Td corrigé L'enrichissement de l'uranium - Phychim - Académie de Versailles pdf

L'enrichissement de l'uranium - Phychim - Académie de Versailles

Ces activités ont été conçues dans le cadre d'une action de liaison troisième- seconde par des professeurs du lycée Jean-Jacques Rousseau et des collèges du ...




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Ces activités ont été conçues dans le cadre d’une action de liaison troisième-seconde par des professeurs du lycée Jean-Jacques Rousseau et des collèges du secteur de Sarcelles.

Ces activités sont utilisées comme évaluation formative, on peut fournir à l’élève le tableau de compétences mises en œuvre qui suit afin de lui faire cocher lui-même celles qu’il considère comme acquises. Lors de la correction l'élève pourra repérer ses erreurs.


Classe : 2nde

Activité documentaire
L’ENRICHISSEMENT DE L’URANIUM


Compétences mises en œuvre :

Je sais Je ne sais pasJe croyais savoirConnaissances et savoir-faire exigiblesDéfinir des isotopesDéfinir des ions monoatomiquesConnaître la constitution d’un atomeConnaître et utiliser le symbole  EMBED Microsoft Equation 3.0 Evaluer la masse d’un atomeCompétences transversalesTrier des informationsUtiliser la relation de proportionnalitéUtiliser un vocabulaire scientifiqueRédiger une argumentation

Exercice

L’uranium naturel, de symbole U, contient 3 isotopes naturels : l’uranium 234, l’uranium 235 et l’uranium 238 dont les noyaux contiennent 92 protons et respectivement 234, 235 et 238 neutrons. Il possède aussi un isotope artificiel, l’uranium 236.

Le tableau suivant indique les abondances relatives des divers noyaux dans l’uranium naturel :

IsotopeAbondance relativeUranium 2340,0055%Uranium 2350,72%Uranium 23899,27%
Quand dit-on que des noyaux sont des isotopes ?
Les trois isotopes cités appartiennent-ils au même élément chimique ? Justifier.
Dans un échantillon d’uranium naturel les noyaux sont-ils tous identiques ? Justifier.
Dans la représentation symbolique EMBED Equation.3 , que représentent les lettres X, A et Z ?
Compléter le tableau ci-dessous.



noyaux IsotopesNombre de protonsNombre de neutronsNombre de nucléonsReprésentation symbolique : EMBED Equation.3 Uranium 235Uranium 238

Pour être utilisé dans les centrales nucléaires, l’uranium doit être enrichi à 3% en uranium 235. La principale technique pour enrichir l’uranium est la diffusion gazeuse : on fait passer de l’uranium gazeux à travers une paroi poreuse : la vitesse de déplacement du gaz dans la paroi poreuse est proportionnelle à  EMBED Equation.3  où m est la masse d’un atome d’uranium.

On considère que la masse d’un proton est égale à celle d’un neutron : mn= mp=1,67 EMBED Equation.3 10-27kg.

Justifier l’expression « Uranium enrichi ».
Calculer la masse approchée d’un atome d’uranium 235 puis celle d’un atome d’uranium 238.
Déduire de la question précédente quel est l’isotope de l’uranium qui se déplacera le plus vite lors de la diffusion.

Une nouvelle technique d’enrichissement de l’uranium, la méthode S.I.L.V.A, est en cours de développement par le C.E.A : elle consiste à ioniser sélectivement les atomes d’uranium 235 qui peuvent perdre 2 électrons.

Ecrire la formule de l’ion d’uranium 235 obtenu par cette technique et donner, en la justifiant, la composition de cet ion.













