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Comment nomme-t-on ce type de réaction ? Evaluer sa constante d’équilibre Kdis°. C) Diagramme E-pH de l’eau ou de ses ions : L’eau (ou ses ions) peut agir comme oxydant ou comme réducteur. Dans cette partie, on supposera les pressions égales à la pression standard, soit PH 2 = PO2 = P ° , avec P° = 1 bar ou 105 Pa. 18) Ecrire les deux demi-réactions d’oxydoréduction dans lesquelles interviennent les couples de l’eau. En déduire les deux équations des deux droites E = f(pH), figurant dans le diagramme E-pH de l’eau. 19) Superposer le diagramme E-pH de l’eau sur le diagramme E-pH du cuivre tracé à la question 16). 20) Pourquoi le cuivre est-il qualifié de métal noble ? Justifier son utilisation dans la marine antique (scaphandre, poulie…). Connaissez-vous d’autres métaux nobles ? En citer deux. D) Lixiviation du cuivre et préparation d’une solution de cuivre II : 21) Définir en une phrase le terme de lixiviation acide. 22) On considère la réaction chimique : Cu(OH)2(s) + 2 H3O+ = Cu2+(aq) + 4 H2O. Evaluer la constante d’équilibre Klix° de cette réaction. 23) A partir de quelle valeur de pH faut-il travailler pour obtenir une solution de concentration minimale égale à 1 mol.L-1 de cuivre (II) dissous ? On désire réaliser une solution d’acide sulfurique satisfaisant cette condition. 24) En remarquant que la 1re acidité est forte (réaction totale), que la 2e acidité est faible et, en ne considérant que la (ou les) réaction(s) prépondérante(s), établir une relation entre la concentration C d’une solution d’acide sulfurique et la concentration en ions H3O+. 25) Quelle est la valeur minimale de C pour que le pH soit inférieur à 4 ? E) Détermination expérimentale de la composition d’une céramique supraconductrice : Les céramiques supraconductrices de formule générale YBa2Cu3On présentent un état supraconducteur pour des températures supérieures à celle de l’azote liquide sous la pression atmosphérique et sont ainsi qualifiées de supraconducteurs à haute température critique. Elles contiennent des anions oxydes, des cations Y3+ et Ba2+, ainsi que des ions Cu2+ et Cu3+ en proportions variables. La détermination expérimentale de leur composition peut s’effectuer en réalisant les deux expériences suivantes. 