Devoir synthèse 3 – Sadiki - 2013DEVOIR DE SYNTHESE 3 COLLEGE SADIKI 13-05-2013 SCIENCES EXPERIMENTALES PROFS : FKI – ABID – HRIZI – CHERCHARI 3 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 ( Au 3+ +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 ( Al 3+ +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 K 2, 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 cicontre et aux bornes de laquelle est branché un voltmètre en série avec un interrupteur K1. IExpérience 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. IIExpérience 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 E 0 de la pile et des concentrations des ions Au 3+ 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. 4a- Calculer le potentiel standard du couple Au 3+/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 Au 3+/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) Justifier la discontinuité du spectre. Nous proposons de comprendre cette technique de datation. toujours pris dans son état fondamental.Le composé (D) à partir de (A). Page 2 sur 4 (4ème ScExp) .Sachant que l’atome de sodium est excité.0 nm ? b.6010 -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.Ecrire l’équation de la réaction qui permet d’obtenir : a.Le composé (B) à partir de (C).00 ev ? 4. 2.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. Exercice 2 (2pts) Soient les formules semi-développées de quatre composés organiques : O C2H5 (B) C CH2 CH3 C C O (C) NH Cl CH2 CH3 CH3 CH2 C (A) CH3 O O O (D) O CH3 CH2 C O CH3 1. expliquer ce qui se passe lors de son interaction avec l’électron.Devoir synthèse 3 – Sadiki . Au XIXe siècle. des scientifiques admettaient un âge d'environ 100 millions d'années. La détermination de l'âge de la Terre a commencé vers le XVI e siècle.Quel est le comportement d’un atome de sodium.0 nm. La découverte de la radioactivité.Indiquer à quelle variation d’énergie correspond. Préciser les niveaux d’énergie concernés. 2. Becquerel en 1896.Donner le nom et le groupe fonctionnel de chaque composé. c = 3.2013 N. on l'estimait alors autour de 5 000 ans. La datation à l'uranium .B : les volumes des deux compartiments restent constants au cours des expériences. 3. 1.s-1 et e = 1.l’atome de sodium. Physique (11 pts ) Exercice 1 ( 4 pts) Données : h = 6. a. l’émission de la raie jaune de longueur d’onde =589.00 ev.d’énergie 3. b.6210 -34 J. pris à l’état fondamental lorsqu’il reçoit un photon : a. b.de longueur d’onde =589.s . est heurté par un électron ayant une énergie cinétique Ec=3. bouleversa toutes les données connues. pour l’atome de sodium.0010 8 m. par H.plomb permit de déterminer assez précisément l'âge de la Terre. Qu'est-ce qu'un noyau radioactif ? b. stable.0508 4.2013 I. On donne : Symbole du noyau Masse du noyau (en u) 238 92 4 2 U A Z He 238. Dans la première étape. II. c. la quantité initiale N U(0) de noyaux d'uranium. et d'autre part que la quantité de plomb dans un minéral augmente proportionnellement à son âge relatif. 1. 1. L'équation de la réaction nucléaire est : 234 91 90Th 91 Pa 1 e a. Le noyau fils est du thorium (symbole Th). a-Prélever à partir du graphe.10-27 Kg et 1 ev = 1.6. b-Montrer que NU(t) vérifie l’équation différentielle dN U N U 0 avec est la constante dt radioactive de l’uranium 238. Étude de la famille uranium 238 – plomb 206 Le noyau d'uranium 238.Calculer l’énergie libérée au cours de cette désintégration en joule puis en Mev. Dans la deuxième étape.0015 Th 234. par une série de désintégrations successives.Donner le type de radioactivité correspondant à cette transformation et préciser son origine. (On ne tiendra pas compte de l'émission ). correspond à celui de la Terre.L'équation globale du processus de transformation d'un noyau d'uranium 238 en un noyau de 238 U 206 Pb x 0e y 4 He plomb 206 est : 92 82 1 2 Déterminer. Géochronologie : On a constaté d'une part. on peut déterminer l'âge du minéral à partir de la courbe de décroissance radioactive du nombre de noyaux d'uranium 238. a. On considère la courbe de décroissance radioactive du nombre NU(t) de noyaux d'uranium 238 dans un échantillon de roche ancienne. naturellement radioactif. (figure 1). Nous allons étudier ce processus. le noyau de thorium 234 se transforme en un noyau de protactinium 234 Pa 234 0 . en justifiant.sachant que . noté t Terre.dNU est le nombre de noyaux qui se désintègrent pendant l’intervalle de temps dt. un noyau d'uranium 238 92 U subit une radioactivité . en considérant qu'il n'y en avait pas initialement.Devoir synthèse 3 – Sadiki . 2. se transforme en un noyau de plomb 206. b.Écrire l'équation de la réaction nucléaire en précisant les règles utilisées.66. Si on mesure la quantité de plomb 206 dans un échantillon de roche ancienne. Page 3 sur 4 (4ème ScExp) . donc du même âge. Étudions un échantillon de roche ancienne dont l'âge. le nombre de désintégrations et – de ce processus.0436 1u = 1.10-19 J. contiennent de l'uranium 238 et du plomb 206 en proportions remarquablement constantes. que les minéraux d'une même couche géologique. NU(0) et Npb(tTerre). a. b.) b.e-t/.5.Établir la relation entre NU (tTerre).107 s. Calculer la quantité NU (tTerre) de noyaux d'uranium. d-Déterminer à partir du graphe la constante de temps de l’uranium 238.2013 c. 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.10 9 années. est égale à 2. Page 4 sur 4 (4ème ScExp) .Devoir synthèse 3 – Sadiki . l’activité initiale de l’uranium 238.Définir l’activité radioactive. en becquerel. Calculer T. 2. ( une année =365.1012 atomes.15.Déterminer graphiquement et par calcul l’activité de l’uranium à t=15. La quantité de plomb mesurée dans la roche à la date t Terre. retrouver la valeur de T graphiquement.3600 s = 3.Sachant que la solution de l’équation différentielle précédente s’écrit sous la forme N U(t)=B.25. Calculer. a. e-Définir la demie-vie T et établir une relation entre T et .24. 3.Déterminer l'âge tTerre de la Terre. 1 montrer que B= NU(0) et que . notée Npb(tTerre).