29 août 2006

Bonne fin de vacances

Je clos l'ensemble des commentaires pour les exercices de chimie. Je laisse le bar ouvert. N'oubliez pas d'éteindre avant de sortir!

Chimie #9 : Réaction quantitative, réaction totale

Un dernier exercice, déjà donné l'an passé, mais très intéressant...

Rappels : pour commencer, quelques rappels ou compléments sur la notion de quotient de réaction.

On étudie une transformation chimique modélisée par un unique bilan de la forme :

A + B = C + D


On appelle quotient réactionnel la grandeur QR définie par :

QR=(C)(D)/((A)*(B))


où (A), (B), (C), (D) nombres sans dimension, sont les activités des constituants A, B, C et D respectivement.
Le quotient de réaction est donc sans dimension.

Plus généralement, on peut définir des coefficients stœchiométriques algébriques en donnant un signe positif aux coefficents des produits et un coefficient négatif pour un réactif. Le bilan précédent s'écrit alors :

0 = C + D -A -B


Avec ce formalisme, le quotient QR est le produits des activités des constituants pris à la puissance de leur coefficient stœchiométrique.

L'activité dépend de la nature du constituant :
  • Pour un soluté, (A)=[A]/c° avec c°= 1 mol/L. Numériquement, il s'agit de la concentration calculée en mol/L.
  • Pour une phase condensée pure (solide ou liquide), comme pour la solvant, (A)=1.
  • Pour un gaz, (A)=PA/P°, avec P°=105 Pa et PA est la pression partielle de A et vaut nART/V. Numériquement, il s'agit de la pression partielle calculée en bars.


Application

On donne la constante d'équilibre de la réaction :

AgClsolide = Ag+aq + Cl-aq K=10-9


On ajoute à un litre d'eau n moles de chlorure d'argent solide. On cherche la composition de l'état final.

1- Calculer QR(t=0). Quelle réaction se produit?

2- n=10-2 mol. Déterminer la composition finale (concentrations, quantités de matière).

3- n=10-7 mol. Déterminer la composition finale (concentrations, quantités de matière). Que peut-on dire de la réaction?

Solution :
1- À t=0 QR=0x0/1=0. QR<K donc la réaction va s'effectuer dans le sens direct (de manière à ce que QR augmente pour atteindre la valeur K, à l'équilibre chimique).
Tableau (en quantité de matière ou en concentrations, ici V=1) :

AgClAg+Cl-
t=0n00
t qqn-xxx


2- on calcule la valeur de x à l'équilibre par K=QR :

10-9=x2 soit x=10-4,5

D'où [Ag+]=[Cl-]=10-4,5 mol/L et nAgCl=0,01-10-4,5

3- Pb avec le raisonnement précédent x est supérieur à n=xmax!

La réaction s'arrête alors à x=n. La réaction est totale. Il n'y a plus de précipité. On remarque que K≠Q mais cela ne doit ps choquer car l'un des constituants de l'équilibre chimique n'est pas présent.

28 août 2006

dernière semaine de vacances....

Bonjour à toutes et tous,

Je viens ici pour préciser que je vais arrêter les révisions de physique pour cette année....je suis bien sûre ouverte à toute discussion ou tout commentaire sur ces révisions pour améliorer d'année en année.
Je vous souhaite une très bonne fin de vacances et vous dis à très bientôt au lycée

27 août 2006

Chimie #8 : Retour sur la cinétique

Un petit exercice qui vous permettra vraiment de gagner du temps sur ce qu'on va vous demander en ce début d'année.
Nous avons établi dans l'exercice 1 c(t)=c°exp(-kt) comme expression théorique de la concentration. On en déduit, en prenant le logarithme : ln(c)=ln(c°)-kt

Dans la suite, on utilisera les données de l'exercice 1.

1- Représenter sur un graphique sur papier ln(c) en ordonnée et t en abcsisse. Déterminer ordonnée à l'origine et pente de la droite obtenue. Qu'en déduit-on?
2- Reprendre la même démarche mais à l'aide de la calculatrice. Il faut donc rechercher dans votre machine le moyen de créer un tableau avec diverses colonnes : c, t (que vous reporterez des données de l'exercice 1), puis une colonne supplémentaire dans laquelle on aura ln(c).
Demander ensuite à la calculatrice de représenter ln(c) en fonction de t puis de calculer la pente et l'ordonnée à l'origine de cette droite. Il s'agit d'une régression linéaire. C'est ce dernier point qui vous sera fort utile pour résoudre plus rapidement des exercices.
Correction
Le but de cet exercice est de retrouver les mêmes résultats que dans l'exercice 1. Quelques points importants :
  • Il faut bien choisir l'échelle de manière à ce que les points extrêmes occupent bien toute la feuille. On prend comme échelle pour ln(c) entre -2 et -4 par exemple.
  • Votre calculatrice est capable de faire la même chose, et plus vite si vous avez le coup de main. Profitez des vacances pour vous plonger dans la notice. Savoir faire une régression linéaire vous servira également en physique. Il est important de visualiser le graphique pour voir si un point ne s'écarte pas de la droite (en général suite à une erreur de frappe). Pour voir si le résultat est correct, il faut bien indiquer le coefficient de corrélation (qui doit être proche de 1).

