Archive pour mars, 2012

Corrigé manip-radioLYON 2011

1) La radioactivité

1.1) Un noyau radioactif est un noyau instable qui se transforme spontanément, de manière aléatoire,on dit qu’il se désintègre. La désintégration  s’accompagne de :

- l’apparition d’un nouveau noyau,

- l’émission d’une particule 3 sortes de particules peuvent être émises :  α, β - ou β +

- l’émission d’un rayonnement γ, de nature  électromagnétique
1.2) Lois de Soddy : Lors d’une désintégration radioactive
a ou b,
il y a conservation du nombre de charge Z et du nombre de nucléons A.
1.3) La masse des produits est toujours inférieure à celle des réactifs. La masse n’est pas conservée dans une transformation radioactive

 

2) Echantillon radioactif

2.1) Le thorium 232, le radium 228, le thorium 228, le radon 220
2.2) La particule alpha est un noyau d’hélium.elle est notée  42 He
2.3)  23290Th  —>  22888Ra + 42He.

2.4) Seul le radon et l’hélium sont gazeux et peuvent passer dans le flacon 2, les autres éléments sont des solides à température ambiante.

 

L’hélium est produit en infime quantité étant donné la longue période du thorium 232. Dans le montage réalisé, seul  le radon gaz sera décelable dans le flacon 2

 

3 ) Décroissance radioactive

3.1) Pendant les 5 s de comptage le radon 220 se transforme en polonium 216, ce dernier en plomb 212 (en émettant des particules α).

En 5 s, tous les noyaux de polonium 216 produits sont transformés en plomb.

3.2) Réponse  c) N correspond à deux fois le nombre de noyaux de radon désintégrés : le nombre de particules α émises est égal au nombre de noyaux de radon désintégrés et au nombre de noyaux de polonium produits ; ces derniers se désintègrent tous en 5 s étant donné la période du polonium

3.3) Courbe de désintégration

a) La fonction mathématique est une fonction exponentielle décroissante

b) Le temps de demi-vie est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initiaux se sont désintégrés.

 

 Corrigé manip-radioLYON 2011 dans Corrigés concours manip radio 2011 Cbe_desint2

 

 

 c) La lecture du graphique permet de donner la valeur de la demi-vie du radon 220: : t1/2 = 60 s

 

 

Sujet manip-radio LYON 2011

 

1) Le phénomène de la radioactivité.

1.1) En deux lignes, décrire le phénomène de la radioactivité.
1.2) Rappeler les lois de Soddy lors d’une désintégration nucléaire.
1.3) La masse des produits est-elle toujours égale à celle des réactifs ?

2) Echantillon radioactif.  On dispose d’un flacon dans lequel du thorium a été introduit.

2.1) Quels sont les éléments chimiques présents dans le flacon au bout de quelques années ?

2.2) A quoi correspond la particule alpha ?
2.3) Ecrire l’équation de désintégration
a du thorium.

2.4) Un second flacon (flacon 2) dans lequel on a fait le vide est relié au flacon précédent. Ainsi on récupère dans le flacon 2 un seul élément radioactif : le radon (Rn).

 

 Sujet manip-radio LYON 2011 dans sujets concours Manip radio 2011 desin_Th

 

 

 

2flacons2 dans sujets concours Manip radio 2011

 
Pourquoi peut-on considérer qu’on ne récupère qu’un seul élément ?

 

3) Loi de décroissance radioactive.
Le flacon 2 contenant du radon est placé dans l’appareil qui compte les particules alpha émises. L’appareil est réglé pour compter le nombre N de particules alpha émis pendant 5 secondes, ceci toutes les 30 s.

t(s)

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

N

1203

819

594

390

269

193

131

75

40

26

11

1

 

3.1) Quelles sont les désintégrations qui ont lieu pendant les 5 s de comptage ?

