Devoir N05 Second Semestre TS2

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PROF ll M.DIOP ANNEE 2023-2024 Niveau : TS2
 Exercice : 1
Sur l’étiquette d’un flacon contenant une solution S2 d’une monoamine primaire
d’un laboratoire, les indications relatives à la densité d et à la formule
chimique sont illisibles. Seul le pourcentage en masse d’amine pure de la
solution S0 est lisible, soit P = 63%. Cette indication signifie qu’il y a 63g
d’amine pure dans 100g de la solution S0. Un groupe d’élèves, sous supervision
de leur professeur, entreprend de déterminer les informations illisibles sur
l’étiquette de ce flacon. Ils sont trois expériences décrites ci-après :
- Expérience 1 : avec une balance de précision, ils mesurent la masse mo

d’un volume V0= 10cm de la solution So et trouvent mo = 7,5g.
- Expérience 2 : Ils diluent un volume Vp = 10cm3 de la solution S 0 dans
une fiole jaugée de 1L et obtiennent ainsi une solution S1.
- Expérience 3 : Ils dosent un volume V1 = 10cm3 de la solution S1 par une
solution d’acide chlorhydrique de concentration molaire volumique Ca =
0,040.L−1 en présence d’un indicateur coloré. Pour atteindre
l’équivalence, ils ont versé un volume Va = 20cm3 d’acide.
4-1 A partir des résultats de l’expérience 1, calculer la masse
volumique ρ0 de la solution S0 ; le résultat sera exprimé en g.cm−3 puis
en g.L−1. En déduire la valeur de la densité d.
4-2 On s’intéresse à l’expérience 3.
4-2-1 Faire un schéma légendé du dispositif de dosage.
1
4-2-2 En notant l’amine par la formule R―NH2, écrire l’équation-
bilan de la réaction chimique support du dosage.
4-2-3 Calculer la constante K de cette réaction. En déduire le
caractère total ou partiel de la réaction.
4-2-4 Calculer la concentration C1 de la solution S1, puis en déduire
la concentration C0 de la solution S0.
4-2-5 Expliquer pourquoi les élèves ont eu besoin de réaliser
l’expérience 2 au lieu de doser directement la solution S0.
4-3
4-3-1 Montrer que la concentration C0 de la solution S0 est donnée par
63𝜌0
C0 = .. (relation où M est la masse molaire de l’amine).
100𝑀
4-3-2 En déduire la masse molaire de l’amine en g.mol−1.
4-3-3 Déterminer la formule semi-développée et le nom de la
monoamine primaire sachant que sa molécule est telle que
l’atome de carbone lié à l’atome d’azote est également liée à
deux autres atomes de carbone. Données :Constante d’acidité :
Ka (RNH3/RNH2)= 2,0.10−11 ; masse volumique de l’eau P0 =
1g.cm−3 = 103g.L−1
 Exercice 2 :
On dissout une certaine masse d’un acide carboxylique noté AH dans de l’eau
distillée pour obtenir une solution SA de volume VA = 50,0 mL que l’on dose à
l’aide d’une solution d’hydroxyde de sodium à 4,17.10-2 mol.L-1. Un pH-mètre
permet de suivre l’évolution du pH du mélange en fonction du volume V de la
solution d’hydroxyde de sodium versé dans la solution SA. On obtient la courbe
ci-dessous. La température est supposée constante et égale à 25°C.
2.1. Déterminer les coordonnées du point d’équivalence (Il n’est pas demandé
de rendre la courbe avec la feuille de copie; on expliquera simplement la
méthode utilisée).
2.2. Ecrire l’équation-bilan de la réaction du dosage.
2.3. Déterminer la concentration molaire volumique de la solution SA.
2.4. Pour déterminer le pKa du couple AH/A- deux élèves utilisent des
méthodes différentes.
2.4.1. L’un des élèves étudie la composition de la solution obtenue à la demi-
équivalence. Il en déduit une relation simple entre le pH et le pKA
et détermine alors le pKA par méthode graphique.
2
a) Etablir la relation entre le pKa et le pH de la solution à la demi-
équivalence.
b) Retrouver la valeur du pKA trouvée par cet élève (la courbe n’est pas
à rendre).
2.4.2. L’autre élève considère la solution obtenue à l’équivalence. Il
explique le caractère basique de cette solution en considérant la
réaction entre l’ion carboxylate et l’eau. Il montre alors, en négligeant
la concentration de l’acide formé par ladite réaction devant celle de l’ion
carboxylate, que la constante d’acidité peut s’exprimer par :
[H3 O+ ]2 .CA VA