Chimie #7 : Questions expérimentales

Quelques questions en vue des premiers TP.
1- Expliquer l'utilité d'un montage à reflux. On précisera l'utilité des différentes parties du montage.
2- Expliquer l'utilité et comparer les matériels ou techniques suivantes :
a- Plaque chauffante/Chauffe-ballon.
b- Barreau aimanté/pierres ponces.
c- Réfrigérant/Colonne de Vigreux.
3- Expliquer comment procéder à une extraction liquide/liquide.
4- Expliquer les termes : polaire, hydrophobe/hydrophile.
5- Donner un exemple de technique permettant de réaliser les opérations suivantes :
a- Séparation.
b- Purification.
c- Caractérisation.

Correction
1- Extrait de votre futur poly de cours : "Le montage dit de chauffage à reflux permet un chauffage à haute température sans perte de matière. Les réactions chimiques étant en général plus rapide à haute température, on chauffe lors de la réaction, et on a souvent intérêt à chauffer le plus possible, c’est-à-dire à ébullition du solvant. Cependant, des vapeurs de solvant nocives et qui de plus peuvent entraîner les réactifs et produits peuvent s’échapper. Boucher le récipient entraînera une forte surpression. ".
Le récipient doit être surélevé pour retirer rapidement la source de chaleur. On fait circuler de bas en haut de l'eau dans le réfrigérant. On surveille le niveau de reflux du solvant pour ne pas qu'il dépasse la moitié de la colonne.
2-a- Le chauffe-ballon permet de chauffer les parois d'un ballon, une plaque chauffante permet de chauffer directement de la verrerie en pyrex. Cependant, le contact thermique est mauvais, on préfère utiliser un bain sur la plaque chauffante (bain d'eau ou d'huile selon la température recherchée.
Le système bain+plaque chauffante a bien des avantages : s'adapte à toute taille de ballon, (voire erlenmeyer....), permet l'agitation magnétique. Le seul "souci" est le coût d'un bain d'huile, facilement souillé.
b- Le barreau aimanté permet comme cela a été dit d'homogénéiser une solution. La question porte en fait sur le fait de réguler l'ébullition. En effet, on peut dire qu'une ébullition permet l'homogénéisation des solutions. En revanche, il est important d'éviter une ébullition trop forte qui entraîne des projections de liquide dans la colonne. Que ce soit pour une distillation ou un reflux, les projections ont l'inconvénient de salir celle-ci et de rompre (dans le cas d'une colonne de Vigreux) l'équilibre thermique établi. Pierre ponce et agitateur ont le même rôle. Mais avec un chauffe-ballon, l'agitation magnétique ne fonctionne pas!
c- Un réfrigérant permet de recondenser les vapeurs dans la colonne. C'est le but recherché. Il se passe la même chose dans une colonne de Vigreux, au contact de l'air extérieur. Simplement, seules les vapeurs les moins volatiles se recondensent, laissant monter les produits ayant la température d'ébullition la plus faible. On sépare ainsi deux produits par distillation. La température diminue progressivement de bas en hut de la colonne de Vigreux.
3- Il s'agit de faire passer un soluté dans un solvant dans lequel sa solubilité est meilleure. On mélange vigoureusement la phase à extraire avec le solvant d'extraction puis on laisse décanter. On sépare les deux phases et on ajoute à nouveau du solvant d'extraction dans la phase à extraire pour en extraire encore un peu le produit.
4- Je reprends la définition de Nicolas :"molécule polaire : molécule avec un pôle plus et moins (ex:H2O : barycentres des charges + et - ne sont pas confondus)". La polarité est la caractéristique de l'eau, le solvant le plus polaire. D'autres solvants polaires peuvent être miscibles partiellement à l'eau, mais grossièrement, on dira qu'une molécule soluble dans l'eau est hydrophile, dans le cas contraire hydrophobe.
5- Séparation : précipitation puis filtration, extraction, chromatographie sur colonne, distillation.
Purification : séchage, recristallisation, distillation, lavage (d'un solide ou d'un liquide).
Caractérisation : chromatographie sur couche mince, point de fusion, point d'ébullition, indice de réfraction, toutes les spectroscopies, et toute sortes de tests de fonctions...

26 août 2006

Physique 7 : Saturne

un peu de mécanique céleste...
1) On considère une planète P, de symétrie sphérique et de masseM, autour de laquelle gravite un objet supposé ponctuel A de masse m sur une orbite circulaire de rayon r. Donner l'expression vectorielle de la forcef qui s'exerce sur l'objet A.
2)a) Dans le cas d'un satellite terrestre, on travaille dans le référentiel géocentrique ? Quelles sont ses caractéristiques ? Quel référentiel prend-on pour étudier un satelitte de Saturne ?
b)On suppose que les objets qui composent les anneaux ont une orbite circulaire uniforme. Donner l'expression de leur vitesse en fonction de la masse Ms de saturne, de G la constante de gravitation et r le rayon de l'orbite.
c) Définir la période de révolution et donner son expression.
d)Montrer que l'on peut retrouver la troisième loi de Kepler T^2=kr^3 et donner l'expression de k.
3)soit une série d'objets assimilables à des points mais de masses et de tailles différentes en orbite à la même distance r du centre de Saturne et tournant dans le même sens.
a) ces objets ont-ils la même vitesse ?
b)Comment évolue la structure de cet ensemble au cours du temps ?
4) On néglige l'action des éléments les uns sur les autres devant l'action de Saturne sur chacun d'eux. A et B étant deux éléments de deux anneaux différents tournant dans le même sens, initialement alignés aves Saturne, cet alignement peut-il être conservé ? Quelle configuration paraît probable lorsque A a fait un tour ?
5)a) Quel est le mouvement des particules constituant un anneau de Saturne ?
b)Décrie le mouvement des anneaux les uns par rapport aux autres.
c)Montrer que les anneaux ne peuvent être d'un seul tenant.

