Correction Bac Antilles Juin 2011

Calculatrice autorisée

 

I ) Le Luminol. Au service de la police scientifique( 6,5 points)

II ) Pile au lithium et super condensateur ( 5,5 points)

III ) Radars ... et effet Doppler ( 4 points)

III ) Science appliquée (spe) ( 4 points)

 

Correction Antilles Juin 2011- I ) Le Luminol. Au service de la police scientifique :

1. La lumière émise est une lumière bleue.

1.1.1. Une onde lumineuse appartient au domaine électromagnétique.

1.1.2. Une onde mécanique a besoin d’un milieu matériel pour se propager alors qu’une onde lumineuse se propage dans un milieu transparent dont le vide.

 

1.2.1. E = h x ν = h x c / λ = 6,63.10^-34 x 3,0.10⁸ / 400.10^-9 = 5,0.10^-19 J

1.2.2. Si la lumière émise est rouge ; sa longueur d’onde est supérieure à 400 n. Leur célérité est la même. L’énergie correspondante est donc plus faible.

2. La réaction produite est une réaction d'oxydoréduction.

L'équation de la réaction s'écrit :

2 C₈H₇N₃O_{2 (aq)}  + 7 H₂O_{2 (aq)}  + 4 HO ^– _(aq) = 2 N_{2 (g)} + 2 C₈H₂O₄^2– _(aq) + 14 H₂O _(l)

2.1. Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons.

 

2.2.1. MnO₄^– _(aq) + 5 e^- + 8 H⁺_(aq) = Mn²⁺_(aq) + 4 H₂O_(l)  ) x 2

          H₂O_{2 (aq).}  =  O_{2 (aq)}  + 2 H⁺_(aq) + 2 e^-                     ) x 5

équation  :   2 MnO₄^– _(aq) + 16 H⁺_(aq)  + 5 H₂O_{2 (aq).}  = 5 O_{2 (aq)}  + 10 H⁺_(aq) + 2 Mn²⁺_(aq) + 8 H₂O_(l) 

                   2 MnO₄^– _(aq) + 6 H⁺_(aq)  + 5 H₂O_{2 (aq).}  = 5 O_{2 (aq)} + 2 Mn²⁺_(aq) + 8 H₂O_(l) 

2.2.2. A l'équivalence, les réactifs ont été ajoutés dans les proportions stoéchiométriques de l’équation. Leurs quantités finales sont nulles.

Au début du dosage, le mélange est incolore car les ions MnO₄^- violets réagissent et sont consommés Juste après l’équivalence ; ils restent dans le mélange, la solution vire au violet.

2.2.3.

Equation	2 MnO4– (aq)  +  6 H+(aq)   + 5 H2O2 (aq).  = 5 O2 (aq) + 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l)
Etat final	n1 – 2 xmax	excès	n2 – 5 xmax

 

Les réactifs sont limitants : n₁ – 2 x_max = 0 ;  x_max = n₁ / 2   ;  n₂ – 5 x_max = 0 ;  x_max = n₂ / 5  

n₁ / 2 = n₂ / 5   ;   5 n₁ = 2 n₂   :  n₁ = c₀ x V_E   ;  n₂ = c_R x V_R   ;  5 c₀ x V_E =  2 c_R x V_R

c_R = 5 c₀ x V_E / ( 2 V_R ) = 5 x 0,50 x 8,0.10^-3 / ( 2 x 10,0.10^-3 ) = 1,0 mol.L^-1

L’eau oxygénée est diluée dix fois.  C = 10 c_R = 10 mol.L^-1 .
Cette valeur est bien voisine de 9,8 mol.L^-1

3. La réaction entre le luminol et l'eau oxygénée est une transformation lente.

3.1.1. P₀ x  V_gaz = n(air) x R x T   ;  P₀  = n(air) x R x T / V_gaz

3.1.2. P x V_gaz  = (n(air) + n(N₂) ) x R x T ;   P = (n(air) + n(N₂) ) x R x T / V_gaz

3.1.3. P – P₀ = n(N₂) x R x T / V_gaz

 

3.2.

 

Si le luminol est en défaut, n_f = 0 = n₁ – 2 x_max ;  x_max = n₁ / 2 = 5,6.10^-3 / 2 = 2,8.10^-3mol

Si H₂O₂ est en défaut, n_f = 0 = n₂ – 7 x_max ;  x_max = n₂ / 7 = 4,9.10^-3 / 7 = 7,0.10^-4 mol

On choisit la plus petite valeur de x_max atteinte en 1^er . x_max = 7,0.10^-4 mol et H₂O₂ est limitant.

3.3. D’après le tableau, x = n(N₂) / 2 = (P – P₀) x V_gaz, / (R x T )

 

3.4. x_max = ( 1660 x 2,1.10^-3) / (2 x 8,3 x 300 = 7,0.10^-4 mol  ( Attention V_gaz doit être en m³ )

 

3.5.1. La vitesse volumique de réaction est proportionnelle au coefficient directeur de la tangente à la courbe.

D’après le graphique, elle est maximale au départ, puis elle diminue jusqu’à s’annuler.

Cette diminution de la vitesse est due à la diminution des concentrations des réactifs (facteur cinétique)

 

3 5.2. Le temps de demi-réaction t_1/2  est la durée au bout de laquelle x vaut x_max / 2.

D’après le graphique, t ½ = 3,0 s

 

4. La réaction entre le luminol et l'eau oxygénée devient rapide en présence d'un composé ferrique.

4.1. Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère la réaction sans la modifier.

 

4.2. Sur une scène de crime, la police scientifique cherche à détecter les traces de sang. En utilisant le mélange luminol-eau oxygénée sur une zone, l’apparition de la couleur bleue montre la présence des ions Fe³⁺ car sans sa présence, la couleur n’apparaît, la réaction est trop lente, on voit ainsi les traces de sang là où il y a des traces bleues.

 

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Correction Antilles Juin 2011- II ) Pile au lithium et super condensateur :

 

 

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Correction Antilles Juin 2011 - III ) Radars ... et effet Doppler :

 

 

 

 

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Correction Antilles Juin 2011 - III ) Science appliquée (spe) :

 

 

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