On ne demande pas les équations.
3.2) Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont justes, justifier les réponses.
a) N correspond au nombre de noyaux restants.
b) N correspond au nombre de noyaux de radon désintégrés.
c) N correspond à deux fois le nombre de noyaux de radon désintégrés.
d) N est proportionnel au nombre de noyaux de radon restants..

3.3) Tracer la courbe N(t).
a) Quelle est la fonction mathématique correspondant à ce type de courbe ?
b) Définir et déterminer à partir de la courbe, le temps de demi-vie du radon.

Corrigé manip-radio TOURS 2011

1.1) Les  deux couples oxydant / réducteur mis en jeu .sont : S2O82-aq / SO42- aq et I2 aq/ I-aq.
1.2) Calcul des quantités de matière initiales des ions iodure, des ions peroxodisulfate et des ions potassium dans le mélange initial :

Dissolution de l’iodure de potassium : KI(s) → K+ (aq)   + I- (aq) ;   n(I-aq)0 = 0,300  × 2/15 = 4,0 10-2 mol.
Dissolution du peroxodisulfate :K2S2O8(s) → 2K+ (aq)    + S2O82-aq

n(S2O82- aq)0 = 0,300 × 1/30 = 1,0 10-2 mol.
Les ions K+ sont apportés par les deux solutés : n(K+ aq)0 = 4,0 10-2 + 2,0 10-2 = 6,0 10-2 mol.
1.3) L’évolution de la couleur de la solution est observable donc la réaction n’est pas immédiate, elle peut être qualifiée de lente.
1.4) Tableau d’avancement

  avancement (mol) 2 I-aq                +          S2O82-aq    =       I2aq            +    2 SO42-aq.
initial

0

0,04 0,01 0 0
en cours

x

0,04 – 2 x 0,01 – x x 2 x
fin

xmax

0,04 – 2 xmax 0,01 – xmax xmax 2 xmax

1.5) Quantité de diiode formée à l’état final
Si I-aq est en défaut : 0,04 – 2 xmax = 0 ; xmax=  0,02 mol.
Si S2O82-aq est en défaut : 0,01 – xmax = 0 ; xmax== 0,01 mol. On retient la plus petite valeur : S2O82-aq est en défaut,  il est le réactif limitant. Il se forme donc 0,010 mol  = 10 mmol de I2aq.

2) Etude cinétique
2.1) L’ajout d’eau froide bloque de la réaction.

2.2) La réaction doit être rapide et totale.
2.3) La solution titrante se trouve dans une burette graduée.
2.4) L’empois d’amidon joue le rôle d’indicateur de fin de réaction.
2.5) Tableau d’avancement de la réaction du dosage

  avancement (mol) I2 (aq) 2 S2O32-(aq) 2 I- S4O62-
initial

0

C V0 C3 VE 0 0
en cours

x

C V0 - x C3 VE – 2 x 2 x x
fin

xmax

C V0 - xm C3VE – 2 xm    

A l’équivalence les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques de l’équation du dosage : x = n(I2aq) = n(S2O32-aq)/2.
xm = c3  × VE/2  = 0,5 × 0,01 VE  ; [I2aq] = xm/V0 = c3 × VE/2 V0  = x/V(volume total de la solution) d’où X = c3 × VE  × V/2 V0  = 0,01 × 600 × VE/50 = 0,12 V.

2.6) Vitesse de réaction : elle est donnée par la relation : v = (1/V) × dx/dt avec v : vitesse de réaction en mol.L-1.s-1 ; V volume du système chimique en L ; x avancement en mol ; t temps en s.

dx/dt est le coefficient directeur de la tangente à la courbe à la date t.  On peut donc déterminer graphiquement [dx/dt]t=0 puis en divisant par V = 0,60 L, calculer la vitesse initiale de la réaction.
v(t=0) = 0,036 / 0,6 = 0,06 mmol L-1 min-1.


