Sujet Bac Liban Juin 2009
Calculatrice autorisée
I ) De l'importance de l'eau oxygénée (7 points)
II ) Le cercle des planètes disparues (5 points)
III ) L'oscillateur élastique
(4 points)
IV) La radio B.L.U. (spe) (4 points)
Sujet Bac Liban Juin 2009 - I ) De l'importance de l'eau
oxygénée :
Synthétisée pour la première fois en 1818 par le Baron Louis Jacques Thénard, l’eau oxygénée ou peroxyde d’hydrogène H2O2 est d’une très grande utilité et d’une grande importance économique. Elle est utilisée pour le blanchiment de la pâte à papier et des textiles naturels ou synthétiques,
le désencrage des vieux papiers et le traitement des eaux usées. C’est également un antiseptique pharmaceutique et un agent de stérilisation en industrie alimentaire.
L’eau oxygénée peut être synthétisée à partir du dihydrogène
gazeux et du dioxygène gazeux par une réaction dont l’équation s’écrit :
H2(g) + O2(g) = H2O2(l)
Les parties 1 et 2 sont indépendantes
Données :
Couples oxydant/réducteur :
Cl2(g)/Cl –(aq) ;
H+(aq)/H2(g)
Constante d’Avogadro :
NA = 6,02.1023 mol-1
Charge électrique élémentaire :
e = 1,60.10 – 19 C
Volume molaire dans les
conditions de l’expérience : Vm = 30,0 L.mol-1
Le dihydrogène nécessaire
à la synthèse de l’eau oxygénée doit être très pur. Il est obtenu par électrolyse
d’une saumure, c'est-à-dire d’une solution aqueuse concentrée de chlorure
de sodium (Na+(aq) + Cl –(aq)).
Le schéma simplifié du dispositif est représenté en annexe à rendre avec la
copie.
1.1) Identifier l’anode
et la cathode sur le schéma de l’annexe à rendre avec la copie et indiquer
le sens de déplacement des différents porteurs de charge.
1.2) On obtient un dégagement
de dichlore à l’anode et de dihydrogène à la cathode.
Ecrire les demi-équations des réactions se produisant aux électrodes.
1.3) Montrer que pour
une intensité du courant I et une durée de fonctionnement Δt données, le volume de dihydrogène produit à la
cathode s’écrit : V(H2)
= ½ I . Δt Vm / (NA . e)
1.4) L’intensité du courant vaut I = 5,00.104 A, calculer le volume de dihydrogène produit par heure de fonctionnement.
2) Cinétique de la dismutation
de l’eau oxygénée
La solution aqueuse d’eau oxygénée se décompose lentement en dioxygène O2(g) et en eau selon la réaction d’équation : 2 H2O2(aq) = O2(g) + 2 H2O(l)
On veut effectuer le suivi cinétique de cette réaction, supposée totale, à la température de 25°C. La décomposition de l’eau oxygénée étant très lente, celle-ci doit être catalysée par les ions fer III (Fe3+).
A l’instant t = 0, on mélange :
* V = 24 mL de solution aqueuse d’eau oxygénée de concentration
molaire en soluté apporté c = 2,5
mol.L-1
* 6,0 mL de solution aqueuse de chlorure de fer III (Fe3+(aq) + 3 Cl –(aq))
* de l’eau distillée jusqu’à obtenir une solution de volume total VT = 1,0 L
Un dispositif permet de recueillir et de mesurer le volume de dioxygène V(O2) dégagé à la pression atmosphérique P = 1,013.105 Pa.
Le volume total de la solution VT = 1,0 L est supposé rester constant au cours de l’expérience.
Les résultats sont consignés dans le tableau suivant :
t (min) |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
60 |
V(O2)
(mL) |
0 |
160 |
270 |
360 |
440 |
500 |
540 |
590 |
610 |
680 |
On admet que dans les conditions de l’expérience, le dioxygène peut être considéré comme un gaz parfait.
On rappelle la loi des gaz parfaits ; P.V = n.R.T avec :
* P : pression du gaz en Pa
* V : volume du gaz en m3
* n : quantité de matière de gaz en mol
* R : constante des gaz parfaits ; sa valeur est égale à 8,31 J.mol-1.K-1
* T : température absolue exprimée en Kelvin (K) ; T est reliée à θ, température exprimée en degré Celsius (°C) par la relation : T = 273,15 + θ
2.1) Avancement de la
réaction
2.1.1) Compléter le tableau
d’avancement de la réaction représenté en annexe à rendre avec la copie.
2.1.2) Calculer la valeur
de l’avancement maximal xmax de la réaction.
2.1.3) Etablir l’expression
de l’avancement x(t) de la réaction en fonction du volume de dioxygène V(O2)(t)
formé.
2.1.4) Calculer sa valeur à l’instant t = 30 min.
2.2) Analyse du graphe
x(t)
2.2.1) Le graphe représentant
l’avancement x en fonction du temps t est fourni en annexe à rendre avec la
copie.
Définir le temps de demi-réaction
t1/2 et déterminer sa valeur à partir d’une construction graphique.
2.2.2) Quelle information
de graphe x(t) donne-t-il sur l’évolution de la vitesse de la réaction au
cours du temps ? Justifier la réponse.
2.3) Facteurs cinétiques
2.3.1) Quel facteur cinétique
permet d’expliquer l’évolution de la vitesse de la réaction au cours du temps ?
Interpréter microscopiquement cette évolution.
2.3.2) Dessiner sur le
graphe de l’annexe l’allure de la courbe que l’on aurait obtenue si l’expérience
avait été réalisée à une température plus élevée. Justifier.
2.3.3) Dire, en justifiant,
si les propositions suivantes sont VRAIES ou FAUSSES dans le cas où le même
mélange initial est cette fois complété avec de l’eau distillée jusqu’à obtenir
une solution de volume total V’T = 0,50 L :
* Proposition 1 : L’avancement
final est divisé par deux.
* Proposition 2 : L’état
final est atteint plus rapidement.
2.4) Importance du catalyseur
2.4.1) Rappeler la définition
d’un catalyseur.
2.4.2) Lors de ce suivi
cinétique, la catalyse mise en jeu est-elle homogène ou hétérogène ?
Justifier.
Annexe à rendre avec la copie
1) Préparation du dihydrogène
par électrolyse :
2) Cinétique de la dismutation
de l’eau oxygénée :
Tableau d’avancement :
|
2 H2O2(aq) = O2(g)
+ 2 H2O(l) |
|||
État |
Avancement |
Quantités de matière en mol |
||
Etat initial |
|
|
|
Excès |
En cours de transformation |
|
|
|
Excès |
Etat final |
|
|
|
Excès |
Avancement x en fonction
du temps t
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disparues :
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Sujet Bac Liban Juin 2009 - III ) L'oscillateur élastique horizontal :
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Sujet Bac Liban Juin 2009 - IV ) La radio B.L.U. (spe):
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