25 août 2006

Chimie #6 : un peu d'atomistique

On va se lancer dans un exercice sur les structures de Lewis de molécules. j'ai du mal, j'avoue, à discerner les limites du programme : bref, je ne sais pas trop où s'arrêtent vos connaissances...
À l'aide de la classification, représenter selon Lewis les atomes, ions et molécules suivants :
1- C, N, Be, F, Cl, S, Si
2- F-, C+
3- NH3, H2O, CH4, CH2O, CO2
4- SO2
5- NH4+, H3O+

Dans ces formules, le premier atome est au centre, entouré des autres.
Dites-moi si cela vous pose problème, et à quel niveau.
Pour vous aider, une classification :



Pour représenter les molécules, je vous propose le logiciel gratuit ISIS/DRAW (liens corrigés) :


Correction :
1- La structure de Lewis doit représenter les électrons de valence (ceux servant à former des liaisons) autour des atomes. Dans la classification périodique, les éléments de la première colonne ont 1 électron de valence, de la deuxième 2 électrons de valence. La 13e : 3 électrons, la 14e : 4 électrons de valence, etc...
Comme les éléments les plus communs (ceux de la deuxième ligne) ont tendance à s'entourer de 8 électrons, on représente les électrons dans 4 "groupes" dans lesquels ont met au plus un doublet d'électrons. De plus, deux éléments de la même colonne ont le même nombre d'électrons de valence. Cela donne :

2- C+ a un électron de moins que C, F- un de plus que F. D'où :

3- N a trois électrons célbataires donc peut utiliser un de ceux-ci et le lier grâce à celui d'un hydrogène. On forme un doublet liant. O a 6 électrons dont 2 célibataires, C en a 4, etc... D'où :

4- Ici il faut bien connaître la règle de l'octet qui dit qu'un élément de la deuxième ligne aura au plus 8 électrons de valence. S est dans la troisième et peut dépasser cette limite. D'où :

5- Pour créer ces ions, le plus simple est de partir de N+ et O+ qui peuvent réaliser 4 et 3 liaisons respectivement. D'où :

24 août 2006

Et pour la physique???

Je reprends le message de JS et vous demande de faire le même type de remarques pour les révisions de physique. Je vous demanderais juste d'être indulgents sur la forme des exercices (fautes de frappe, bugs -corrigés a posteriori-dans les formules arrivage en retard des figures....) car c'est la première année que je participe à ce blog.
Je suis ouverte à toutes les remarques sur ce que ça vous a apporté, la difficulté, ce que vous auriez aimé voir traité, ce qui manque.....
Merci d'avance et à bientôt
SD

Open bar

Ce message n'a pour but que d'engager dans les commentaires une conversation libre au sujet de la rentrée ou n'importe quoi en rapport avec votre arrivée à Joffre. C'est le moment de poser toute question d'ordre pratique ou philosophique, de prendre rendez-vous entre internes, etc... Quelques 3/2 semblent traîner ici, alors...
Bref, ce post est pour vous.

À propos des révisions

À une semaine environ de la rentrée (pour nous), nous pouvons dresser un premier bilan de ces révisions. De notre point de vue, ces exercices sont là pour vous faciliter la transition à la rentrée, établir un premier contact, mais cela ne vous donnera qu'une vague idée de ce qui vous attend : en effet, votre travail pendant votre prépa s'appuiera sur votre cours. Pour le moment nous ne nous appuyons que sur vo acquis.
Les statistiques de fréquentation montrent que vous êtes au rendez-vous. Bien qu'un bon nombre d'entre vous participent activement aux débats, la plupart reste silencieuse, même si je ne doute pas de vos efforts. Alors en commentaires de ce post, j'aimerais avoir votre opinion sur cette première semaine : difficulté des exercices, quantité, correction, etc... de la part de tous, ne soyez pas timides!

23 août 2006

Physique 6 (mécanique 1)

Mouvement d'une balle de golf....
Des ingénierus sont chargés de poursuivre des recherches sur une balle de golf pour de possibles améliorations.
Dans un premier temps ils étudient le mouvement de cette balle (supposée point matériel de masse m) dans le champ de pesanteur g uniforme.
La balle est lâchée sans vitesse initiale en O, pris comme origine des cotes (axe Oz vers le bas) et subit une force de frottements dans l'air modélisée par f = -k*v^2.(en gras les vecteurs)et k est une constante.
1) On néglige ici la force de frottement fluide due à l'air : Déterminer l'équation horaire du mouvement de cette balle.
2) On tient compte ici des frottements. On admet que le mouvement reste rectiligne
a)Déterminer l'équation différentielle à laquelle obéit la vitesse de la balle.
b)Montrer qu'elle peut se mettre sous la forme : dv/dt=g(1-α^2*v^2) où α est à exprimer en fonction des données du problème.
3) On peut montrer que les solutions de cette ED s'écrivent : v(t)=1/α*(exp(2αgt)-1)/(exp(2αgt)+1).Vérifier que ces fonctions satisfont l'ED du 2)
4) Montrer alors que z = 1/(α^2*g)*ln((e^αgt+e^-αgt)/2)
5) Vérifer que les conditions initiales sont satisfaites pour v et pour z.
6)Expérimentalement, on détermine la vitesse limite atteinte par la balle vlim
a)exprimer vlim en fonction de g, m et k. En déduire une signification physique de 1/α
b)retrouver ce résultat avec l'expression de z(t)

22 août 2006

Chimie #5 : étude deux équilibres simultanés

On considère les deux réactions suivantes :

Ca2+ + Y4- = CaY2- (1)
Mg2+ + Y4- = MgY2- (2)

On note K1 et K2 les constantes d'équilibre associées.
Y4- désigne l'EDTA. Tous les constituants sont des solutés.