KA = , relation où VBE représente le volume de la solution
Ke (VA + VBE )
d’hydroxyde de sodium à l’équivalence et Ke le produit ionique de l’eau.
a) Ecrire l’équation de la réaction entre l’ion carboxylate et l’eau.
b) Retrouver l’expression de la constante d’acidité établie par l’élève. En
déduire la valeur du pKA que cet élève a pu trouver. Comparer avec la
valeur trouvée en 2.4.1.b. Commenter.
 EXERCICE 3 4points
L’étude de la chute d’un corps solide homogène dans un liquide visqueux, permet
de déterminer quelques grandeurs cinématiques et la viscosité du liquide utilisé.
On remplit un tube gradué avec un liquide visqueux et transparent de masse
volumique ρ et on y fait tomber une bille homogène de masse m et de centre
d’inertie G sans vitesse initiale à l’instant t = 0.
3
1. On étudie le mouvement de G par rapport à un référentiel terrestre supposé
galiléen. On repère la position de G à l’instant t par la cote z sur l’axe ⃗⃗⃗⃗
Oz vertical
oriente vers le bas.
On considère que la position de G est confondue avec l’origine de l’axe Oz ⃗⃗⃗⃗ à
l’origine des dates et que la poussée d’Archimède ⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐴 n’est pas négligeable par
rapport aux autres forces exerces sur la bille.
On modélise l’action du liquide sur la bille au cours du mouvement par la force
de frottement 𝑓 = -kV⃗⃗⃗⃗G
avec VG le vecteur vitesse de G a l’instant t et k un coefficient constant positif.
On rappelle que l’intensité de la poussée d’Archimède est égale à l’intensité du
poids du volume du
liquide déplacé.
1.1 En appliquant la deuxième loi de Newton, montrer que l’équation
𝑑𝑉
différentielle du mouvement de G s’écrit sous la forme : 𝑑𝑡𝐺 + AVG = B en
déterminant l’expression de A en fonction de k et m et l’expression de B en
fonction de l’intensité de la pesanteur g, ρ et V le volume de la bille.
−𝑡
B
1.2 Vérifier que l’expression VG = (1 - 𝑒 𝜏 ) est solution de l’équation
A
différentielle avec τ le temps caractéristique du mouvement.
1.3 Ecrire l’expression de la vitesse limite Vlim du centre d’inertie de la bille
en fonction de A et B.
2. On obtient à l’aide d’un équipement informatique adéquat le graphe de la
figure 2 qui représente les variations de la vitesse VG en fonction du temps
2.1 Déterminer graphiquement les valeurs de Vlim et τ
2.2 Déterminer la valeur du coefficient k.
Le coefficient k varie avec le rayon de la bille et le coefficient de viscosité η
selon la relation k = 6πηr 2.3 Déterminer la valeur de η du liquide utilise dans
cette expérience.
Données :
- rayon de la bille : r = 6.10-3 m
- masse de la bille : m = 4,1.10-3 kg
4
 Exercice 4 :
S est une source lumineuse qui émet une lumière monochromatique
de longueur d’onde . On perce S1 est un trou et un deuxième trou S2 identique
à S1 sur l’écran E1 et on réalise le dispositif de Young.
a) Décrire ce que l’on observe sur l’écran E dans la zone d’intersection avec le
champ d’interfranges. Quel est le nom du phénomène physique mis en évidence
par cette expérience ?
b) A partir de cette expérience, justifier la nature ondulatoire de la lumière.
c) la longueur occupée sur l’écran E par 10 interfranges est l=5,85mm. Calculer
la longueur d’onde  de la lumière émise par la source S. On donne
a=S1S2=2mm ; D=2m.
3) On réalise maintenant le dispositif ci-contre :
3.1) Le galvanomètre détecte-t-il le passage d’un courant si la
Cathode n’est pas éclairée ? Justifier votre réponse.
3.2) On éclaire la cathode C de la cellule par la lumière issue
de la source S précédente. Le travail d’extraction du métal
constituant la cathode est o=1,9eV.
a) Que se passe-t-il ? Interpréter le phénomène physique mis en évidence par
cette expérience.
b) Quel est le modèle de la lumière utilisée pour justifier cette observation ?
interpréter brièvement cette observation.
c) Evaluer la vitesse maximale des électrons émis à la cathode.
3.4) Expliquer brièvement la complémentarité des deux modèles de la lumière.
On donne : h=6,63.10-34J.s ; me=9,1.10-31kg ; e=1,6.10-19C ; C=3.108m/s
5

A
C
Exercice 5
6
7
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