Devoir surveillé de chimie n°1 Expérience de sublimation du diiode
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1. 0 C 40 Pa 25 C 0 027 bar 60 C Point critique 0c 546 C Pc 11 6 MPa Point triple 07 114 C Pr 0 19 bar Page 1 sur 4 Pictogrammes de s curit Phrases H H312 Nocif par contact cutan H332 Nocif par inhalation H400 Tr s toxique pour les organismes aquatiques 1 Donner les caract ristiques principales g n rales de la mati re l tat solide aux points de vue microscopique et macroscopique Le diiode solide est il un tat cristallis ou un tat amorphe 2 Tracer l allure du diagramme de phases T p du diiode Indiquer les coordonn es de tous les points connus d apr s les donn es dont on dispose II R alisation de l exp rience Photo 1 Photo 2 Description de l exp rience Dans un becher de 250 mL on introduit une masse m 2 00 g de diiode BL On couvre le becher d un verre de montre que l on remplit d eau liquide et de glace photo 1 tant donn e la forme du verre de montre on estimera V 220 mL le volume d air effectivement pr sent dans le becher Le becher est alors plac dans un cristallisoir contenant galement un m lange d eau liquide et de glace et on attend que l quilibre thermique soit atteint Le verre de montre est alors scell sur le becher au moyen de parafilm Le contenu du becher cristaux de diiode et air est alors un syst me ferm Cet tat initial du syst me sera appel l tat n 1 On retire le becher d2. totale La transformation est elle totale lors du passage de l tat 1 l tat 2 Dans le cas contraire proposer une masse de diiode placer dans le becher initialement pour que la transformation soit totale Pourquoi faut il chauffer au moyen d un bain marie et non pas en pla ant le becher directement sur une plaque chauffante Comment nomme t on le changement d tat qui se produit entre l tat 2 et l tat 3 Visualiser ces deux tats sur le diagramme de phases trac la question 1 Une fois l exp rience termin e on retire d licatement le parafilm et le verre de montre et on r cle le verre de montre pour r cup rer tous les cristaux qui s y sont d pos s On replace alors le verre de montre propre sur le becher Peut on recommencer l int gralit de l exp rience l identique sans ajouter de diiode suppl mentaire Si oui combien de fois peut on recommencer au maximum Que se passera t il lors de la derni re tentative On r alise l exp rience le nombre de fois d termin la question pr c dente on rassemble tous les cristaux de diiode que l on a r cup r s sur le verre de montre dans un flacon Aura t on ainsi r cup r l int gralit des m 2 00 g de diiode introduits au d part Sinon quelle masse manque t il IHI Mise en solution aqueuse du diiode Une fois l exp rience d crite pr decemment termin e il faut se d barrasser du diiode Peut on le jeter la poubelle l vie
3. volume de solution S faudrait il verser au minimum pour obtenir la disparition totale du diiode Comparer avec la question 11 et conclure V Cas du dioxyde de carbone La neige carbonique est du dioxyde de carbone solide finement divis On va montrer qu il serait impossible de mener la m me exp rience que celle d crite pour le diiode avec de la carboglace Le diagramme de phases du dioxyde de carbone est le suivant V7 Pression atm Temp rature C 20 En s appuyant sur ce diagramme de phases d crire avec pr cision ce qui se passerait si on pla ait de la neige carbonique initialement 80 C dans un becher au laboratoire volution de la temp rature transformation observ e 21 Proposer des conditions de pression et de temp rature permettant d obtenir du dioxyde de carbone supercritique Quelles sont les caract ristiques de cet tat Est il utilis dans l industrie Quels pourraient en tre les avantages Comparer avec du diiode supercritique Page 4 sur 4
4. EN Lyc e Janson de Sailly Devoir surveille Ann e scolaire a O 2014 2015 de chimie n 1 Classe de PCSI 7 Dur e de l preuve 2 heures Usage des calculatrices autoris N B Une pr sentation soign e est exig e les r ponses doivent tre justifi es avec concision et les principaux r sultats doivent tre encadr s Dans tout ce devoir les gaz seront toujours consid r s comme parfaits La constante des gaz parfaits vaut R 8 31 J mol K t La pression atmosph rique du laboratoire sera prise gale Patm 1 013 bar et la temp rature ambiante est de 0 25 C Exp rience de sublimation du diiode I Introduction Dans les conditions de temp rature et de pression du laboratoire le corps simple iode se pr sente sous forme d un solide noir violac ci contre Au niveau microscopique il est constitu d entit s mol culaires de formule I ces mol cules tant li es les unes aux autres par dE des forces de van der Waals Ces mol cules sont arrang es comme di on le voit sur la figure ci dessous g em o Tmo so Smo Tr Le corps simple est donc symbolis par l esp ce chimique I et on le nomme diiode Quelques donn es sur le diiode Masse molaire M L 253 8 g mol Temp rature de fusion 114 C Temp rature d bullition 184 C Solubilit massique dans l eau 25 C Sm 330 mg L Pression de vapeur saturante 13 Pa