1- Initialement, [Ca2+]=[Mg2+]=0,1 mol/L et [Y4-]=0,4 mol/L
a- En notant x1 et x2 les avancements des deux réactions, dresser le tableau d'avancement pour exprimer les différentes concentrations en fonction des deux avancements.
b- Sachant que les deux constantes sont très grandes, proposer une valeur approchée pour chaque concentration.
c- Certaines concentrations ont une valeur proche de 0. À l'aide des constantes d'équilibre, les calculer. Application numérique : K1=106 ; K2=107

2- On a maintenant [Ca2+]=[Mg2+]=0,1 mol/L et [Y4-]=0,1 mol/L.
a- Sachant que les deux constantes sont très grandes, que peut-on dire cette fois des différentes concentrations?
b- Proposer une relation entre x1 et x2 à l'aide d'une hypothèse, sachant que les deux constantes sont toujours considérées très grandes.
c- En notant ε la concentration de Y4-, exprimer chacune des constantes en fonction des avancements et de ε.
d- À L'aide des deux relations précédentes, proposer une expression de x1 et x2 en fonction des deux constantes.
e- Application numérique.
i) K1=106 ; K2=107
ii) K1=106 ; K2=1010
f- Commenter le résultat précédent.

Correction :
1-a- L'avancement, c'est le nombre de fois qu'on réalise la réaction, en moles. Quand on la fait une fois, il disparaît 1 ion, 1 EDTA et se forme 1 complexe. D'où :
Ca2++Y4-=CaY2-
t=00,10,40
t qq0,1-x10,4-x1-x2x1
Mg2++Y4-=MgY2-
t=00,10,40
t qq0,1-x20,4-x1-x2x2

b- Si les constantes sont très grandes, on peut formuler l'hypothèse de réactions quantitatives. D'après les conditions initiales, on a un excès d'EDTA et on pourra donc consommer complètement les deux ions. Donc approximativement : x1=0,1=x2. Donc [Ca2+]≈0 et [Mg2+]≈0 ; [CaY2-]≈[MgY2-]≈0,1 ; [Y4-]≈0,2.
c- Les concentrations des deux ions ne sont pas nulles rigoureusement. En effet, cela conduirait à un quotient de réaction infini. Or les constantes sont très grandes mais pas infinies. Il en reste donc une petite quantité notée en général ε.
K1=0,1/0,2/ε1 et K2=0,1/0,2/ε2
D'où [Ca2+]=1/2/K1=0,5.10-6 mol/L et [Mg2+]=1/2/K2=0,5.10-7 mol/L.
2-a- On a le tableau d'avancement suivant :

Ca2++Y4-=CaY2-
t=00,10,10
t qq0,1-x10,1-x1-x2x1
Mg2++Y4-=MgY2-
t=00,10,10
t qq0,1-x20,1-x1-x2x2

On constate que cette fois, on n'a pas assez d'EDTA pour consommer les deux ions. Au contraire, on a 0,2 mol d'ions contre 0,1 d'EDTA. Donc on va pouvoir consommer tout l'EDTA. La question est que cela nécessite la consommation de 0,1 mole d'ions : comment cette mole sera-t-elle répartie entre les deux ions?
On a donc pratiquement plus d'EDTA. On va noter [Y4-]=ε.
b- D'après le tableau (ou d'après la question a), on a x1+x2≈0,1.
c- K1=x1/(0,1-x1)/ε et K2=x2/(0,1-x2)/ε
D'après b-, K1=x1/x2/ε et K2=x2/x1
d- D'où : (x1/x2)2=K1/K2
x1/x2=(K1/K2)2=K
x1/x2= K et x1+x2=0,1
Donc x1(1+1/K)=0,1
x2(1+K)=0,1
e- i) x1=0,024 et x2=0,076 mol
ii) x1=9,9.10-4 et x2=9,9.10-2 mol
f- Les deux réactions ont certes des constantes très élevées mais si l'une des deux a une valeur bien plus élevée que l'autre (cas ii) alors sont avancement est bien plus important que celui de l'autre. La deuxième réaction (la 1 ici) devient négligeable. Toute se passe comme si elle ne faisait pas du tout. La réaction de constante plus élevée a alors un avancement de pratiquement 0,1 mol.

