Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

CHIMIE ET SPELEOLOGIE Dans le cadre d’un projet pluridisciplinaire sur le thème

CHIMIE ET SPELEOLOGIE Dans le cadre d’un projet pluridisciplinaire sur le thème de la spéléologie, des élèves de terminale doivent faire l’exploration d’une grotte où ils risquent de rencontrer des nappes de dioxyde de carbone CO2. A teneur élevée, ce gaz peut entraîner des évanouissements et même la mort. Le dioxyde de carbone est formé par action des eaux de ruissellement acides sur le carbonate de calcium CaCO3 présent dans les roches calcaires. Le professeur de chimie leur propose d’étudier cette réaction. Données : - température du laboratoire au moment de l’expérience : 25°C soit T = 298 K - masses molaires atomiques, en g.mol-1 :M(CaCO3) = 100 Dans un ballon, on réalise la réaction entre le carbonate de calcium CaCO3(s) et l’acide chlorhydrique (H3O+ (aq) + Cl– (aq)). Le dioxyde de carbone formé est recueilli par déplacement d’eau, dans une éprouvette graduée. Un élève verse dans le ballon, un volume VS = 100 mL d’acide chlorhydrique à 0,1 mol.L-1. A la date t=0s, il introduit rapidement dans le ballon 2,0 g de carbonate de calcium CaCO3(s) tandis qu’un camarade déclenche un chronomètre. Les élèves relèvent les valeurs du volume VCO2 de dioxyde de carbone dégagé en fonction du temps. Elles sont reportées dans le tableau ci- dessous. La pression du gaz est égale à la pression atmosphérique. t (s) 0 20 60 100 140 180 220 240 280 320 360 400 VCO2 (mL) 0 29 63 79 89 97 103 106 111 115 118 120 La réaction chimique étudiée peut être modélisée par l’équation : CaCO3(s) + 2 H3O+ (aq) = Ca2+ (aq) + CO2(g) + 3H2O(l) 1. Dresser le tableau d’avancement de la réaction. En déduire la valeur xmax de l’avancement maximum. Quel est le réactif limitant ? 2. Les élèves ont calculé les valeurs de l’avancement x à partir des mesures ci-dessus et reporté les résultats sur le graphe donné en annexe (à rendre avec la copie). a) Donner l’expression de la vitesse volumique de réaction en fonction de l’avancement x et du volume VS de solution. Comment varie la vitesse volumique au cours du temps ? Justifier à l’aide du graphe. b) Définir le temps de demi réaction t1/2. Déterminer graphiquement sa valeur sur l’annexe si l’on considère que la réaction est totale. 3. La température de la grotte qui doit être explorée par les élèves est inférieure à 25°C. a) Quel est l’effet de cet abaissement de température sur la vitesse volumique de réaction à la date t = 0 s ? b) Tracer, sur l’annexe, l’allure de l’évolution de l’avancement en fonction du temps dans ce cas. LES SONS CHEZ LES DAUPHINS Beaucoup d'animaux tels que les dauphins, les éléphants, et les chauves-souris utilisent des «sons» pour communiquer entre eux, chasser leur proie ou pour se localiser. Le cas des dauphins est particulièrement intéressant étant donné leur capacité à utiliser ce mode de « langage » presque à l'égal des humains comme le disent certains scientifiques. A – Généralités sur les sons Un son est un phénomène physique lié à la transmission d'un mouvement vibratoire. Tout objet susceptible de vibrer peut générer un son aussi longtemps que les vibrations sont entretenues. Pour entendre un son, il faut que les vibrations soient transportées jusqu'au récepteur par un milieu, par exemple l'air mais aussi les liquides et les solides. Les molécules du milieu qui reçoivent une impulsion sont mises en mouvement dans une certaine direction. Elles rencontrent d'autres molécules qu'elles poussent devant elles en formant ainsi une zone de compression. A la compression succède une détente et ainsi de suite: il s'établit alors une série d'oscillations qui se transmettent de proche en proche. 1. Définir une onde mécanique. 2. Un modèle permettant d'étudier la propagation des sons consiste à découper le milieu de propagation en tranches identiques susceptibles de se comprimer et de se détendre. On fait correspondre à chaque tranche un chariot et un ressort (voir figure 1 annexe).Une brève impulsion sur le premier chariot permet de simuler la propagation d'une onde. D'après le modèle, l'onde sonore est-elle longitudinale ou transversale ? Justifier la réponse. B – Le biosonar des dauphins: écholocalisation Le dauphin est un mammifère de la famille des cétacés. Il perçoit, comme l'homme, les sons ayant une fréquence de 20 Hz à 20 kHz. Il est aussi capable d'émettre et de capter des ultrasons lui permettant de se localiser par écho grâce à un sonar biologique. 