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Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2013 Le sujet comporte 4 pages numérotés de 1/4 à

Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2013 Le sujet comporte 4 pages numérotés de 1/4 à 4/4 Chimie ( 9 points ) Exercice 1 (7 pts) On dispose du matériel suivant : - Un petit bécher contenant un volume V1=20 mL de solution de nitrate d’or ( Au3+ +3 NO3 -) de concentration molaire C1=10-3 mol.L-1. (Au : symbole de l’or ). - Un petit bécher contenant un volume V2=20 mL de solution de nitrate d’aluminium ( Al3+ +3 NO3 -) de concentration molaire C2=1 mol.L-1. - Un fil d’or de masse m1=2 g et un fil d’aluminium, bien décapés et reliés à un interrupteur K2, un ampèremètre et un conducteur ohmique R. - Un pont salin contenant une solution saturée de chlorure de potassium KCl. On construit une pile dont le schéma est donné ci- contre et aux bornes de laquelle est branché un voltmètre en série avec un interrupteur K1. I- Expérience 1 : On ferme l’interrupteur K2 et on ouvre K1, l’ampèremètre indique un courant électrique dans le sens de l’or vers l’aluminium. 1- Donner la définition d’une pile. 2- Préciser le sens de circulation des électrons dans le circuit extérieur. 3- Interpréter alors le fonctionnement de la pile en écrivant les deux demi-équations aux électrodes. Déduire le sens de la transformation spontanée qui se produit dans la pile. 4- Quel est le rôle du pont salin ? préciser le sens de mouvement des porteurs de charge dans le pont salin. 5- En fermant l’interrupteur K1, la tension mesurée par le voltmètre est-elle inférieure, égale ou supérieure à la fem de la pile. Justifier la réponse. II- Expérience 2 : On ferme l’interrupteur K1 et on ouvre K2, le voltmètre indique une tension électrique égale à - 3,1 V. 1- Que représente cette tension ? écrire son expression en fonction de la fem standard E0 de la pile et des concentrations des ions Au3+ et Al3+. 2- Ecrire l’équation chimique associée à la pile. 3- Dans quel sens évolue spontanément la réaction dans la pile. Ce sens est-il en accord avec celui déterminé dans la partie I-/ question 3. 4- a- Calculer le potentiel standard du couple Au3+/Au, sachant que E0(Al3+/Al)= - 1,662 V. comparer le pouvoir oxydant des deux couples. b- Donner, avec toutes les précisions possibles, le schéma de la pile qui permet de mesurer le potentiel standard du couple Au3+/Au. 5- On laisse fonctionner la pile pendant une durée suffisamment longue pour que la pile ne débite plus de courant. Calculer dans ces conditions : a- La constante d’équilibre K relative à l’équation chimique associée à la pile. b- La concentration des ions Al3+ et des ions Au3+ à la fin de la réaction. c- La masse du fil d’or. On donne masse molaire de l’or : 197 g.mol-1. d- La concentration des ions chlorures Cl- dans la demi-pile de droite. Page 1 sur 4 (4ème ScExp) COLLEGE SADIKI 13-05-2013 DEVOIR DE SYNTHESE 3 PROFS : FKI – ABID – HRIZI – CHERCHARI 3 SCIENCES EXPERIMENTALES Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2013 N.B : les volumes des deux compartiments restent constants au cours des expériences. Exercice 2 (2pts) Soient les formules semi-développées de quatre composés organiques : 1- Donner le nom et le groupe fonctionnel de chaque composé. 2- Ecrire l’équation de la réaction qui permet d’obtenir : a- Le composé (D) à partir de (A). b- Le composé (B) à partir de (C). Physique (11 pts ) Exercice 1 ( 4 pts) Données : h = 6,6210 -34 J.s ; c = 3,0010 8 m.s-1 et e = 1,6010 -19 C L’analyse du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de sodium révèle la présence de raies de longueurs d’onde bien définies. 1- Justifier la discontinuité du spectre. 2- Indiquer à quelle variation d’énergie correspond, pour l’atome de sodium, l’émission de la raie jaune de longueur d’onde =589,0 nm. Préciser les niveaux d’énergie concernés. 3- Quel est le comportement d’un atome de sodium, pris à l’état fondamental lorsqu’il reçoit un photon : a- de longueur d’onde =589,0 nm ? b- d’énergie 3,00 ev ? 