Physique #5 : Rupture de courant dans une bobine

Dernier exercice avant la mécanique.
Sur la figure 19, on a un générateur de courant de fém E = 12,0V.La résistance vaut R = 42 Ω, L = 15,0 mH et r = 8,0 Ω. Initialement les deux interrupteurs S1 et S2 sont ouverts. A une date qu'on choisira comme origine des temps, on ferme S1.
1)Etablir l'équation différentielle à laquelle obéit l'intensité du courant dans la bobine.
2)Résoudre cette ED. Calculer la constante de temps atachée à l'établissemeny du courant dans la bobine et établir l'expression de i(t).
3)A une date qu'on choisira comme nouvelle origine des temps dans cette question, on ferme S2 (S1 restant fermé) :
a)à quelle nouvelle équation différentielle obéit l'intensité du courant dans la bobine ?
b)résoudre cette ED, calculer la nouvelle constante de temps et établir la nouvelle expression de i(t).
c)quelle est la valeur et le sens du courant i1 traversant le générateur de tension ?
d)quelle est l'expression de l'intensité i2(t) du courant traversant l'interrupteur S2

20 août 2006

Chimie #4 : titrage du cuivre (II)

On prélève 10 mL de solution S de solufate de cuivre CuSO4 que l'on place dans un erlenmeyer dans lequel un excès d'iodure de potassium solide est ensuite ajouté. Un précipité d'iodure de cuivre (I) CuI(s) se forme et la solution est de couleur brune.
1- Montrer que l'ion Cu2+ peut oxyder l'ion iodure I- avec formation d'ions I3- et du précipité d'iodure de cuivre CuI(s). Écrire l'équation-bilan notée (1) de cette réaction.
En fait, on ajoute un grand excès de KI solide pour dissoudre totalement le précipité CuI susceptible de fausser le dosage par défaut. Le précipité CuI se transforme en complexe CuI2- incolore, soluble dans l'eau. La couleur de la solution reste brune.
2- En tenant compte de ces nouvelles conditions expérimentales, écrire l'équation bilan de la réaction, notée (1').
3- À quelle(s) espèce(s) chimique(s) peut-on attribuer la couleur brune de la solution.
Les ions triiodures I3- formés par l'oxydation quantitative des ions iodures par les ions Cu2+ (réaction 1') sont ensuite dosés par une siolution de thiosulfate de sodium de concentration 0,10 mol/L. Le volume de thiosulfate versé à l'équivalence est Ve=11,1 mL. À la fin du titrage, l'erlenmeyer contient une solution incolore.
4- Quelle quantité de thiosulfate de sodium pentahydraté, Na2S2O3, 5 H2O solide, faut-il peser pour former 1 L de solution de thiosulfate à 0,1 mol/L?
5- Avec quel indicateur de fin de réaction doit-on repérer l'équivalence?
6- Écrire l'équation-bilan, notée (2), de la réaction de titrage des ions triiodures par les ions thiosulfate.
7- Établir la relation à l'équivalence entre les quantités de Cu2+ et des ions S2O32-. Calculer la concentration molaire volumique des ions Cu2+ dans la solution S.
Données : on donne les couples suivants, par pouvoir oxydant décroissant.
Cu2+/CuI
I3-/I-
S4O62-/S2O32-

Correction :
Pas de gros problèmes pour cet exercice apparemment. Une précision cependant : quand on indique "solution d'iodure de potassium à 0,1 mol/L", cela implique que l'on a réalisé une solution de 1L composée d'eau et de 0,1 mol de KI. Cela dit, la solution ne contient pas de KI. L'eau étant un solvant dissociant, on trouvera en réalité K+ à la concentration de 0,1 mol/L et I- à cette même concentration. On écrira donc un bilan faisant intervenir ces ions et non KI.
1- Équation (1) :
Les couples mis en jeu sont :
Cu2+/CuI(s) : Cu2+ + e- + I- = CuI(s)
I3-/I- : I3- + 2 e- = 3 I-
On fait la combinaison de deux fois la première moins une fois la seconde :
2 Cu2+ + 5 I- = I3- + 2 CuI(s)

Cette réaction est possible car le cuivre est le meilleur oxydant des différents couples.
2- Équation (1') :
2 Cu2+ + 7 I- = I3- + 2 CuI2-

3- Les ions triiodures sont bruns.
4- Il nous faut bien sûr les masses molaires des différents éléments : on trouve une masse de 24,8 g à peser.
5- On fait disparaître les ions triiodures donc la couleur s'estompe et a disparu à l'équivalence. La solution est alors incolore. Cependant, il existe un moyen de mieux repérer l'équivalence, toujours à l'aide de la couleur : proposition?
6- Couples :
I3-/I- : I3- + 2 e- = 3 I-
S4O62-/S2O32- : S4O62- + 2 e- = 2 S2O32-

D'où :

I3- + 2 S2O32- = 3 I- + S4O62- (2)



7- On a au départ nCu2+ initial=ni3- formé/2 d'après (1')
Cette quantité de triiodures est titrée dans la seconde réaction :
ni3- initial/2 = nS2O32- versé
Donc nS2O32- versé=nCu2+ initial
C Véchantillon = CthiosulfateVéquivalence
D'où C=0,111 mol/L

18 août 2006

Chimie #3 : Analyse d'un composé organique

1- La combustion complète de 41,0 mg d'une substance organique X fournit 99,0 mg de dioxyde de carbone et 55,5 mg d'eau. L’oxydation dans des conditions où tout l’azote de la substance est transformé en diazote, réalisée sur un échantillon de 92,7 mg de X conduit à un volume de 14,2 mL d’azote (mesuré dans les conditions normales de température et de pression).
  • Déterminer les proportions en masse, dans X, d’azote, carbone et hydrogène : qu'en déduire?
  • Ces expériences suffisent-elles à déterminer la formule brute de X?
  • En notant la formule brute CxHyNz..., que peut-on dire de x, y, z...?

