chimie

Classe 1ère S4
DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE CHIMIE N°8
CHIMIE
Exercice 1 :
1. L'ion dichromate Cr2O72 -, de couleur jaune-orangé, est un oxydant en solution aqueuse.
Son réducteur conjugué, en milieu acide, est l'ion chrome (III) Cr3+, de couleur verte.
a. Ecrire le couple précédent.
b. Ecrire la demi-équation d'oxydo-réduction correspondante à ce couple en milieu acide.
2. Quand on verse une solution acidifiée de sulfate de fer (II) dans une solution de dichromate de potassium,
on observe un changement de couleur de la solution initialement présente (celle-ci passe du jaune au vert).
a) Ecrire l'équation de dissolution du sulfate de fer FeSO4(s) dans l'eau qui a eu lieu lors de la préparation de
la solution.
b) Quel est le rôle (oxydant ou réducteur) que doit jouer l'ion fer(II) Fe2+ pour réagir avec l'ion dichromate
Cr2O72 - ? Expliquer.
c) Choisir alors le couple qui va intervenir entre Fe2+/Fe et Fe3+/Fe2+.
d) Ecrire l'équation d'oxydoréduction qui correspond à cette réaction en milieu acide.
e) Expliquer pourquoi on a acidifié la solution de sulfate de fer.
Exercice 2 : Détermination de la formule d'un hydrate
Le sulfate de fer(II) se présente sous la forme de cristaux verts de formule FeSO4, n H2O. Pour cela, on
prépare une solution S de ce sulfate de fer :
On dissout une masse m = 3,00 g de sulfate de fer(II) dans 100mL d’eau distillée.
1. Comment peut-on caractériser la présence d'ions fer(Il) dans S ?
2. On veut déterminer la concentration molaire en ions fer(II) de la solution S à l'aide d'une solution acidifiée
de permanganate de potassium (K+(aq) + MnO4(aq)), de concentration C' = 2,00.10-2 mol.L-1.Le volume de S
utilisé vaut V= 10,0 mL.
Le volume de permanganate de potassium versé à l'équivalence vaut V’eq =10,8 mL.
L’équation de réaction de dosage est la suivante :
MnO4- + 8H+ + 5Fe2+  Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+
a) Dessiner et annoter le dispositif expérimental nécessaire. Quel sera le changement de couleur observé à
l’équivalence ? Justifier.
Rappel : La solution de permanganate de potassium est de couleur violette. La solution de sulfate de fer est
incolore.
b) Etablir un tableau donnant l’évolution de la réaction à l’équivalence en utilisant nMnO4- et nFe2+.Ecrire la
relation entre les quantités de réactifs à l’équivalence.
c) Déterminer la quantité d'ions Fe2+ titré puis la quantité d'ions Fe2+ présents dans les 100mL de solution S
préparée.
3. On veut déterminer le nombre entier n dans la formule FeSO4,nH2O du sulfate de fer.
A l’aide de la réponse à la question précédente et de la masse de sulfate de fer utilisée pour préparée la
solution S, déduire la valeur du nombre n.
Données : masses atomiques molaires en g.mol-1 : M(Fe) = 55, 8 M(S) = 32,1 M(O) = 16,0 M(H) = 1,00
PHYSIQUE
Exercice 1 : Pendule
Un pendule constituée d'un solide de masse m = 35 g est suspendu depuis un
point O par un fil de longueur l= 90 cm.
On écarte le pendule de la position d'équilibre d'un angle α = 30 ° par rapport à
la verticale. On appelle A ce point. On lance le solide avec une certaine vitesse vA.
Le solide effectue un mouvement circulaire, le fil reste constamment tendu.
On donne g = 9,8 N.kg-1 . La référence sera prise au point B, le point le plus bas.
La vitesse en B est de vB = 2,0 m.s-1
O
α
A
B
1. Exprimer et calculer l'altitude du point A
2. En déduire la valeur de l'énergie potentielle en A.
3. Le travail de la force de tension est nul tout au long du mouvement. Démontrer que le système est
conservatif .
4. Calculer la valeur de la somme de l'énergie cinétique et l'énergie potentielle.
5. En déduire vA.
6. Le solide va-t-il s'arrêter lors de la phase de remontée ou va-t-il passer le "sommet" du cercle sans s'arrêter
? Justifier.
Exercice 2 : Pistolet à fléchettes
Lorsqu'on fait varier la longueur d'un ressort, à partir du repos, de la valeur L, l'énergie stockée par ce ressort
est donné par l'expression U = ½ k L2 . k désigne la constante de raideur du ressort (unité N.m-1).
Frédéric lance horizontalement des fléchettes de masse m = 0,050 kg à l'aide d'un pistolet à ressort. Le ressort, de
constante de raideur k = 220 N.m-1 , est comprimé de 0,15m au début d'un tir. La flèche se sépare du ressort lorsque ce
ci a atteint sa position de repos. Le ressort reste ensuite pratiquement immobile.
1. Décrire les échanges d'énergie concernant le ressort en le début et la fin du tir. Représenter ces échanges à l’aide d’un
diagramme.
2. La fléchette emmagasine-t-elle de l’énergie ? Si non que fait-elle de l’énergie reçue ?
3. Déterminer, en l'absence de frottements,
a) l’énergie stockée par le ressort ;
b) l’énergie cinétique de la flèche lorsqu’elle se sépare du ressort ;
c) la vitesse avec laquelle la flèche se sépare du ressort.
Correction DS 8
CHIMIE
Exercice 1 :
1. a. Cr2O72 - / Cr3+
b. Cr2O72 - + 14H+ + 6é  2Cr3+ + 7H2O
2. a. FeSO4(s)  Fe2+(aq) + SO42-(aq)
b. L’ion dichromate est un oxydant, il va donc réagir avec un réducteur ; Fe2+ sera donc un réducteur.
c. On choisit le couple Fe3+/Fe2+ car Fe2+ y est réducteur.
d.
6 x (Fe2+  Fe3+ + é)
Cr2O72 - + 14H+ + 6é  2Cr3+ + 7H2O
2+
6Fe + Cr2O72 - + 14H+  6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
e. On a acidifié le milieu car la réaction nécessite la présence d’ions H+.
Exercice 2 :
1. En présence d’une solution de soude, les ions Fe2+ donne un précipité vert.
2. a)
Avant l’équivalence, la solution est
Solution de (K+(aq) + MnO4(aq))(réactif
incolore (les ions permanganate violets
versés sont immédiatement consommés
par les ions Fe2+ donc la solution reste
incolore).
Après l’équivalence, la solution est
violette (les ions Fe2+ ont disparu et on
continue d’ajouter des ions permanganate
violets qui ne sont plus consommés).
titrant)
V’eq = 10,8mL C’ = 2,00.10-2 mol/L-1
Veq = 12,50 mL
Solution de sulfate de fer (solution à
doser)
V = 10,0mL
C=?
V = 10 mL
b)
MnO4+
5Fe2+
+ 8H+ 
nMnO4nFe2+
nMnO4- – x = 0
nFe2+ – 5x = 0
0
0
Mn2+
0
x
xmax
+
5Fe3+
0
5x
5xmax
+ 4H2O
EI
E inter
E fin
(eq)
On a donc xmax = nMnO4- = nFe2+/5.
c) Dans 10 mL de solution dosée : nFe2+ = 5nMnO4- = 5 x C’ x V’eq = 5 x 2,00 x 10,8.10-3 = 1,08.10-3 mol.
Dans 100mL de solution préparée : n0Fe2+ = 10 nFe2+ = 10 x 1,08.10-3 = 1,08.10-2 mol.
3. M(FeSO4,nH2O) = m/ n0Fe2+ = 3,00/1,08.10-2 = 2,78.102 g.mol-1.
M(FeSO4,nH2O) = M(Fe) + M(S) + 4xM(O) + n x(2xM(H) + M(O)
= 55,8 + 32,1 + 4x16 + nx(2x1,0 + 16)
= 152 + 18n
On a 152 + 18n = 2,78.102
donc n = (2,78.102 – 152)/18 = 6,99 comme n est un entier n = 7
PHYSIQUE
O
Exercice 1 : Pendule
1. zA = l - lcos α = l(1-cos α) = 0,90 x (1-cos30) = 0,12 m
2. EpA = mgzA = 0,035 x 9,8 x 0,12 = 0,041J
3. La seule force qui travaille sur le parcours AB est le poids or
α