4- l’atome de sodium, toujours pris dans son état fondamental, est heurté par un électron ayant une énergie cinétique Ec=3,00 ev. a- Sachant que l’atome de sodium est excité, expliquer ce qui se passe lors de son interaction avec l’électron. b- Quelle est l’énergie cinétique de l’électron après son interaction avec l’atome de sodium ? Exercice 2 ( 7 points) L’ÂGE DE LA TERRE. La détermination de l'âge de la Terre a commencé vers le XVIe siècle, on l'estimait alors autour de 5 000 ans. Au XIXe siècle, des scientifiques admettaient un âge d'environ 100 millions d'années. La découverte de la radioactivité, par H. Becquerel en 1896, bouleversa toutes les données connues. La datation à l'uranium - plomb permit de déterminer assez précisément l'âge de la Terre. Nous proposons de comprendre cette technique de datation. Page 2 sur 4 (4ème ScExp) C O Cl C2H5 C O O CH2 CH3 CH3 O C O CH2 CH3 O C CH2 CH3 C O NH CH2 CH3 CH3 (B) (A) (C) (D) Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2013 I. Étude de la famille uranium 238 – plomb 206 Le noyau d'uranium 238, naturellement radioactif, se transforme en un noyau de plomb 206, stable, par une série de désintégrations successives. Nous allons étudier ce processus. (On ne tiendra pas compte de l'émission  ). 1. Dans la première étape, un noyau d'uranium 238 92U subit une radioactivité . Le noyau fils est du thorium (symbole Th). a- Qu'est-ce qu'un noyau radioactif ? b- Écrire l'équation de la réaction nucléaire en précisant les règles utilisées. c- Calculer l’énergie libérée au cours de cette désintégration en joule puis en Mev. On donne : Symbole du noyau 238 92U 4 2He A ZTh Masse du noyau (en u) 238,0508 4,0015 234,0436 1u = 1,66.10-27 Kg et 1 ev = 1,6.10-19 J. 2. Dans la deuxième étape, le noyau de thorium 234 se transforme en un noyau de protactinium 234 91Pa . L'équation de la réaction nucléaire est : 234 234 0 90 91 1 Th Pa e    a- Donner le type de radioactivité correspondant à cette transformation et préciser son origine. b- L'équation globale du processus de transformation d'un noyau d'uranium 238 en un noyau de plomb 206 est : 238 206 0 4 92 82 1 2 U Pb He x e y     Déterminer, en justifiant, le nombre de désintégrations  et – de ce processus. II. Géochronologie : On a constaté d'une part, que les minéraux d'une même couche géologique, donc du même âge, contiennent de l'uranium 238 et du plomb 206 en proportions remarquablement constantes, et d'autre part que la quantité de plomb dans un minéral augmente proportionnellement à son âge relatif. Si on mesure la quantité de plomb 206 dans un échantillon de roche ancienne, en considérant qu'il n'y en avait pas initialement, on peut déterminer l'âge du minéral à partir de la courbe de décroissance radioactive du nombre de noyaux d'uranium 238. Étudions un échantillon de roche ancienne dont l'âge, noté tTerre, correspond à celui de la Terre. 1. On considère la courbe de décroissance radioactive du nombre NU(t) de noyaux d'uranium 238 dans un échantillon de roche ancienne. (figure 1).sachant que - dNU est le nombre de noyaux qui se désintègrent pendant l’intervalle de temps dt. a-Prélever à partir du graphe, la quantité initiale NU(0) de noyaux d'uranium. b-Montrer que NU(t) vérifie l’équation différentielle 0   U U dN N dt  avec  est la constante radioactive de l’uranium 238. Page 3 sur 4 (4ème ScExp) Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2013 c- Sachant que la solution de l’équation différentielle précédente s’écrit sous la forme NU(t)=B.e-t/, montrer que B= NU(0) et que 1   . d-Déterminer à partir du graphe la constante de temps  de l’uranium 238. e-Définir la demie-vie T et établir une relation entre T et . Calculer T. retrouver la valeur de T graphiquement. 2. La détermination du nombre de noyaux d’uranium 238 est effectuée à l’aide d’un compteur de geiger muller qui mesure l’activité d’un échantillon d’une substance radioactive. a- Définir l’activité radioactive. Calculer, en becquerel, l’activité initiale de l’uranium 238. ( une année =365,25.24.3600 s = 3,15.107 s.) b- Déterminer graphiquement et par calcul l’activité de l’uranium à t=15.109 années. 3. La quantité de plomb mesurée dans la roche à la date tTerre, notée Npb(tTerre), est égale à 2,5.1012 atomes. a- Établir la relation entre NU (tTerre), NU(0) et Npb(tTerre). Calculer la quantité NU (tTerre) de noyaux d'uranium. b- Déterminer l'âge tTerre de la Terre. Page 4 sur 4 (4ème ScExp) uploads/Geographie/ ds3-4eme-sadiki-13-scexp.pdf