2- L’étude acido-basique de X montre qu’il s’agit d’une monobase. On en réalise le titrage en dissolvant 1 g de X dans un volume de 50 mL d’eau, auquel on ajoute quelques gouttes d’hélianthine. Il est nécessaire d’ajouter 27,4 mL d’une solution d’acide chlorhydrique à 0,5 mol/L pour obtenir le virage de l’indicateur.
En déduire la masse molaire de X. Quelle est sa formule brute? Quelle fonction basique peut-on attribuer à X?

Correction partielle
1- La combustion consiste en la réaction de la molécule avec le dioxygène. Elle est de la forme :
X + n O2 = m CO2 + m' H2O +...

L'azote se retrouve vraisemblablement sous la forme d'un oxyde.
Conclusion : tout les CO2 a pour origine le carbone de la molécule et l'eau l'hydrogène. Donc :
CxHyN... + m O2 = x CO2 + y/2 H2O +...

On forme 2,25 mmol de CO2 donc il y a 2,25 mmol de C dans l'échantillon : soit 65,9 % en masse.
On forme 3,08 mmol d'eau donc il y a dans l'échantillon 6,16 mmol d'hydrogène soit 15% en masse.

Lors de la deuxième expérience, on forme (sous 1 atm et 273 K, avec un volume molaire de 22,4 L) 0,63 mmol de N2 donc l'échantillon contenait 1,16 mmol d'azote soit 19% en masse.
La première conclusion est que la molécule ne contient que trois éléments : C, H et N. En effet la somme fait 100%.
Il faut bien comprendre que cette série d'expérience ne permet pas de trouver la masse molaire. En effet, si on trouve une formule respectant ces proportions, une formule en doublant tous les indices respectera aussi ces proportions.
M=12x + y + 14z
14z/M = 0,19
12x/M= 0,66
y/M=0,15
x/y=0,37
x/z=4,05=4
Donc par exemple x=4 et z=1. D'où y=4/0,37=11
Une formule possible est C4H11N
D'une manière générale, C4nH11nNn et M=73 n g/mol (n entier).
2- 1g de produit contient n=27,4.10-3x0,5 mol de produit : la masse molaire est m/n=73 g/mol.
La formule est donc C4H11N.
X possède vraisemblablement une fonction amine. Par exemple Et2NH ou CH3CHNH2CH2CH3 ou encore Bu-NH2
Le pKa est voisin de celui de l'ammoniac, vers 9/10.

Physique #4

On étudie le circuit représenté sur la figure 38 pour étudier la décharge d'un condensateur à travers un circuit RL. L'interrupteur permet dans un premier temps de connecter le condensateur aux bornes d'un générateur de fém E = 9,00 V et de résistance négligeable. La décharge est obtenue en connectant l'interrupteur en position 2.
1) Représenter les connexions qu'il faut réaliser pour observer au cours de la décharge la tension Uc aux bornes du condensateur sur CH1 et la tension aux bornes de la résistance Ur en CH2 (d'un oscilloscope).
2) Les mesures sont transmises à Regressi (ou autre logiciel de calcul). Comment passer des mesusres de tension Uc et Ur à l'inetnsité i du courant dans le circuit et les énergie Ec (dans le condensateur) et Eb (dans la bobine)?
On calcule ensuite Etot = Ec+Eb. Les courbes représentatives sont sur la figure 39 dont la légende est incomplète : identifier les différentes courbes.
4) Justifier la décroissance de Etot.
5) Déterminer la valeur de la capacité C du condensateur.
6) Détermienr la pseudo-période T des oscillations.
7) En admettant que la formule simplifiée de la pseudo-période est valable, calculer la valeur de l'inductance L.
8) De combien a diminué l'énergie électromagnétique du dipôle RLC entre les instants t=0 et t=2T


17 août 2006

Physique #3

A propos des ordres de grandeur.....
1) Retrouver l'équation différentielle régissant l'évolution de la tension aux bornes d'un condensateur (initialement chargé Uc max=E) lorsqu'il se décharge dans une bobine d'inductance L et de résistance interne R.
2) cette équation est une équation différetielle du second ordre linéaire à coefficients constants et sans second membre que vous apprendrez à résoudre l'an prochain (euh dans quelques mois en fait). Si les valeurs de R, L et C sont bien choisies on obtient un régime pseudo-périodique et la pesudo-période des oscillatons a pour formule : T = (2π)/(1/LC-R2/4L2)1/2.
a) vérifier l'homogénéité de cette formule
b) montrer que si L= 42,2 mH ; C = 470 nF et R = 8,5 Ω, il est légitime de prendre T=2π*(LC)1/2.

16 août 2006

Physique #2

Cette fois un exercice plus expérimental...
On utilise le montage de la figure 33 dans lequel le générateur de tension a une fém E = 8,0 V et la résistance R = 25 kOhm. Un oscilloscope à mémoire enregistre la tension aux bornes du condensateur lorsqu'on ferme l'interrupteur S d'abord dans la position 2, puis dans la position 1. Les courbes sont regroupées dans la figure 34.
1) Établir les équations différentielles vérifiées par q la charge du condensateur (initialement déchargé) selon la position de l'interrupteur. (On prendra le courant algébrique circulant de l'interrupteur vers le condensateur et q sur l'armature qui porte CH1) Remarque : cette question est indépendante des autres mais permet de retravailler l'algèbre
2) Utiliser la courbe a pour déterminer la valeur de la capacité du condensateur : expliciter votre raisonnement.
3) Utiliser la courbe b pour déterminer avec le maximum de précision la pseudo-période des oscillations. En déduire la valeur de l'inductance de la bobine.