ACTIVITE : EXPLOITATION D’UN GRAPHIQUE

Compétences mises en œuvre :

Je sais Je ne sais pasJe croyais savoirConnaissances et savoir-faire exigiblesCalcul d’une vitesseDécrire le mouvement d’un pointCiter et utiliser le principe d’inertieConnaître relation poids masse (3ième)Compétences transversalesReprésenter un vecteur forceUtiliser un graphiqueUtiliser un vocabulaire scientifiqueRédiger une argumentation

La grêle

La grêle se forme dans les cumulo-nimbus situés entre 1,0 km et 10 km d’altitude où la température est très basse, jusqu’à - 40 °C. Le grêlon tombe lorsqu’il n’est plus maintenu au sein du nuage.
On étudie, dans le référentiel terrestre, la chute verticale d’un grêlon de masse m = 13 g à partir d’un point O situé à 1,5 km du sol.

Données : g = 9,8 N.kg -1 et sur le document 1, l’évolution de la vitesse du grêlon en m.s-1 lors de sa chute en fonction du temps en s.

Document 1


1. En utilisant le document 1, répondre aux questions suivantes :
a. À la date t0 = 0, le grêlon est au point O. Quelle est sa vitesse ?
b. À quelle date t’, la valeur de la vitesse du grêlon devient-elle égale à 20,00 m.s-1 ? Exprimer cette vitesse en km.h-1.
c. Entre t0 = 0 et t1, la vitesse du grêlon augmente. Lire la valeur de t1. Pendant cet intervalle de temps [t0 ; t1], qualifier, en justifiant, la nature du mouvement du grêlon.

2. On étudie le mouvement du grêlon à partir de la date t1.
a. À partir de t1, la vitesse du grêlon devient constante. Donner sa valeur v1. Pour t > t1 déterminer la nature du mouvement du grêlon
b. Énoncer le principe d’inertie.
c. Peut-on dire que les forces qui s’exercent sur le grêlon se compensent ? Justifier votre réponse. (Il n’est pas demandé de nommer ces forces).
d. Exprimer le poids P du grêlon puis le calculer.
e. L’action de l’air (frottement, poussée d’Archimède, …) sur le grêlon est représentée par un vecteur force  EMBED Microsoft Equation 3.0 unique. Décrire cette force en indiquant la direction, le sens et la valeur de cette force. Justifier.

Correction :
1. a. Sur le document 1, on lit qu’à la date t0 = 0, la vitesse est nulle.

b. Sur le document 1, on lit que la vitesse devient égale à 20,00 m.s-1 à la date t’ = 0,25s.
Conversion : sachant que 1 m = 1´ð10-3 km et que  EMBED Microsoft Equation 3.0  h
alors :  EMBED Microsoft Equation 3.0  d où : v = 20,00´ð3,600 soit : v = 72,00 km.h-1.

c. Sur le document 1, on voit que la vitesse augmente jusqu à la date t1 = 7,5 s.
Pendant l intervalle de temps [t0 ; t1], le grêlon effectue une chute verticale (d’après les données) et sa vitesse augmente donc son mouvement est rectiligne accéléré.

2. On étudie le mouvement du grêlon à partir de la date t1.
a. A partir de la date t1, la vitesse devient constante, on lit sur le document 1, la valeur de la vitesse : v1 = 25,00 m.s-1 .
Pour t > t1, le grêlon effectue une chute verticale (d’après les données) avec une vitesse constante v1 : son mouvement est donc rectiligne uniforme.

b. Enoncé du principe d’inertie :
Dans un référentiel terrestre, un système persévère en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Réciproque : Dans un référentiel terrestre, lorsque les forces qui s’exercent sur un système se compensent alors ce système est au repos ou est en mouvement rectiligne uniforme.

c. Le grêlon, d’après la question 2.a. a un mouvement rectiligne uniforme donc on peut affirmer, d’après le principe d’inertie, que les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

d. Par définition : P = m.g ; m étant la masse du grêlon exprimée en kg et g l intensité de la pesanteur exprimée en N.kg-1.
Calcul : P = 13´ð10-3´ð9,8 d où : P = 1,3´ð10-1N.

e . Le poids  EMBED Microsoft Equation 3.0  et la foL™³´Öêë / » ¼ Ç Ë Ì ã 

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