Correction du D.S.5

NOM : ……………………………………..Prénom : ……………………..Mardi 15 mars 2011
CORRECTION DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES n°5
Donnée : g= 10 N kg-1; 1 bar = 1,0.105 Pa ;
la pression atmosphérique est : Patm = 1,0.105 Pa ;
,
0,2678 ; 6 22,4 134,4;
3,733
,
Points
Exercice 1 : ( 4.5 points)
Un récipient de volume V1=4,0L est plein d’air à la pression P1=2,0 bars.
Le récipient est déformé et son volume prend la valeur V2 pendant que la pression devient
P2=1,0 bar.
1- A quelles conditions la loi de Boyle-Mariotte peut-elle être appliquée à ce
système ?
la loi de Boyle-Mariotte s’applique pour une quantité de gaz donné et à température
constante.
/1
2- Ces conditions étant supposées respectées, en déduire la valeur de V2.
,,
D’après la loi de Boyle-Mariotte , on a : P1V1=P2V2 d’où , 8,0
/2
3- Si l’aire intérieure du récipient dans sa première forme est S1=0,55 m2, quelle
est la force pressante totale due à l’air contenu dans le récipient ?
Par définition on a
1 …d’où F=P1 S
5
5
AN : F=0,55x2,0x10 =1,1x10 N
/1.5
.
.
4,5
Exercice 2 : Boisson gazeuse ( 3 points)
50g d’une boisson gazeuse sont versés dans un verre. Ce verre est mis sous une cloche à
vide. L’aspiration est mise en marche, la pression diminue et on observe un fort
dégagement dans la boisson. Après retour à la pression atmosphérique, une pesée de la
boisson donne 49,5g.
1- Pourquoi la masse de la boisson varie-t-elle ?
Au cours de l’expérience le gaz dissous dans la boisson s’échappe ; donc la masse totale
diminue
2- A quelle propriété peut-on attribuer ce résultat ?
On attribue ceci au fait que la solubilité d’un gaz dans un liquide augmente avec la
pression.
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/1,5
/1,5
.
.
3,0
Points
Exercice 3 : Combustion ( 3 points)
1-Donner l’équation représentant la combustion dans le dioxygène de l’acide palmique de
formule C16H32O2 sachant qu’ils se forment de l’eau et du dioxyde de carbone.
C16H32O2 + 23 O2
16 CO2 +
16 H2O
/1
2-Le comburant d’une combustion n’est pas forcément le dioxygène. Par exemple le fer
peut également brûler dans le dichlore gazeux Cl2 : il apparaît d’épaisses fumées de
chlorure de fer FeCl3.
2 .1 : Quels sont les produits et les réactifs ?
Le produit de la réaction est le chlorure de fer et les réactifs sont le fer et le dichlore.
/1
2.2 : Ecrire l’équation chimique représentant cette combustion.
2 Fe + 3 Cl2
2 FeCl3
/1
.
.
3,0
Exercice 4 : Dilution et dissolution.(5 points)
1-On dispose au laboratoire de chlorure de sodium NaCl solide de masse molaire
M=58 g mol-1. On désire réaliser un volume V= 100mL d’une solution S de chlorure de
sodium NaCl de concentration C=2,0 x10-1 mol l-1.
/1.25
a- Calculer la masse de chlorure de sodium à prélever.
La masse à prélever est : m=CVM=2,0 x10-1x0,100x 58= 1,2 g
b- Décrire précisément le protocole de la dissolution (schéma de la
verrerie obligatoire)
Cf cours
/1.25
2-On dispose au laboratoire d’une solution S de chlorure de sodium NaCl de
concentration molaire C=2,0 x10-1 mol l-1. On veut préparer, à partir de cette dernière, un
volume V1=100mL de solution de chlorure de sodium de concentration molaire
C1=2,0 x10-3 mol l-1 .
a- Calculer le volume de solution S à prélever.
Au cours de la dilution il y a conservation de la matière donc on peut écrire : CV=C1V1
d’où ;
: ! "
1#
/1.25
c- Décrire précisément le protocole de la dilution. (schéma de la
verrerie obligatoire) Cf cours
/1.25
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Exercice 5 : Record en apnée.(4,5 points)
ON SUPPOSERA LA LOI DE BOYLE –MARIOTTE APPLICABLE
Lorsqu’un alpiniste descend en profondeur, son volume pulmonaire diminue à cause de
l’augmentation de la pression. Aux alentours de 30m de profondeur, le volume pulmonaire
atteint sa valeur minimale appel volume résiduel.
Dans le passé, les scientifiques pensaient qu’au-delà de cette profondeur les poumons de
l’apnéiste imploseraient.
En fait un afflux de sang vers les poumons permet d’éviter ce problème. Ainsi, un plongeur
peut dépasser cette profondeur comme le prouve le record d’Herbert NITSCH qui est
descendu en apnée jusqu’à 214 m le 16 juin 2007.
Un apnéiste a un volume pulmonaire résiduel de Vr=1,5L.
Avant de commencer son apnée, il inspire profondément. La quantité de matière d’air
contenue dans ses poumons occupe alors un volume total Vt=6,0 L sous la pression
atmosphérique.
Points
1- Sous quelle pression P1 la quantité d’air contenu dans les poumons du plongeur
sera-t-elle réduite à Vr ?
$%&%
D’après la loi de Boyle-Mariotte, on a P1Vr=Patm Vt d’où 1 '
AN : 1 ,.( ,
,)
/1
4,0 10) * 4,0 +*,-
2- La pression à une profondeur z est donnée par la relation : P=Patm + ρ g z
Avec ρ=1000 kg. m-3.
2-1 : Exprimer z en fonction de P et Patm
/1
/ *0#
.
12
2-2 : A quelle profondeur z1 cet apnéiste est-il soumis à la
pression P1 sachant que
.1 1 / *0# 4 10) / 1 10)
30#
12
1000 10
/1
3-1 Calculons tout d’abord la pression à cette profondeur
P=Patm + ρ g z
A.N :: P =1,0 105+1000x10x214=1,0 105+214x104=1,0 105+21,4x105=22x105 Pa
3-2 - D’après la loi de Boyle-Mariotte, on a P V=Patm Vt
d’où /1,5
$%&%
A.N : ,( ,
(
0,27
Remarque : ce volume n’est jamais atteint fort heureusement !!! comme l’indique le texte, un afflux
de sang vers les poumons évite que le volume des poumons ne passe en dessous des 1,5 L
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.
.
4,5