Travaux pratiques - physiques des particules 1 - correction, Exercices de Physique des particules. Université Claude Bernard (Lyon I)
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Eleonore_sa30 April 2014

Travaux pratiques - physiques des particules 1 - correction, Exercices de Physique des particules. Université Claude Bernard (Lyon I)

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Travaux pratiques de physiques des particules sur l’élément chlore - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Réactions totales ou partielles ? Datation d’une carotte glaciaire.
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EXERCICE II : L’ELEMENT CHLORE

Réunion 2009 EXERCICE II : L’ELEMENT CHLORE (7points) CORRECTION

1. Réactions totales ou partielles ? 1.1. Un acide au sens de BrØnsted est une espèce chimique capable de céder un proton H+.1.2. Groupe carboxyle caractéristique de la famille acide carboxylique

1.3. Solution S1 d’acide monochloroéthanoïque : c1 = 1

1

n

V et n1 = 1

1

m

M alors c1 =

.

1

1 1

m

M V

c1 = ,

, ,

0 945

94 5 1 00 = 1,0010–2 mol.L-1

Solution S2 d’acide chlorhydrique : c2 = 2

2

n

V

c2 = ,

,

31 00 10

0 100

 = 1,0010–2 mol.L-1

Les deux solutions possèdent la même concentration en soluté apporté.

1.4.1. Équation chimique AH(aq) + H2O(l) = H3O+(aq) + A–(aq)

État du système Avancement

(en mol) Quantités de matière

(en mol)

État initial 0 c.V 0 0

État en cours de transformation

x(t) c.V – x(t) x(t)x(t)

État final xf c.V – xf xfxf

État d’avancement

maximal xmax c.V – xmax xmaxxmax

1.4.2. n(H3O+(aq))f = xf = [H3O+(aq)]f.V or [H3O+(aq)]f = 10–pH

n(H3O+(aq))f = 10–pH.V

1.4.3. max

= f x

x xf : avancement final (ou à l’équilibre),

xmax : avancement maximal si la réaction est totale 1.4.4. xf = 10–pH.V d’après la question 1.4.2. si la réaction est totale c.V – xmax = 0 soit xmax = c.V

10 . =

.

pH V

c V 

10 =

pH

c 

1.4.5. Solution S1 : = pH

c

 1

1

1

10

,

= ,

 



2 5

1 2

10

1 00 10 = 0,32

Solution S2 : = pH

c

 2

2

2

10

,

= ,

 



2 0

2 2

10

1 00 10 = 1,0

CH2

Cl

C

O

OH

1.4.6. 2 > 1 La réaction entre l’acide chlorhydrique et l’eau est totale, alors que la réaction entre l’acide monochloroéthanoïque et l’eau est limitée. On peut dire que l’acide chlorhydrique est plus réactif avec l’eau que l’acide monochloroéthanoïque. 2. Datation d’une carotte glaciaire

2.1. Le chlore 36 3617Cl , contient Z = 17 protons et N = A – Z = 36 – 17 = 19 neutrons.

2.2. Deux noyaux sont isotopes s’ils possèdent le même nombre de protons mais des nombresdifférents de neutrons.

2.3. Un noyau radioactif est un noyau instable qui peut se désintégrer spontanément pour donner un autre noyau plus stable et une particule.

2.4.1. 36 36 A

17 18 ZCl Ar X 

D’après les lois de Soddy, il y a conservation du nombre de nucléons : 36 = 36 + A soit A = 0 et de la charge électrique : 17 = 18 + Z, soit Z = –1

36 36 0

17 18 1Cl Ar X 

2.4.2. 36 36 0

17 18 1Cl Ar e  , la particule émise est un électron, il s’agit d’une radioactivité  .

2.5. N(t) = N0.e–.t

N(t) : nombre de noyaux de chlore 36 présents à la date t, N0 : nombre de noyaux de chlore 36 présents initialement,

 : constante radioactive du radioélément.

2.6. Le temps de demi-vie t1/2 est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initialement présents se sont désintégrés.

2.7.  = /

ln

1 2

2

t

= 7,1310–14 s-1 (ou  = ln

,  5 2

3 08 10 = 2,2510–6 an-1)

2.8.1. À la date t1, N(t1) = 75

100 .N0 = 0,75.N0 soit

( ) ,

N t

N 1

0

0 75

2.8.2. N(t1) = N0. 1 .te 

. ( )

t N t

e N

 11

0

.( )ln ln( )t N t

e N

     

11

0

( ) ln .

N t t

N

    

 

1 1

0

Soit t1 = ( )

.ln N t

N

    

 

1

0

1

2.8.3. t1 = ln( , ) , 

   6 1

0 75 2 25 10

= 1,28105 ans

2.8.4. La durée de vie du carbone 14 est trop courte par rapport à l’âge de l’échantillon. La quantité de carbone 14 présente serait trop faible, ce qui entrainerait une erreur plus importante. À la date t1, la quantité initiale de carbone 14 serait divisée par plus que 222 (1,28×105 / 5700 = 22,5), soit plus de 4 millions.

Conversion des années en secondes

ln =

, , 

   5 2

3 08 10 365 25 24 3600

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