1. Pour étudier expérimentalement les ultrasons produits par les dauphins, on dispose d'un émetteur et de deux récepteurs à ultrasons que l'on place dans un récipient rempli d'eau. L'émetteur génère une onde ultrasonore progressive et sinusoïdale. Un oscilloscope permet d'enregistrer les signaux détectés par chaque récepteur séparé d'une distance d égale à 12 mm, le récepteur 1 étant le plus proche de l'émetteur. On obtient l'oscillogramme de la figure 2 donné en annexe. a) Déterminer la fréquence des ondes ultrasonores émises. b) Quel est le retard que présente la détection des ondes au niveau du récepteur 2 par rapport au récepteur 1, sachant que ce retard est inférieur à la périodicité temporelle. En déduire la célérité des ondes ultrasonores dans l'eau. c) Définir puis calculer la longueur d'onde des ondes ultrasonores dans l'eau. Les dauphins n'émettent pas des ultrasons en continu mais des salves ultrasonores très brèves et puissantes appelées « clics ». Ces clics sont émis par séries formant un large faisceau appelé « trains de clics ». La durée d'un train de clics et le nombre de clics contenus dans le train dépendent de leur fonction: localisation du dauphin ou recherche de nourriture. On suppose que les clics d'un même train sont émis à intervalles de temps réguliers et ont la même fréquence. 2. Afin de se localiser, le dauphin émet d'autres clics de fréquence 50 kHz et de portée de plusieurs centaines de mètres. Ces clics, espacés de 220 ms se réfléchissent sur le fond marin ou les rochers et sont captés à leur retour par le dauphin. La perception du retard de l'écho lui fournit des informations concernant l'aspect du fond marin ou la présence d'une masse importante (bateau ou nourriture). La célérité des ultrasons dans l'eau salée à 10 m de profondeur est de 1530 m.s-1. a) La figure 3 (annexe) montre, pour un même train, les clics émis et reçus par écho. Déterminer l'intervalle de temps ∆t séparant l'émission d'un clic et la réception de son écho, sachant que ce retard est inférieur à la durée entre deux clics. b) En déduire la distance H à laquelle se trouve le dauphin du fond marin. ANNEXE Figure 1 1,5 1 0,5 0 - 0,5 - 1 - 1,5 émission réception amplitude Figure 3: localisation Correction Chimie et spéléologie 1) quantité de matière d’ions oxonium : n = C.VS = 0,100 × 0,1= 1.10–2 mol quantité de matière de carbonate de calcium : n = 3 CaCO M m = 100 0 , 2 = 2,0.10–2 mol 3) équation chimique CaCO3 (s) + 2 H3O+ (aq) = Ca2+ (aq) + CO2 (g) + 3 H2O(l) Etat du système Avancement (mol) Quantités de matière (mol) Etat initial xi = 0 2,0.10–2 1.10–2 0 0 Beaucoup En cours de transformation x 2,0.10–2 – x 1.10–2 – 2x x x Beaucoup Etat final (si totale) xmax 2,0.10–2 – xmax 1.10–2 – 2xmax xmax xmax Beaucoup Si CaCO3 est le réactif limitant alors 2,0.10–2 – xmax =0 donc xmax = 2,0.10–2 mol Si H3O+ est le réactif limitant alors 1.10–2 – 2xmax = 0 donc xmax = 5.10–3 mol Le réactif limitant est l’ion oxonium car il conduit à l’avancement maximal le plus faible, on a xmax = 5.10–3 mol. 2)a) v = dt dx VS . 1 dt dx est égal au coefficient directeur de la tangente à la courbe représentative x(t). Ce coefficient directeur diminue au cours du temps, donc la vitesse volumique de réaction diminue au cours du temps. b) Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l’avancement x est égal à la moitié de sa valeur finale. x ( t1/2) = 2 final x . On obtient t1/2 = 54 s (voir graphique précédent) 3)a) Si la température diminue alors la vitesse volumique de réaction à t= 0 s est plus faible. b) La valeur de l’avancement final n’est pas modifiée simplement il faut plus de temps (+ de 440s ) pour l’atteindre. Voir graphique. 0 = dt dx dt dx élevé dt dx diminue t1/2 6)b) attention, pour t = 500 s , la transformation n'est sans doute pas terminée LES SONS CHEZ LES DAUPHINS A - Généralités sur les sons 1. On appelle onde mécanique le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu sans transport de matière. 2. La compression et la dilatation du ressort sont horizontales, tout comme la direction de propagation de l'onde. L'onde sonore est une onde longitudinale: la direction de la perturbation est la même que la direction de propagation de l'onde. B- Le biosonar des dauphins: écholocation 1. Les fréquences uploads/Finance/ cccorec 1 .pdf