En solution aqueuse, les ions peroxodisulfate S








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TS Jeudi 20 octobre 2011
Physique/Chimie – DS n° 2

Barème sur 30 points Durée : 2 h

EXERCICE 1 (12 points) :
En solution aqueuse, les ions peroxodisulfate S2O82- oxydent les ions iodure I; il y a formation de diiode I2. Le mélange prend une teinte allant du jaune au brun selon la concentration en diiode I2 formé notée [I2].

A l’aide d’un spectrophotomètre, on montre que la solution de diiode absorbe notablement des radiations visibles de longueur d’onde dans le vide < 420 nm.


  1. Comment interpréter à partir de la couleur de la solution le domaine des longueurs d’onde absorbées ?




  1. Pour établir la courbe d’étalonnage du spectrophotomètre, on mesure l’absorbance A de solutions de concentrations différentes en diiode pour la longueur d’onde 380 nm. Les résultats sont rassemblés ci-dessous :




Solution numéro

1

2

3

4

5

[I2] (mol.L-1)


2,0.10-2

1,0.10-2

5,0.10-3

2,5.10-3

0

Absorbance A


0,96

0,48

0,24

0,12

0,00




  1. Les solutions utilisées ont été fabriquées par dilution à partir d’une solution mère de concentration co = 1,0.10-1 mol.L-1.

Indiquer avec précision le matériel et le protocole expérimental permettant de fabriquer 200 mL de la solution numéro 3.


  1. La courbe d’étalonnage est proposée en annexe ; établir l’équation numérique de la courbe.




  1. Quelle absorbance aurait-on mesuré pour la solution 4 avec une cuve de largeur deux fois plus grande ?




  1. La transformation chimique entre ions peroxodisulfate et ions iodure, considérée comme totale, a pour équation :


S2O82- (aq) + 2 I- (aq) = I2 (aq) + 2 SO42- (aq)
Dans une cuve de spectrophotomètre, on réalise, à t = 0, le mélange d’un volume V1 = 1,0 mL d’une solution de iodure de potassium (K+(aq) + I-(aq))  de concentration C1 = 2,0 x 10-1 mol.L-1 et d’un volume V2 = 0,50 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium (2K+(aq) + S2O82-(aq)) de concentration C2 = 1,0 x 10- 1 mol.L-1 ; on enregistre l’absorbance A du mélange réactionnel en fonction du temps et on obtient la courbe 1 ci-dessous :

numérisation0006.jpg

3.1. Etude de la courbe 1 :
a. Expliquer pourquoi la courbe obtenue a la même forme que la courbe exprimant l’avancement x en fonction du temps.
b. Compléter littéralement le tableau d’avancement de la transformation en annexe.
c. Déterminer, à la date t = 4 min, la concentration du diiode formé et la concentration en ions iodure dans la cuve.
d. Calculer l’avancement maximal xmax.et indiquer le réactif limitant.
e. Retrouver la valeur de xmax à partir de la courbe.
f. Définir et déterminer le temps de demi-réaction.
3.2. Etude de la courbe 2 :
La courbe 2 a été obtenue avec des conditions expérimentales différentes ; sachant que les volumes des solutions aqueuses d’iodure de potassium et de peroxodisulfate de potassium sont inchangées, choisir les concentrations C’1 et C’2 de ces solutions parmi les propositions suivantes ; justifier votre choix.


Proposition numéro

1

2

3

4

C’1 (mol.L-1)

4,0.10-1

4,0.10-1

1,0.10-1

2,0.10 -1

C’2 (mol.L-1)

2,0.10-1

1,0.10-1

1,0.10-1

5,0.10 -1


EXERCICE 2 : Les ondes (18 points)
Cet exercice comporte 16 affirmations, toutes indépendantes, concernant les ondes étudiées en physique.

