aurélie dec 2000

concours aide technique labo 97
1
sécurité

Sur la paillasse d’un laboratoire se trouvent les produits suivants:

sodium ; bleu de bromothymol ; aniline ; liqueur de Fehling ; arséniate de sodium ; chlorure de potassium ; butan-2-ol ; formaldéhyde (ou méthanal) ; mercure ; propan-1-ol ; cyclohexane ; éthanoate de butyle ; propanone ; indigo.

On dispose de 4 armoires : produits minéraux ; produits organiques ; poisons ; indicateurs colorés, colorants, réactifs.

  1. Comment rangez-vous ces produits ?
  2. Préciser les familles (ou fonctions) des produits organiques.
  3. Quelles sont les précautions à prendre quand on conserve le sodium et quand on le manipule ? Comment élimine-t-on les résidus de sodium après utilisation ?

corrigé
4 compartiments différents pour la sécurité : solvant, acide, base, toxique

produits minéraux : sodium ; chlorure de potassium

produits organiques : butan-2-ol, (alcool secondaire)

propan-1-ol (alcool primaire) cyclohexane

éthanoate de butyle (ester) propanone (cétone)

poisons : mercure, aniline,(amine), arséniate de sodium, formaldéhyde (ou méthanal)(aldehyde)

indicateurs colorés, colorants, réactifs :bleu de bromothymol, liqueur de Fehling, indigo.

Le sodium ne doit pas être mis en contact avec l'eau. Il doit ètre conservé dans l'huile.


2
préparation d'une solution d'ammoniac

 Sur un flacon de un litre d’une solution commerciale d'ammoniaque, on lit :

densité d = 0,92 ; pourcentage en masse d'ammoniac : 20 %.

  1. Quelle est la formule de l'ammoniac ? Quelle est sa masse molaire moléculaire ?
  2. Calculer la concentration molaire c0 de la solution commerciale.
  3. On veut préparer un litre de solution d'ammoniac de concentration c = 0, 10 mol.L-1. Quel volume Vo de solution commerciale faut-il prélever ? ( justifier )
  4. Indiquer les différentes étapes de la préparation, en précisant le matériel à utiliser, et le mode opératoire.
Masses molaires atomiques en g.mol -1 : H = 1 ; N = 14

Masse volumique de l’eau : 1 000 g.L -1


corrigé

NH3 masse molaire : 17 g mol-1.

920 *0,2 =184 g d'ammoniac pur par litre

184 / 17 = 10,8 mol L-1.


volume pipette(mL)* concentration de la solution mère = volume fiole jaugée (mL) * concentration finale

volume pipette = 1000*0,1 /10,8 = 9,26 mL

prélever 9,2 mL à la pipette + pipeteur

placer dans fiole jaugée de 1000 mL

compléter avec de l'eau distillée.


3
chimie générale : cinétique

On se propose d’étudier l’oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée. Les potentiels redox standard des couples ont pour valeurs :E° ( H2O2 / H2O ) = 1,77 V ; E° ( I2 / I - ) = 0,62 V

On utilise une solution commerciale d’eau oxygénée à 20 volumes.

  1. Donner le nom scientifique de l’eau oxygénée. Quelles sont ses utilisations dans la vie courante ? Pourquoi doit-on conserver l’eau oxygénée dans des flacons teintés ?
  2. "eau oxygénée à 20 volumes" signifie qu’un litre de cette eau oxygénée peut libérer 20 litres de dioxygène dans les conditions normales de température et de pression. On doit préparer 1 litre de solution d’eau oxygénée de concentration 0,1 mol.L-1 à partir de la solution commerciale d’eau oxygénée à 20 volumes dans les conditions normales de température et de pression. On rappelle que l’équation-bilan de la réaction de décomposition de l’eau oxygénée s’écrit : H2O2 donne H2O + 1/2 O2 (g).Quel est le volume de solution commerciale à prélever ?Quelle verrerie utiliseriez-vous pour effectuer le prélèvement et pour préparer la solution ?
  3. On mélange dans un becher à la date t = 0 : 10 mL d’iodure de potassium à 0,1 mol.L-1 ; 10 mL d’acide sulfurique à 1 mol.L-1 ; 2 mL d’eau oxygénée à 0,05 mol.L-1 ; 3 mL d’eau distillée. Calculer à la date t = 0 la concentration des ions iodure, notée [ I - ]0, du mélange réactionnel.
  4. Ecrire les demi-équations électroniques des couples oxydant-réducteur en présence. En déduire l’équation-bilan de la réaction.
  5. On veut suivre la cinétique de cette réaction à l’aide d’un montage informatisé. On dispose des éléments suivants : 1- interface ; 2- imprimante ; 3-spectrophotomètre ; 4- micro-ordinateur. En représentant chaque élément par un carré numéroté, faire un schéma du montage. Préciser dans quel ordre vous allumez les appareils et dans quel ordre vous les arrêtez.
  1. On enregistre à l’ordinateur la courbe donnant la concentration du diiode formé en fonction du temps. On obtient la courbe n° 2. Le logiciel permet de tracer deux tangentes en deux points différents et de calculer les pentes (ou coefficient directeur) et les ordonnées à l’origine. Pente à t=30s =5 10-3 mol L-1 s-1. Pente à t=90s =2 10-3 mol L-1 s-1. A l’aide des informations données et sans faire de calcul, donner les valeurs de la vitesse de formation du diiode à la date t1 = 30 s et t2 = 90 s. Comment varie-t-elle au cours du temps?
  2. Pour étudier l’influence de la température sur la vitesse de la réaction, on enregistre à l’ordinateur les courbes obtenues lors de deux expériences identiques mais faites à des températures différentes : l’une à 25° C = q A ; l’autre à 35° C = q B. Sans faire de calcul, préciser à quelle courbe n° 1 ou n° 2 correspondent q A et q B et justifier votre choix.