4 / 14 ([SpULHQFH XQH SHWLWH TXDQWLWp GH VROLGH GH O¶RUGUH GH PRO HVW GLVVRXWH j FKDXG GDQV P/ G¶XQHVROXWLRQG¶DFLGHFKORUK\GULTXHjPRO/ RQ DMRXWH HQVXLWH XQ H[FqV G¶LRGXUH GH SRWDVVLXP 2Q REVHUYH DORUV OD IRUPDWLRQ G¶XQ SUpFLSLWpG¶LRGXUHFXLYUHX[&X,HWO¶DSSDULWLRQGHGLLRGH OHGRVDJHGXGLLRGHIRUPpQpFHVVLWHXQYROXPH9pTGHP/GHWKLRVXOIDWHGHVRGLXPj PRO/ ([SpULHQFH OD PrPH TXDQWLWp GH VROLGH HVW PDLQWHQDQW GLVVRXWH j IURLG GDQV P/ G¶XQH VROXWLRQ G¶DFLGHFKORUK\GULTXHjPRO/ RQ DMRXWH HQVXLWH XQ H[FqV G¶LRGXUH GH SRWDVVLXP 2Q REVHUYH DORUV OD IRUPDWLRQ G¶XQ SUpFLSLWpG¶LRGXUHFXLYUHX[&X,HWO¶DSSDULWLRQGHGLLRGH OHGRVDJHGXGLLRGHIRUPpQpFHVVLWHFHWWHIRLVXQYROXPH9pTGHP/GHWKLRVXOIDWH GHVRGLXPjPRO/ (Q V¶DSSX\DQW VXU O¶pFKHOOH GHV SRWHQWLHOV VWDQGDUGV HW O¶DEVHQFH G¶LRQV LRGXUH TXHOOH UpDFWLRQG¶R[\GRUpGXFWLRQV¶DWWHQGRQjREVHUYHUSRXUOHVLRQV&XHQVROXWLRQDTXHXVHj S+ " &HWWHUpDFWLRQQ¶HVWSDVREVHUYpHjIURLG3URSRVHUXQHH[SOLFDWLRQ D $SUqV GLVVROXWLRQ j FKDXG GH OD FpUDPLTXH VXSUDFRQGXFWULFH GDQV OD VROXWLRQ G¶DFLGH FKORUK\GULTXHVRXVTXHOVIRUPHVLRQLTXHVVHWURXYHOHFXLYUHGDQVO¶H[SpULHQFH" E $SUqV GLVVROXWLRQ j IURLG GH OD FpUDPLTXH VXSUDFRQGXFWULFH GDQV OD VROXWLRQ G¶DFLGH FKORUK\GULTXHVRXVTXHOVIRUPHVLRQLTXHVVHWURXYHOHFXLYUHGDQVO¶H[SpULHQFH" (FULUHODRXOHVUpDFWLRQVFKLPLTXHVTXLDERXWLWVVHQWjODIRUPDWLRQGXSUpFLSLWp&X, (FULUHODUpDFWLRQGHGRVDJHGXGLLRGHSDUOHWKLRVXOIDWH 2QQRWHUHVSHFWLYHPHQW[HW\OHVQRPEUHVGHPROHVLQLWLDOHVGH&XHWGH&X FRQWHQXHV GDQVODSDVWLOOHVXSUDFRQGXFWULFHVROLGHTXLDpWpGLVVRXWH [ 'pWHUPLQHUXQHUHODWLRQHQWUH[\9pTHW9pT(YDOXHUOHUDSSRUW \ 'pWHUPLQHUODYDOHXUGHQGDQVODIRUPXOHEUXWHGHODFpUDPLTXHVXSUDFRQGXFWULFH 3$57,(3+<6,48( ) &UpDWLRQG¶XQFKDPSPDJQpWLTXHLQWHQVHjO¶DLGHG¶XQVROpQRwGH /¶LPDJHULHPpGLFDOHDEHVRLQGHFKDPSPDJQpWLTXHLQWHQVHSHUPDQHQWHWXQLIRUPH2QVH SURSRVHLFLGHGLPHQVLRQQHUXQHERELQHGDQVODTXHOOHUqJQHXQFKDPSPDJQpWLTXHGH7 5pVLVWDQFHpOHFWULTXHG¶XQFRQGXFWHXURKPLTXH 2QFRQVLGqUHXQFRQGXFWHXURKPLTXHILJXUHGHFRQGXFWLYLWppOHFWULTXHγGHVHFWLRQ6 