arrivée) = Ec’ +Ep = 6.104 + 0 = 6.104 J c) W( f ) = Em = Em (arrivée) - Em(dépard) = 6.104 - 7,1.105 = - 6,5.105 J Ec = 1/2mv2 donc v = 0,8 0,9 1 1,1 1,2