corrigé
peroxyde d'hydrogène : désinfectant,antiseptique, oxydant

la lumière accentue la réaction de décomposition en dioxygéne et eau.


concentration de la solution à 20 volumes :

20/22,4 =0,893 mol O2 libéré soit [H2O2]=2*0,893 = 1,786 mol L-1

volume pipette(mL)* concentration de la solution mère = volume fiole jaugée (mL) * concentration finale

volume pipette = 1000*0,1 /1,786 = 56 mL

prélever 56 mL à la pipette + pipeteur

placer dans fiole jaugée de 1000 mL

compléter avec de l'eau distillée.


10*0,1 = 1 mmol ion iodure ou 10-3 mol dans 25 mL

[I-]0 = 0,04 molL-1.

2I- + 2e- donne I2

H2O2 +2H+ +2e- donne 2H2O

2I- +H2O2 +2H+donne I2 +2H2O.


imprimante et interface reliés au micro-ordinateur

spectrophotomètre relié à l'interface.

allumer dans l'ordre : spectrophotomètre, interface, imprimante, ordinateur

éteindre dans l'ordre inverse.


La vitesse de formation du diiode est égale à la pente de la tangente à la courbe à la date donnée.

Cette vitesse diminue lorsque les concentrations des réactifs diminuent.

La température est un facteur cinétique : la vitesse d'une réaction augmente si la température augmente .

La courbe 2 correspond à la température la plus élevée.


4
Régulateur de tension intégré R.I.T.
  1. On se propose d'étudier à charge Rc fixe l'influence de la tension d'entrée sur la stabilisation de la tension de sortie Us et le rendement d'un R.I.T 7805 régulateur 5V. On réalise le montage ci-contre :
  2. Représenter à nouveau ci-dessous le montage avec les appareils de mesures permettant de mesurer Ie, Ue, Is et Us.
  3. Lorsque la tension E varie de 3 V à 10 V, on relève les mesures suivantes :

    Ue (V)
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    10
    Ie (A)
    0,14
    0,22
    0,31
    0,4
    0,49
    0,49
    0,49
    Us (V)
    1,4
    2,2
    3,1
    4
    4,9
    4,9
    4,9
    Is (A)
    0,14
    0,22
    0,31
    0,4
    0,49
    0,49
    0,49
    Pe (W)

    Ps (W)

    h

    Calculer la valeur de Rc.

  4. On note : Pe, la puissance d’entrée et Pu, la puissance utile. Compléter le tableau en calculant : Pe = Ue.Ie ; Pu = Us.Is et h = Pu / Pe .
  5. Tracer ci-dessous les courbes Us = f(Ue) et h =f(Ue). (échelles : 1 cm pour 1 V et 1 cm pour 0,10).
  6. A l'aide de ces deux courbes, préciser la valeur de Ue pour laquelle on a à la fois stabilisation de Us et un bon rendement.
  7. Que se passe-t-il si la tension d'entrée est supérieure à cette valeur ?
  8. Que se passe-t-il si la tension d'entrée est inférieure à cette valeur ?
  9. En déduire la fonction qui peut être réalisée par un R.I.T.