2. 7) Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l’avancement est égal à la moitié de l’avancement final. La réaction étant totale

       xfin = xmax = 0,010 mol.
   x = ½xfin = 0,005 mol = 5,0 mmol. Le graphe ne permet pas la détermination de t½.Corrigé manip-radio TOURS 2011 dans Corrigés concours manip radio 2011 cbe_evolution_x_sol

 

Sujet concours manip-radio TOURS 2011

Chimie

On se propose d’étudier la vitesse de la réaction entre les ions iodure I- et les ions peroxodisulfate S2O82-.

On prépare 300 mL d’une solution d’iodure de potassium dont la concentration en soluté dissous KI est égale à c1 = 2/15 mol/L.
On prépare 300 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium dont la concentration en soluté dissous K2S2O8 est égale à c2 = 1/30 mol/L.
A l’instant t = 0 on mélange les deux solutions, on obtient un mélange de volume V = 600 mL.

1) Mélange initial et réaction étudiée.
La réaction étudiée  a pour équation : 2 I- (aq) + S2O82- (aq) = I2(aq) + 2 SO42- (aq).
1.1) Ecrire les deux couples oxydant / réducteur mis en jeu.

1.2) Calculer les quantités de matière initiales.

On observe le mélange : il change de teinte, passant de l’incolore au jaune de plus en plus foncé, puis au marron.
1.3) En quoi cette observation confirme-t-elle que la réaction est lente ?

On sait que la réaction est totale.

1.4) Construire, avec les valeurs numériques, un tableau descriptif d’évolution du système chimique.

1.5) Calculer la quantité de I2 formée en fin de réaction.

2) Etude cinétique.
On recommence la même expérience, dans des conditions identiques, mais cette fois, toutes les cinq minutes, on prélève un volume V0 = 25,0 mL du mélange ; on lui ajoute approximativement 100 mL d’eau très froide et un peu d’empois d’amidon. On dose le diiode en solution avec une solution de thiosulfate de sodium de concentration c3 = 0,010 mol/L. L’équation support du titrage est :
I2aq + 2 S2O32-aq = 2 I-aq + S4O62-aq.
2.1) Pourquoi ajoute-t-on de l’eau froide au prélèvement ?
2.2) Quelles sont les caractéristiques indispensables de la réaction pour qu’elle puisse servir de titrage ?

2.3) Dans quoi place-t-on la solution titrante ?  éprouvette graduée, burette graduée, fiole jaugée, becher, erlenmeyer.

2.4) Quel est le rôle de l’empois d’amidon ?

Pour chaque titrage, le volume VE de solution titrante pour obtenir l’équivalence est donnée dans le tableau ci-dessous.

2.5) Justifier la relation x = 0,12 VE qui a été utilisée pour compléter la 3è ligne du tableau.

t (min)

0

5

10 15 20 25 30 35

VE(mL)

0

1,5

2,6 3,7 4,5 6,0 6,8 7,8

x (mmol)

0

0,18

0,31 0,44 0,54 0,72 0,82 0,94

 

t (min)

40 45 50 55 60 65 70

VE(mL)

8,8 9,7 10,5 11,4 12,4 13,2 13,7

x (mmol)

1,06 1,16 1,26 1,37 1,49 1,58  

 

A partir du tableau on a construit la courbe d’évolution de l’avancement x (mmol) en fonction du temps (min).

 Sujet concours manip-radio TOURS 2011 dans sujets concours Manip radio 2011 cbe_evolution_x_enon-300x146

 

2.6) Rappeler la définition de la vitesse volumique de réaction. Peut-on la déterminer à t = 0 ?

Si non indiquer pourquoi et si oui, donner sa valeur.

 

2.7) Rappeler la définition du temps de demi-réaction. Peut-on le déterminer ?

Si non indiquer pourquoi et si oui, donner sa valeur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6) Rappeler la définition de la vitesse volumique de réaction. Peut-on la déterminer à t = 0 ?

Si non indiquer pourquoi et si oui, donner sa valeur.

 

2.7) Rappeler la définition du temps de demi-réaction. Peut-on le déterminer ?

Si non indiquer pourquoi et si oui, donner sa valeur.

 

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