5. e 3 sur 4 16 On dispose d une cellule de conductim trie dont la constante de cellule a t d termin e par talonnage et vaut k 106 1 m On plonge cette cellule dans la solution S et on mesure aux bornes de cette cellule une r sistance de R 7 85 0 06 2 En d duire la valeur de la concentration C assortie de son incertitude Rappel de la formule de propagation des incertitudes X1X2 Si y x ee o est une constante pr cis ment connue et x des grandeurs soumises incertitude 34 2 2 8 2 5 2 on montre r J y X1 X2 X3 X4 On admettra pour la suite que C 0 500 mol L t exactement La solution S peut tre utilis e pour d truire le diiode solide Pour cela on introduit la masse m 2 00 g de diiode solide d truire dans un becher et on verse par dessus un volume V 10 0 mL de solution S Les ions thiosulfate r duisent alors le diiode ce qui conduit la formation d ions t trathionate S406 ao et d ions iodure lag 17 crire l quation de la r action mod lisant cette transformation en utilisant obligatoirement un nombre st chiom trique de 1 devant CAT 18 La constante d quilibre de la r action pr c dente est K 2 8 10 En d duire compl tement l tat final du syst me concentration de tous les ions pr sents dans la solution pr sence ou non de diiode Cet tat final est il un tat d quilibre chimique 19 Quel
6. r On souhaite dissoudre le diiode dans de l eau distill e dans l id e de retraiter par la suite la solution obtenue L quation symbolisant la dissolution est l2 l2 caq Quelle quantit d eau faudrait il utiliser pour dissoudre l int gralit des m 2 00 g de diiode utilis s lors de l exp rience pr c dente Commenter D terminer la valeur de la constante d quilibre K de la r action BL L2 aq en explicitant le raisonnement IV limination du diiode par traitement par une solution aqueuse de thiosulfate de sodium Le thiosulfate de sodium pur se pr sente sous forme d une poudre blanche tr s soluble dans l eau On dispose d une solution aqueuse limpide de thiosulfate de sodium dont on note C la concentration Cette solution que l on appellera S contient les ions sodium Naho et thiosulfate S 057 Gaa 13 14 crire la formule du thiosulfate de sodium solide puis crire l quation de la r action de sa dissolution dans l eau Exprimer les concentrations de chaque ion not es Nako et 5203 col de la solution S en fonction de C Afin de d terminer la valeur de C on souhaite mesurer la conductivit de la solution S On donne les conductivit s molaires en solution suffisamment dilu e 25 C Ion sodium Aya 50 1 S cm mol ion thiosulfate 5 03 170 0 S cm mol 1 15 D crire une cellule de conductim trie et donner bri vement son mode d emploi Pag
7. u cristallisoir eau glace et on enl ve le m lange eau glace situ dans le verre de montre On place alors le becher dans un bain marie la temp rature 0 60 C On constate que l atmosph re int rieure du becher devient progressivement violette couleur caract ristique du diiode en phase vapeur Lorsque la temp rature du syst me a uniform ment atteint 0 60 C le syst me est dans l tat n 2 On retire alors le becher du bain marie on le pose sur une table puis on remet un m lange d eau liquide et de glace dans le verre de montre On constate que des cristaux fins et brillants apparaissent au contact du verre de montre et croissent progressivement vers le bas photo 2 Lorsque les cristaux cessent de cro tre on admet que la temp rature du syst me atteint uniform ment la temp rature du m lange eau glace le syst me est dans l tat n 3 Pour la r ussite esth tique de l exp rience le diiode ne doit aucun moment passer l tat liquide Page 2 sur 4 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Quelle est la temp rature du syst me dans l tat n 1 temp rature impos e par le m lange eau glace du cristallisoir en degr s celcius et en kelvins Entre l tat 1 et l tat 2 quelle transformation physique a lieu La symboliser par une quation de r action D crire le syst me dans l tat 2 masse de solide restant pression partielle du diiode dans la phase gazeuse pression
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