corrigé

résistance Rc = Us / Is =
10 ohms
Ue (V)
3
4
5
6
7
8
10
Ie (A)
0,14
0,22
0,31
0,4
0,49
0,49
0,49
Us (V)
1,4
2,2
3,1
4
4,9
4,9
4,9
Is (A)
0,14
0,22
0,31
0,4
0,49
0,49
0,49
Pe (W)
0,42
0,88
1,51
2,4
3,43
3,92
4,9
Ps (W)
0,196
0,484
0,961
1,6
2,4
2,4
2,4
h
0,47
0,55
0,64
0,66
0,7
0,61
0,49

si Ue est supérieure à 7 V, la tension de sortie est stabilisée à 4,9 V, mais le rendement n'est pas optimal.

si Ue est inférieure à 7 V, il n'y a pas stabilisation de la tension de sortie et le rendement n'est pas optimum.

RI.T : stabilise la tension de sortie.

 


5
optique

 

  1. Attribuer à chaque dispositif le bon vocabulaire : biconcave, ménisque divergent, biconvexe, plan convexe, plan concave, ménisque convergent, lentilles à bords minces, lentilles à bords épais, divergentes, convergentes.
  1. Construire l'image A'B' d'une flèche lumineuse AB perpendiculaire à l'axe principal située entre le foyer principal objet et le centre optique d'une lentille convergente. Peut-on observer l'image sur un écran ? Si on place son oeil au voisinage du foyer image F', quel objet usuel a-t-on réalisé ? Pourquoi ?

    corrigé
lentille à bords épais biconcave (5) divergente

lentille à bords minces biconvexe (2) convergente

plan convexe (3) convergente

plan concave (4) divergente

ménisque convergent (1)

Cette lentille convergente fonctionne en loupe : l'image virtuelle ne peut pas être observée sur un écran.


6
mécanique

 

  1. Un mobile auto-porteur est lâché, à t = 0, sans vitesse initiale, sur une table plane, inclinée d'un angle a par rapport au plan horizontal. Ce mobile laisse des traces sur une feuille, par étincelage, à intervalles de temps égaux à D t = 40 ms. Expliquer le principe de fonctionnement d'un mobile auto-porteur, du dispositif de marquage à étincelles.
  2. On peut ainsi mesurer sur la feuille la distance d parcourue par le mobile depuis sa position initiale, en fonction du temps t (les valeurs de d ont été mesurées à 0,5 mm près). Ces données d et t sont entrées manuellement dans l’ordinateur et traitées par le logiciel qui calcule la vitesse instantanée V. On obtient sur l'écran de l'ordinateur le tableau suivant :

t (s)
0
0,04
0,08
0,12
0,16
0,20
0,24
0,28
0,32
d(m)
0
0,0025
0,011
0,024
0,043
0,067
0,097
0,1315
0,172
v (ms-1)
0
0,134
0,2688
0,399
0,5375
0,676
0,8063
0,172
1,075
Tracer la représentation graphique de V en fonction de t. Quelle est la nature du mouvement du mobile ?

3. Le logiciel permet d'obtenir l'équation de cette représentation graphique et d’afficher sur l'écran de l'ordinateur :

V = a.t ; a = 3,37 + ou - 0,03

Dans le menu "TRAITEMENT" du logiciel, choisir parmi les options suivantes (constantes, dérivée, intégration, modélisation) celle qui permet d’obtenir cette équation.

Quelle est l'unité de la constante a ? Quelle grandeur physique cette constante représente -t-elle ?

4. L'étude théorique du mouvement du mobile montre que V = g.sina .t .

Que représente la constante g? Quelle est sa valeur à Paris?

Quelles sont les valeurs possibles de l'angle a , en tenant compte de l'incertitude sur la valeur de a ?

 


corrigé
 

Entre le mobile auto-porteur et la table on réalise un coussin d'air, ce qui supprime les frottements.

Un dispositif réalise une étincelle à intervalle de temps égaux, entre la pointe de l'auto-porteur et la feuille carbonée conductrice, d'où l'inscription des différentes positions du solide auto-porteur.


D'après le tableau de mesure vitesse et temps sont proportionnelles.. La vitesse est une fonction linéaire du temps.

Le coefficient de proportionnalité représente l'accélération (m s-2).

Le menu modélisation permet de trouver l'équation de cette droite.

g=9,8 ms-2 , accélération de la pesanteur, gravitation au niveau du sol terrestre.

3,34 < g sin a < 3,40

3,41 < sin a < 0,348

19,93 < a < 20,36

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