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Evaluation N°2 Page
1 Niveau : 2BACSPF 2 Physique - Chimie Durée 1h45min Filière : Science expérimentale Option : Science physique Coefficient 7 Barème Physique (13 pts) Exercice 1 Le chlore possède plusieurs isotopes dont trois seulement existent à l’état naturel : le chlore 35 ( 𝟑𝟓 𝟏𝟕𝑪𝒍), le 𝟑𝟕 𝟑𝟔 chlore 37 ( 𝟏𝟕𝑪𝒍) et le chlore 36 ( 𝟏𝟕𝑪𝒍). Les deux premiers sont stables alors que le chlore 36 est radioactif. Dans les eaux de surface (mers, lacs) le chlore 36 est régulièrement renouvelé et la quantité du chlore 36 reste constante au cours du temps. Dans la glace à plusieurs mètres sous la surface, le renouvellement n’existe plus et la proportion en chlore 36 par rapport à tous les noyaux de chlore présent initialement diminue au cours du temps. 0.5 1) Donner la composition du noyau de chlore 36. 0.5 2) Donner la définition du terme « isotopes ». 0.5 3) Donner la définition d’un noyau radioactif. 𝟑𝟔 4) La réaction de désintégration du chlore 36 ( 𝟑𝟔 𝟏𝟕𝑪𝒍) donne un noyau d’argon stable de symbole 𝟏𝟖𝑨𝒓. 0.5 4-1) Donner l’équation de la désintégration d’un noyau de chlore 36. 0.5 4-2) Donner le nom de la particule émise et le nom du type de radioactivité mis en jeu. 0.5 5) Donner l’expression de la loi de décroissance radioactive. 0.5 6) Donner la définition du temps de demi-vie. 1 7) Calculer 𝝀 la valeur de la constante radioactive du chlore 36. 8) On cherche à déterminer l’âge 𝒕 d’un échantillon de glace de masse prélevé dans une carotte glaciaire de l’Arctique et pour lequel il n’y a plus que 𝟕𝟓 % de noyaux de chlore 36 par rapport à un échantillon récent de même masse. 𝑵(𝒕) 0.5 8-1) Donner la valeur du rapport pour le morceau de glace étudié. 𝑵𝟎 𝒕 𝑵𝒕 ( ) 1 8-2) À l’aide de la loi de décroissance, montrer que l’âge 𝒕 de l’échantillon s’exprime par : 𝒕 = − 𝒍𝒏𝟐 𝟏/𝟐 . 𝒍𝒏 𝑵 𝟎
0.5 8-3) Déterminer l’âge 𝒕 de l’échantillon de glace de l’Arctique.
Donnée : la demi-vie du chlore 36 : 𝒕𝟏/𝟐( 𝟑𝟔 𝟓 𝟏𝟕𝑪𝒍) = 𝟑, 𝟎𝟖. 𝟏𝟎 𝒂𝒏𝒔
Exercice 2 Dans certaines conditions, l’uranium 235 peut se scinder en deux noyaux plus légers et plus stables ; le strontium et le xénon selon l’équation suivante : 𝟐𝟑𝟓 𝟏 𝟗𝟒 𝐀 𝟗𝟐𝐔 + 𝟎𝐧 ⟶ 𝐳𝐒𝐫 + 𝟓𝟒𝐗𝐞 + 𝟑 𝟎𝐧 𝟏
0.5 1) Comment appelle-t-on ce type de réaction ?
1 2) Déterminer la valeur de 𝑨 et de 𝒁. 1 3) Déterminer ∆𝐄 l’énergie de cette réaction en 𝐌𝐞𝐕 puis en joule. 1.5 4) Tracer le diagramme énergétique de cette réaction en exprimant les énergies en 𝐌𝐞𝐯. 1 5) Calculer en (u) le défaut de masse ∆𝒎 du noyau d’uranium 235. 0.5 6) Calculer (en MeV) l’énergie de liaison du noyau d’uranium 235. 0.5 7) En déduire l’énergie de liaison par nucléon 𝝃( 𝟐𝟑𝟓 𝟗𝟐𝐔). 0.5 𝟐𝟑𝟓 𝟐𝟑𝟖 8) Parmi ces deux isotopes 𝟗𝟐𝐔 et 𝟗𝟐𝐔 lequel est plus stable ? Justifier votre réponse. Données : 𝝃( 𝟐𝟑𝟖 𝟗𝟐𝐔) = 𝟕. 𝟓𝟕 𝐌𝐞𝐯⁄𝐧𝐮𝐜𝐥é𝐨𝐧 et 𝟏𝐮 = 𝟗𝟑𝟏, 𝟓 𝐌𝐞𝐕. 𝐜 −𝟐 et 𝟏 𝐌𝐞𝐕 = 𝟏, 𝟔 𝟏𝟎 −𝟏𝟑 J
L’objectif de cet exercice est d’étudier les propriétés de la réaction de l’acide lactique 𝑪𝟑 𝑯𝟔 𝑶𝟑 avec l’eau, pour cela on prépare à 25° une solution aqueuse (𝐒) de cet acide de volume 𝐕 et de concentration molaire 𝐂 = 𝟐. 𝟏𝟎−𝟑 𝐦𝐨𝐥. 𝐋−𝟏 . la mesure de la conductance de la solution donne la valeur : 𝑮 = 𝟎. 𝟏 𝒎𝑺 0.5 1) Définir un acide au sens de Bronsted. 0.25 2) Donner les couples acide/base mises en jeu lors de la réaction de 𝑪𝟑 𝑯𝟔𝑶𝟑 avec 𝑯𝟐 𝑶. 0.25 3) En déduire l’équation de la réaction. 1 4) Dresser le tableau d’avancement en fonction de 𝐂, 𝐕, 𝐱 , 𝐱𝐦𝐚𝐱 et 𝐱é𝐪 1 𝑮 5) Montrer que l’expression du taux d’avancement final de la solution est donnée par 𝝉 = (𝝀 𝟏 + 𝝀𝟐 ).𝑪.𝒌 Calculer sa valeur et conclure. 1 6) Montrer que la valeur de 𝒑𝑯 de la solution (𝑆) est 𝒑𝑯 = 𝟒. 𝟓𝟗 𝑪.𝝉𝟐 1 7) Montrer que l’expression de la constante d’équilibre de la réaction est donnée par : 𝑲 = (𝟏−𝝉) calculer sa valeur. 𝑲 0.5 8) Montrer que dans le cas d’une réaction très limitée (𝝉 ≪ 𝟏) on peut écrire 𝝉 = √ 𝑪
0.5 9) Quelle est l’effet de la constante d’équilibre sur le taux d’avancement.
0.5 10) Calculer 𝛕′ le taux d’avancement d’une solution (𝐒′) de concentration molaire 𝐂′ = 𝟐. 𝟏𝟎−𝟒 𝐦𝐨𝐥/𝐋 préparée à 25° à partir de la solution (𝐒) par dilution (on suppose que la réaction est très limitée). 0.5 11) Comparer 𝛕′ et 𝛕 et en déduire l’influence de la concentration initiale sur le taux d’avancement final. Données : 𝛌𝐂𝟑𝐇𝟓𝐎−𝟑 = 𝛌𝟏 = 𝟒 𝐦𝐒. 𝐦𝟐 . 𝐦𝐨𝐥−𝟏 et 𝛌𝐇𝟑𝐎+ = 𝛌𝟐 = 𝟑𝟓 𝐦𝐒. 𝐦𝟐 . 𝐦𝐨𝐥−𝟏 et 𝒌 = 𝟎. 𝟏𝒎
