DEVOIR MAISON N°1 DE SCIENCES PHYSIQUES

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EXERCICE I : Solides et solutions ioniques
Le sulfate de fer et le chlorure de fer sont des solides ioniques contenant des ions Fe2+.
1) Donner les formules chimiques du sulfate de fer et du chlorure de fer, puis les notations des solutions aqueuses
correspondantes.
2) Le sel de Mohr, de formule chimique Fe(NH4 )2(SO4)2 , 6H2 O(S) , est un solide ionique hydraté souvent utilisé pour
3)
4)
5)
6)
préparer des solutions contenant des ions Fe2+(aq).
Quels sont les ions présents dans le sel de Mohr ?
Déterminer la quantité de matière de chaque sorte d'ions dans une mole de sel de Mohr.
Quelle est la concentration molaire en soluté apporté d'une solution de sel de Mohr préparée à partir de 1,57 g
de poudre pour 200 mL de solution ?
Déterminer la quantité de matière de chaque sorte d'ions présents dans la solution de sel de Mohr considérée en
établissant un tableau d'avancement de la réaction de dissolution (on ne prendra pas en compte la quantité de
matière d'eau apparaissant dans les produits de la réaction).
EXERCICE II : L e h a u t f o u r n e a u
Pour fabriquer 1 t de fer dans un haut fourneau, on brûle 170 kg de carbone en présence d'un excès de
dioxygène. La réaction chimique est représentée par l'équation suivante :
1)
C(s) + 0 2 (g) ----> CO2 (gaz)
À l'aide d'un tableau d'avancement, calculer la quantité de matière de dioxyde de carbone produite.
2)
Le dioxyde de carbone CO 2 est mis en contact, à la température de 750 K, avec 315 kg de carbone supplémentaire.
De l 'oxy de d e carbone CO est produ it. Donner l'équation de la réaction chimique.
3)
À l'aide d'un tableau d'avancement, déterminer le réactif limitant et en déduire un bilan de matière pour
cette deuxième réaction.
4)
Sachant que la pression est proche de 10 5 Pa, quel est le volume occupé par l'oxyde de carbone CO en
supposant qu'il se comporte comme le gaz parfait ?
5) Ce gaz est alors mis en contact avec le minerai de fer qui contient en particulier de l'oxyde de fer de formule Fe 2 O 3 .
On suppose que les seules espèces chimiques produites sont du fer Fe et du dioxyde de carbone. Quelle
est l'équation de cette réaction ?
6)
À l'aide d'un tableau d'avancement, vérifier que l'on est effectivement dans les conditions pour produire 1 t
de métal en supposant que suffisamment de minerai ait été introduit dans le haut fourneau.
EXERCICE III : Étude de la chute d'une goutte d'eau
4,5 points
Une goutte d'eau est supposée tomber dans l'air, sans vitesse initiale, à partir d'un point O choisi comme origine d'un axe Ox
vertical dirigé vers le bas.
A. Bilan des forces
Réaliser le bilan des forces s'exerçant sur la goutte dans le référentiel terrestre et représenter
les vecteurs forces sans souci d'échelle.
B. La poussée d'Archimède
Le dictionnaire énonce le principe d'Archimède :
« Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du fluide déplacé ».
1.
2.
3.
C.
La
1.
2.
3.
Quel est le fluide déplacé par la goutte d'eau sphérique ? En déduire le volume de fluide déplacé .
Quels sont la masse puis le poids du volume de fluide déplacé par la goutte, c'est-à-dire la poussée d'Archimède ?
Comparer au poids de la goutte et conclure.
La force de frottement
force de frottement est proportionnelle à la vitesse, f = k.v, de même direction et de sens contraire.
Calculer la valeur de cette force f lorsque la vitesse de la goutte vaut 10 m.s-1.
Comparer cette force au poids.
Faire la somme vectorielle des forces et en déduire la nature du mouvement de la goutte.
Données :Intensité de la pesanteur : g = 9,8 N.kg-1 ; volume d'une sphère :
4
3
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3
;
masse volumique de l'eau : ρeau = 1000 kg.m-3 ; masse volumique de l'air ρair = 1,3 kg.m-3.
Pour la goutte d'eau étudiée :
Rayon de la goutte : R = 0,5 mm ; Volume de la goutte : V = 5,2.10-10 m3 ;
masse de la goutte m = 5,2.10-7 kg ; coefficient de frottement fluide : k = 1,7.10-7 kg.s-1.