EcAB = WAB( P ) (th de l’Ec)
et
EpAB = - WAB( P )
On a donc EcAB = - EpAB
A
EcB – EcA = - ( EpB – EpA) = EpA - EpB
EcB + EpB = EcA + EpA
B
On a donc conservation de la somme des énergies cinétiques et potentielles.
2
2
4. EcB + EpB = 1/2mvB + 0 = ½ x 0,035 x 2,0 = 0,070J
5. EcA + EpA = 0,070
1/2mvA2 + EpA = 0,070
2(0,070EpA) 2(0,0700,041)
vA =
=1,3m.s-1

m
0,035
6. On calcule l’altitude du point C tel que vc = 0.
Ecc + Epc = 0,070
0 + mgzc = 0,070
zc = 0,070/mg = 0,070/(0,035x9,8) = 0,20m < 0,90m donc le solide va s'arrêter lors de la phase de remontée.
Exercice 2 : Pistolet à fléchettes
1. Un travail mécanique transfère de l’énergie au ressort. Le ressort emmagasine cette l’énergie : son énergie
interne augmente lorsqu’il se comprime.
Lors de la détente, cette énergie interne diminue et est transférée à la fléchette sous forme de travail.
U
Opérateur
Wm
Wm
0
Situation 2(a)
Ec
U
Ressort
0
Ressort
0
Fléchette
Situation 2(b)
2. La fléchette n’emmagasine aucune énergie. Elle transforme l’énergie reçue en énergie cinétique.
3. a) Energie du ressort : U = ½ k L2 = ½ x 220 x 0,152 = 2,5J.
b) Cette énergie se transforme en énergie cinétique Ec = 2,5J.
c) Ec = 1/2mv2 donc v = 2Ec  22,5 =10m.s-1
m
0,05