Figures :


Chimie #2 : Nomenclature

Nous allons voir un peu de nomenclature. Je ne connais pas exactement les types de substituants que vous avez déjà vus.
1- Nommer les composés suivants :



2- Quel est le nombre minimum de carbones nécessaire pour former un alcool secondaire, une amine tertiaire, une cétone, un ester, un étheroxyde, un nitrile. Nommer les composés obtenus.
3- Représenter les formules semi-développées des composés suivants :
a) 2-chloro-3-méthylpent-2-ène.
b) acide 3-méthylbut-2-ènoïque.
Pour cette dernière question, dites-moi simplement si cela vous pose un problème.

Correction :
Quelques précisions d'abord sur la nomenclature, avec les règles principales :
  • On cherche d'abord la chaîne la plus longue qui servira à donner le nom de la molécule à partir de l'alcane correspondant.
  • On numérote cette chaîne en choisissant le sens de manière à avoir l'indice le plus petit le plus petit possible.
  • On met une fonction en suffixe, et une seule, sauf alcène et alcyne.
Si on a dans une même molécule un alcool et une cétone, on ne peut pas terminer en -ol ou en -one le nom de la molécule. Il faut choisir et mettre la deuxième fonction en substituant. Le groupe -OH se nomme hydroxy, le groupe =O se nomme oxo.
Pour savoir qui on met en suffixe et qui on met en substituant, on a un ordre donné par la nomenclature.
  • Ensuite on indique les différents subtituants par ordre alphabétique, avec leur position dans la chaîne. Les chaînes ramifiées ont des noms communs tels que isopropyl, tertiobutyl, etc... et un nom systématique (je ne détaille pas la façon de les nommer).
Voici un rappel ou des précisions sur quelques groupes fonctionnels donnés dans un ordre de priorité croissant.

NomSuffixePréfixe
Amine N...-amineamino
thiol -SH-thiolmercapto
Alcool -OH-olhydroxy
cétone C=O-oneoxo
aldéhyde : RCH=O-aloxo
R-CN-nitrilecyano
Halogénure d'alkoyle : RCX=O-anoyle halide
acide carboxylique RCOOH acide -oiquecarboxy
ester RCOOR'-oate


Si vous désirez en savoir plus, je vous propose ce lien.
On a donc en appliquant ces règles au 1- :

3-méthylpentan-2-ol
1-amino-2-méthylbutan-3-one
Le groupe amine est moins important que la fonction cétone : c'est donc elle qui est en suffixe.
2,4-diméthylpent-1-ène
acide 3-méthylbutanoïque
2-méthyl-1-phénylpropan-1-one

2- Alcool secondaire : le propan-2-ol (3C)
Amine tertiaire N(CH3)3 triméthylamine ou N,N diméthylméthylamine
Étheroxyde (ou éther) CH3-O-CH3 méthoxyméthane
Ester : HCOOCH3 méthanoate de méthyle
Cétone : CH3COCH3 propanone ou acétone
Nitrile CH3-CN éthanenitrile ou acétonitrile

Pour conclure, les ordres de préférences ne sont pas à connaître, et le plus important dans tout cela est de savoir représenter une molécule à partir de son nom. C'est ce qui est nécessaire lors de la résolution d'un exercice de chimie organique. La nomenclature d'une fonction est rappelée en cours lors de la présentation du chapitre correspondant.

15 août 2006

Chimie #1 : Cinétique d'estérification

On étudie la réaction d’estérification suivante :

CH3CH2CH2CH2OH + CH3COOH = CH3COOCH2CH2CH2CH3 + H2O

Les conditions initiales sont les suivantes :

[CH3COOH]0=0,12 mol/L ; [CH3CH2CH2CH2OH]0=4,2 mol/L

0- Nommer les deux réactifs et préciser la nature des fonctions chimiques qu’ils contiennent.

1- La réaction est-elle totale (on développera ce point au regard des conditions initiales)? Quelle espèce permet de la catalyser?

2- Définir la vitesse de la réaction à partir des concentrations de différentes espèces.
3- Nous savons que la vitesse de la réaction dépend des concentrations en solution. La relation explicite entre vitesse et concentration s’appelle loi de vitesse. Ici, dans les conditions de l’expérience, la loi de vitesse s’écrit : v(t)=k[ CH3COOH](t)

a- Préciser l’unité de la constante k.
b- À l’aide de cette expression et de la question 2, proposer une expression de la concentration de l’acide acétique en fonction du temps.

4- On donne le tableau suivant :
t (min)357152133
[ CH3COOH] (mol/L)0,10640,09810,09060,06570,05160,0318


À l’aide des données, vérifier la validité du calcul précédent et calculer k.

