EXERCICE I Chimie et mouvement pour un projet scientifique (5,5 ...
Étude de la transformation chimique. 1.1. ... Quantité de matière initiale des
réactifs : ... Le temps de demi-réaction t1/2 est la durée pour laquelle l'
avancement atteint la ... Lorsque le régime permanent R2 est atteint, la valeur de
la vitesse est ... 3.3. a) "La bille est lâchée sans vitesse initiale" correspond à la
courbe (2) pour ...
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Nouvelle Calédonie Novembre 2007 Correction © http://Labolycee.org
EXERCICE I. CHIMIE ET MOUVEMENT POUR UN PROJET SCIENTIFIQUE (5,5 points)
Calculatrice interdite
1. Étude de la transformation chimique
1.1. Couple h+(aq) / H2(g) réduction 2H+(aq) + 2 e = H2(g) (1)
Couple Mg2+(aq) / Mg(s) oxydation Mg(s) = Mg2+(aq) + 2 e (2)
en additionnant (1)+(2) on retrouve léquation : Mg (s) + 2 H+ (aq) = Mg2+ (aq) + H2 (g)
1.2. Quantité de matière initiale des réactifs :
n0(Mg) = EMBED Equation.DSMT4
n0(Mg) = EMBED Equation.DSMT4 = 0,50(102 = 5,0(103 mol
n0(h+) = C ( V
n0(h+) = 0,50 ( 40(103 = 20(10-3 mol = 2,0(102 mol
Avancement
en mol Mg (s) + 2 H+ (aq) = Mg2+ (aq) + H2 (g)État initialx = 05,0(1032,0(10200En cours de transformationx 5,0(103 x2,0(102 2 xxxÉtat finalx = xmax5,0(103 xmax2,0(102 2 xmaxxmaxxmaxSi Mg est limitant alors : 5,0(103 xmax = 0 soit xmax = 5,0(103 mol
Si h+ est limitant alors : 2,0(102 2 xmax = 0 soit xmax = EMBED Equation.DSMT4 = 1,0(102 mol
Le réactif limitant est celui qui conduit à l'avancement maximal le plus faible : il s'agit du magnésium et on vérifie bien que xmax = 5,0(103 mol.
1.3.
Graphiquement, dans l'état final : Vf(H2) = 1,2(102 mL = 1,2(102(103 L = 1,2(101 L
Or la quantité finale de dihydrogène est nf(H2) = xf = EMBED Equation.DSMT4
donc xf = EMBED Equation.DSMT4 = 0,50(102 = 5,0(103 mol
1.4. On a xf = xmax donc EMBED Equation.DSMT4 = 1,0 : la transformation est totale.
1.5. Le temps de demi-réaction t1/2 est la durée pour laquelle l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale : x(t1/2) = EMBED Equation.DSMT4 .
Ici, l'avancement est proportionnel au volume de dihydrogène , x = EMBED Equation.DSMT4 ,
donc on peut écrire : V(H2)(t1/2) = EMBED Equation.DSMT4
Méthode: on trace la droite horizontale EMBED Equation.DSMT4 = 60 mL . Cette droite coupe la courbe V(H2) = f(t) en un point d'abscisse égale à t1/2. Graphiquement on détermine : t1/2 = 1,2(102 s
1.6. La température est un facteur cinétique. On peut placer le ballon, contenant les réactifs, dans un bain d'eau glacée. L'état final sera atteint moins rapidement ce qui augmentera le temps de demi-réaction t1/2.
Remarque : la concentration en réactif est aussi un facteur cinétique. On peut augmenter le temps de demi-réaction t1/2 en diminuant la concentration initiale de la solution d'acide chlorhydrique mais en conservant le métal magnésium comme réactif limitant afin d'avoir le même état final.
2. Étude du mouvement ascendant d'une bulle de dihydrogène
2.1. Évolution de la vitesse au cours du temps
2.1.1. Le régime R2 est le régime permanent.
2.1.2.
2.2. Bilan des forces
2.2.1. La valeur EMBED Equation.DSMT4 de la poussée d'Archimède est égale au poids du fluide déplacé (ici de leau).
EMBED Equation.DSMT4 = meau.g = (0 . Vb . g
2.2.2. Expression de la valeur P du poids de le bulle : P = m . g = ( . Vb . g
Ainsi EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 = 8,3 ( 105
EMBED Equation.DSMT4