A chaque affirmation, répondre par VRAI ou FAUX. Toute réponse doit être justifiée à l’aide de définitions, de calculs, de schémas.
Partie 1 : Ondes sonores et ultrasonores

Donnée : la célérité des ultrasons dans l’air est V = 340 m.s-1
Beaucoup d’animaux utilisent les ondes sonores ou ultrasonores pour communiquer entre eux, chasser leur proie ou se localiser. Pour illustrer quelques propriétés de telles ondes, on utilise des émetteurs et récepteurs ultrasonores.

Un émetteur et un récepteur d’ultrasons sont placés côte à côte face à une paroi réfléchissante. L’émetteur émet des slaves d’ultrasons. Les tensions de sortie de l’émetteur et du récepteur sont observées sur l’écran d’un oscilloscope et sont données sur la figure ci-dessous :

numérisation0007.jpg


Affirmation 1 : Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques.
Affirmation 2 : Le retard t entre l’émission et la réception est de 2,0 ms.
Affirmation 3 : Dans l’expérience décrite, l’émetteur et le récepteur sont placés à 34 cm de la paroi réfléchissante.
On enlève maintenant la paroi réfléchissante, on place l’émetteur en mode continu. On place le récepteur face à l’émetteur de façon à obtenir deux signaux en phase.

On observe les signaux de sortie de l’émetteur et de récepteur sur la figure ci-dessous :
numérisation0009.jpg


Affirmation 4 : La fréquence des signaux est de 40 kHz
Affirmation 5 : Il faut éloigner le récepteur de 6,8 cm de l’émetteur pour que les signaux se retrouvent en phase pour la première fois.
Partie 2 : Les ondes à la surface de l’eau
Un vibreur muni d’une pointe S crée une onde à la surface de l’eau d’une cuve à ondes. On obtient les relevés suivants à l’échelle ½ :

numérisation0008.jpg

Affirmation 6 : L’onde formée est une onde périodique.
Affirmation 7 : Cette onde est longitudinale.
Affirmation 8 : La longueur d’onde vaut 2,5 cm.
Partie 3 : Les ondes lumineuses.
On utilise un faisceau laser de longueur d’onde dans l’air égale à 633 nm et de diamètre 1mm.
Affirmation 9 : il subit une diffraction quand il passe au centre d’une fente de largeur 3 mm.
Le faisceau laser est intercepté par un fil vertical de diamètre a placé à la distance D = 2,0 m d’un écran. Le schéma ci-dessous fait apparaître :

La largeur de la tache centrale lumineuse observée sur l’écran

La distance D entre fil et écran.

L’écart angulaire 

On a mesuré L = 1,3 cm.

numérisation0010.jpg


Affirmation 10: Le diamètre du fil vaut environ 100 m ;

NB : dans les conditions de l’expérience tan , exprimé en radians
Le faisceau laser précédent pénètre sous un angle d’incidence i = 45,0 ° dans un hémidisque en verre (voir annexe). L’indice de réfraction du verre pour la lumière étudiée est n = 1,609.

L’indice de réfraction de l’air est égal à 1,000 ; la vitesse de la lumière dans l’air c = 3,00.10 8 m.s-1
Affirmation 11 : Ce faisceau laser subit une dispersion quand il passe à travers l’hémidisque.
Affirmation 12 : L’angle de réfraction r est égal à 36 °
Affirmation 13 : La fréquence fdu rayonnement laser dans l’air est égale à 4,7.10 14 Hz.
Affirmation 14 : La longueur d’onde la radiation dans l’hémidisque en verre est égale à 650 nm.
Affirmation 15 : La fréquence de la radiation dans l’hémidisque en verre a augmenté.
Affirmation 16  : La valeur de l’indice de réfraction n d’un milieu dispersif dépend de la fréquence f de la radiation lumineuse qui le traverse.


NOM : Prénom : Classe :
ANNEXE
EXERCICE 1 :
Courbe d’étalonnage

Tableau d’avancement



Réaction


2 I - (aq) +


S2O82-(aq) =


2 SO42(aq)


+ I2 (aq)


Etat initial x = 0












Etat intermédiaire

x














Etat final xmax












EXERCICE 2:

hémidisque

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