Fiche de physique - chimie

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exercice 1 (désormais Hors-Programme)

On réalise la pile théorique de schéma conventionnel suivant :
Au || Au³⁺ || Ag⁺ || Ag
On donne [Au³⁺] = [Ag⁺] = 1 mol.L^-1 ; E°_{Ag+ / Ag} = 0,80 V et E°_{Au3+ / Au} = 1,50 V

1. Faire son schéma et indiquer :
sa polarité, sa f.é.m.,
la nature et le sens de déplacement des porteurs de charges quand la pile débite du courant dans une résistance,
le rôle du pont salin.

2. Écrire les équations des réactions se produisant aux électrodes et l'équation-bilan de la réaction lorsque la pile débite ; comment évoluent les concentrations en cations métalliques dans les demi-piles ? Expliquer.

3. On laisse la pile fonctionner pendant 3 heures et on constate que la masse de l'électrode d'or a augmenté de 98,5 mg. M(Ag) = 108 g.mol^-1 et M( Au) = 197 g.mol^-1 ; F = 96500 C .
Calculer :
la diminution de masse de l'électrode d'argent,
l'intensité du courant, supposée constante, qui a circulé.

4. Rappeler ce que l'on observe lorsqu'on verse une solution de chlorure de sodium Na⁺Cl^- dans une solution de nitrate d'argent.
Que se passe-t-il si on ajoute goutte à goutte une solution de chlorure de sodium dans la demi-pile à l'argent. Comment la f.é.m. varie-t-elle ?

exercice 2

A)

Rappeler les caractéristiques de la poussée d'Archimède.

B)

Un cylindre en aluminium de diamètre d = 2 cm et de hauteur h = 5cm est suspendu à un fil.

1. Calculer le poids du cylindre sachant que sa masse volumique est rho

_Al = 2,7 g.cm^-3 et que g = 9,8 N.kg^-1 .
Volume d'un cylindre : V =

. R² . h

2. Le cylindre suspendu au fil est complètement immergé dans l'eau.
a) Calculer la poussée d'Archimède agissant sur le cylindre sachant que la masse volumique de l'eau est :
rho

_eau = 1 g.cm^-3
b) Sur un schéma représenter les forces agissant sur le cylindre. Rappeler les conditions d'équilibre d'un solide soumis à trois forces.
c) Calculer la tension du fil.

exercice 3

Un skieur glisse sur une pente alpha

= 30° avec l'horizontale. La masse du système S {skieur-skis} est de 80 kg.
g = ( 10 N.kg^-1 ).

Le skieur a un mouvement rectiligne uniforme.

   a) Faire un bilan des forces appliquées sur le skieur (indiquer le point d'application, le sens et la direction de chacune d'elles).
   b) Énoncer le principe d'inertie.
   c) Faire un schéma représentant les différentes forces appliquées au système S.
   d) Déterminer la valeur de ces forces .

Voir la correction

exercice 1

$E=E_{Au^{3+}/Au} \ - E_{Ag^+/Ag}\\E=1,50-0,80=0,70V$
Le pont salin,par exemple (K⁺ + NO₃^-), permet la circulation du courant et le maintien de la neutralité électrique dans chaque demi-pile.

2.
$Au^{3+} +3e =Au \\ (Ag =Ag^+ +e)\times 3\\équation \ bilan\\Au^{3+} +3Ag = Au+3Ag^+$
en cours de fonctionnement:
   la concentration en Au³⁺ diminue car des ions Au³⁺ sont réduits en Au
   la concentration en Ag⁺ augmente car des atomes Ag sont oxydés en Ag⁺.

3.
   Quantité de matière de Au formé:
$n(Au)=\frac{m(Au)}{M} \\ n(Au)=\frac{98,5.10^{-3}}{197} \\n(Au)=5,00.10^{-4}mol$

Quantité de matière de Ag disparu:
d'après l'équation-bilan
$n(Ag)_{disparu}=3\times n(Au)_{formé}$ soit
$n(Ag)= 3\times 5,00.10^{-4}=1,50.10^{-3}mol$

   Masse de Ag formé:
$m(Ag)= n(Ag).M(Ag)= 1,50.10{-3}\times 108 \\m(Ag)=0,162g$

   Calcul de l'intensité
La demi-équation du couple Ag⁺/Ag (Ag⁺ + e = Ag) nous dit que 1 mole de Ag oxydé libère 1 mole d'électrons
Donc la quantité de matière d'électrons libérés en 3h est n(e) = n(Ag) = 1,50.10^-3mol
La quantité d'électricité transportée en 3h (10800s) est donnée par la formule
$\displaystyle Q=n(e)\times F= I\times t\\ I=\frac{Q}{t}=\frac{n(e)\times F}{t}\\ I=\frac{1,50.10^{-3}\times 96500}{10800}\\I=13,4.10^{-3}A=13,4mA$

exercice 2

A)

Caractéristiques de la poussée d'Archimède :
   direction : verticale
   sens : de bas en haut
   intensité : poids du volume de liquide déplacé
   point d'application : centre de poussée (confondu avec le centre de gravité pour un solide homogène)

B)

1. Calcul du poids
$P=m\times g$ avec
$m=\rho \times V\,\,\,\,\,\,avec\,\,\,\,\,\,\rho \,\ en \,\ g.cm^{-3} \,\,\ V en \,\ cm^3\\ m=\rho\times \pi\times R^2\times h\\m=2,7\times 3,14\times 1^2 \times 5 \\m=42,4g=4,24.10^{-2}kg$
$P=4,24.10^{-2}\times 9,81\\P=0,416N=0,4N$

2. a) Calcul de la poussée d'Archimède :
$\Pi=\rho_{eau}\times V\times g\\\Pi=0,154N=0,2N$
b)

c) Calcul de la valeur de la tension du fil F :
Le cylindre est à l'équilibre, donc d'après le principe de l'inertie projeté suivant la droite d'action des forces :
$F=P-\Pi\\F=0,416-0,154=0,262N=0,3N$

exercice 3

a) Inventaire des forces :
$\vec{P}:force\ de\ pesanteur$
$\vec{R}:réacion\ de\ la \ piste$

b) voir cours

c)

D'après le principe de l'inertie :
$\vec{P} + \vec{R} =\vec{0}\\\vec{R}\,\ se\, décompose \,en \,\vec{R_N}+\vec{f},\vec{f}\ étant\, la \,force\, de\ frottement\ qui\ s'oppose\ au\ mouvemant$
$\vec{P}+\vec{R_N}+\vec{f}=\vec{0}\\projection\,sur \,Ox\\P_x-f=0\\Psin\alpha f=0\\ \,\,\ f=P.sin\alpha\\\,\ f=800\times sin30=400N\\ projection\,sur\,O_y\\ R_N-P_y=0\\\,\,\, R_N=P.cos\alpha\\\,\,\, R_N=800\times \frac{\sqrt3}{2}=693N\\$

Publié par correction coriolan relue gbm le 08-01-2020

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