Correction :
Correction partielle à l'aide de vos réponses. À compléter et à préciser svp.
0- butan-1-ol + acide éthanoïque (acide acétique) = acétate de butyle + eau
1- La réaction d'estérification n'est pas totale, mais elle l'est probablement ici, si on regarde les conditions opératoires.
Détaillons. Je n'en ai rien dit mais cette réaction est menée dans un solvant qui n'est pas l'eau, de manière à avoir réactifs et produits réunis dans une seule phase. Le quotient de réaction s'écrit donc bien [eau][ester]/([alcool][acide]). Ce quotient est égal à l'équilibre à la constante d'équilibre. C'est ainsi que Céline a calculé K°, en se basant sur les proportions vues en cours. Cependant, la valeur dépend de la nature du solvant. Mais admettons que cette valeur ne soit pas trop fausse, pour fixer les idées. Céline a mené un calcul pour aboutir au fait que la réaction est pratiquement totale dans les conditions de concentrations initiales. Expliquons ce résultat qualitativement. Imaginons que nous partons d'une situation d'équilibre résultant d'un mélange équimolaire d'acide et d'alcool. Si on ajoute de l'alcool, alors on voit dans l'expression de Q que celui-ci va diminuer puisque [alcool] augmente. Donc Q, qui au départ était égal à K°, est maintenant inférieur à K°. Donc l'évolution du système se produit dans le sens où Q augmente, donc sens direct avec formation d'ester. On constate donc que l'ajout de réactifs entraîne la réaction vers la droite. Un excès de réactifs rend la réaction quantitative (=quasi-totale) vis-à-vis du réactif limitant. On peut donc penser que la réaction sera ici quantitative, vues les proportions initiales.
À noter donc que la valeur de la constante d'équilibre n'est pas à connaître par cœur, un ordre de grandeur suffit.
Plus d'infos ici.
2- La définition de la vitesse de la réaction est v=1/V dx/dt.
Si on appelle ni la quantité de matière du constituant i, et νi son coefficient stœhiométrique, on a ni=n°iix donc on a une relation entre les variations de ni et x selon :
dniidx

Cette relation fonctionne avec réactifs et produits à condition de prendre un coefficient algébrique, positif pour les produits et négatif pour les réactifs. On en déduit : v=1/V 1/νi dni/dt et à volume constant v=1/νidci/dt (ci étant la concentration).
Donc ici v=-d[Butanol]/dt=-d[CH3COOH]/dt

3- On a donc l'équation différentielle v=-d[CH3COOH]/dt=k[CH3COOH]
On la note -dc/dt=kc
La solution de cette équation est de la forme : c(t)=A exp(-kt). La valeur de A est fixée par le fait que c(t=0)=0,12=c°. On a donc c(t)=c) exp(-kt).
4- À l'aide l'expression précédente, on en déduit que k=-ln(c(t)/c°)/t
On calcule cette valeur pour tous les instants t du tableau (à l'exception de t=0). Comme on trouve à chaque fois la même valeur, cela implique que l'expression supposée était la bonne.
v est en mol/L/s, c en mol/L donc k=v/c est en s-1. Attention le tableau donne le temps en minutes. Soit on convertit soit on donne la valeur de k en mn-1. On trouve k=0,04 mn-1.

Physique #1 : Circuit RC

Un générateur de fém E = 9,00 V et de résistance interne négligeable charge un condensateur de capacité C = 125 nF, initialement non chargé, à travers une résistance de valeur R = 82,0 kOhm.
1) Faire un schéma du montage en précisant le sens arbitraire choisi pour le courant.
2)Etablir l'équation différentielle à laquelle la charge q du condensateur obeit : on prendra soin de faire attention au sens des tensions (convention récepteur), à l'algébrisation des grandeurs (q, U, i...) , et au choix de l'armature sur laquelle on prend q.
3) Quelle est la limite de q(t) lorsque t tend vers l'infini ?
4) Déterminer l'expression de q(t) en résolvant l'équation différentielle de la question 2.
5)En déduire les expressions de i(t) - le courant circulant dans le circuit- et u(t) -la tension aux bornes du condensateur.

Figure :

13 août 2006

Révisions de physique

Bonjour à tous,

Je complèterais le message de JS en précisant que les révisions de physique commenceront aussi le 15 Août avec les mêmes modalités que celles de chimie alors à mardi.... On commencera par l'électricité (RL, RC et RLC...) : vos prédecesseurs en SUP ont choisi ce domaine car c'est ce qu'ils auraient souhaité l'an passé (mais c'est vous qui allez inaugurer les révisions de physique).

Les révisions en vue

Comme nous l'avons indiqué dans les dossiers d'inscription, des révisions vous seront proposées à partir du 15 août. Je me chargerai de la chimie. Le but est de vous amener à revoir des points du programme de terminale, points qui ne vous semblaient peut-être pas important mais qui vous serviront à mieux appréhender le début d'année. Nous entreverrons également des domaines au programme de sup, et surtout vous pourrez mieux comprendre la façon dont vous seront posés les exercices, ce qu'on attend dans leur résolution.
Le principe est simple : un post sur le blog contient l'énoncé (soit dans le texte, soit en pièce jointe). Vous réfléchissez à sa résolution et commence alors un dialogue autour de l'exercice dans les commentaires. Lors de la validation de votre commentaire, vous indiquez votre pseudo (sans inscription nécessaire). Pas de commentaires anonymes SVP. Vous proposez votre solution. J'indique si la réponse est correcte, avec quelques commentaires et compléments. Toutes les remarques et précisions sont alors bienvenues. Si la réponse est erronée, ou si vous séchez, je propose quelques pistes. Vous ne devez pas hésiter à demander des précisions, ou des explications. Toute question, même si elle n'a pas de rapport direct avec la question, est bienvenue. Lorsqu'une solution satisfaisante est donnée, je modifie le message en y incluant la solution et je clos les commentaires. Plusieurs exercices seront donnés en parallèle, de manière à aborder différents thèmes.
Je vous demande de répondre en adoptant le pseudonyme de votre choix et de vous y tenir, pour la clarté de la conversation. Enfin, un français correct est de rigueur...
A mardi donc pour notre premier contact!
Vous pouvez consulter les archives de l'an passé pour voir comment cela s'était déroulé.