GH ORQJXHXU K SDUFRXUX SDU XQ FRXUDQW pOHFWULTXH FRQWLQX XQLIRUPpPHQW UpSDUWL GH GHQVLWp G G MH = MH H] 6HFWLRQ6 ] K )LJXUHFRQGXFWHXURKPLTXH G G ([SULPHU HQ IRQFWLRQ GH γ HW MH OH FKDPS pOHFWULTXH ( TXL UqJQH j O¶LQWpULHXU GH FH FRQGXFWHXU 'RQQHU HQ IRQFWLRQ GH γ MH HW GHV FDUDFWpULVWLTXHV JpRPpWULTXHV GH FH FRQGXFWHXU OHV H[SUHVVLRQVGXFRXUDQWpOHFWULTXH,WUDYHUVDQWFHFRQGXFWHXUHWGHODGLIIpUHQFHGHSRWHQWLHO 8DX[ERUQHVGHFHFRQGXFWHXU (Q GpGXLUH HQ IRQFWLRQ GH γ HW GHV FDUDFWpULVWLTXHV JpRPpWULTXHV GH FH FRQGXFWHXU OD UpVLVWDQFHpOHFWULTXH5ΩGHFHFRQGXFWHXU &DUDFWpULVWLTXHVGHODERELQHjWHPSpUDWXUHDPELDQWH 2QVXSSRVHLFLTXHODERELQHHVWPDLQWHQXHjWHPSpUDWXUHDPELDQWH7 . /DERELQHILJXUHSDJHHVWDVVLPLOpHjXQVROpQRwGHG¶D[H2]GHORQJXHXU/GHUD\RQ PR\HQ 5PR\ DYHF 5PR\ / /HV HIIHWV GH ERUGV VRQW QpJOLJpV OH VROpQRwGH HVW GRQF FRQVLGpUp FRPPHLQILQL,OHVWFRQVWLWXpGHVSLUHVMRLQWLYHVG¶XQILOGHFXLYUHGHGLDPqWUHGHWGHFRQGXFWLYLWp pOHFWULTXH γ&X &KDTXH VSLUH HVW SDUFRXUXH SDU XQ FRXUDQW , ,O FRPSRUWH S FRXFKHV GH ERELQDJH VXSHUSRVpHV / SFRXFKHVGHERELQDJH 5PR\ ] G )LJXUHERELQH D 6XU XQH VHXOH FRXFKH GH ERELQDJH FRPELHQ \ DWLO GH VSLUHV MRLQWLYHV SDU XQLWp GH ORQJXHXUGHVROpQRwGH" E&RPELHQGHVSLUHVSDUXQLWpGHORQJXHXUFRPSRUWHFHVROpQRwGH" D'RQQHUHQIRQFWLRQGHGS,HWμO¶H[SUHVVLRQGXFKDPSPDJQpWLTXHFUppjO¶LQWpULHXU GXVROpQRwGH E$SSOLFDWLRQQXPpULTXH% 7G PP, $'pWHUPLQHUS D(QDVVLPLODQWOHUD\RQGHFKDTXHVSLUHDXUD\RQPR\HQ5PR\H[SULPHUODORQJXHXU/ILO GHILOQpFHVVDLUHjODUpDOLVDWLRQGHFHWWHERELQHHQIRQFWLRQGH5PR\GSHW/ E$SSOLFDWLRQQXPpULTXH/ PHW5PR\ FP(YDOXHU/ILO D([SULPHUHQIRQFWLRQGHγ&XGH/ILOHWGHGODUpVLVWDQFHpOHFWULTXH5pOHFGHODERELQH E$SSOLFDWLRQQXPpULTXHpYDOXHUODSXLVVDQFH3- GLVVLSpHSDUHIIHW-RXOHGDQVODERELQH &RPPHQWHU &DUDFWpULVWLTXHVGHODERELQHUHIURLGLHj. 2QVXSSRVHLFLTXHODERELQHHVWPDLQWHQXHjODWHPSpUDWXUHGH. 3RXUGLPLQXHUODSXLVVDQFHGLVVLSpHRQSHXWHQYLVDJHUGHUHIURLGLUOHFRQGXFWHXUHQFXLYUH SDUO¶LQWHUPpGLDLUHG¶XQEDLQG¶D]RWHOLTXLGHj.2QSHXWDORUVLPSRVHUGDQVXQFRQGXFWHXUGH FXLYUHGHPrPHGLDPqWUHG PPXQFRXUDQWSOXVLPSRUWDQW,¶ $2QUpGXLWDLQVLOHQRPEUH GHVSLUHVGHODERELQHHWGRQFVDUpVLVWDQFHpOHFWULTXHHWVRQUD\RQPR\HQ D4XHOHVWDORUVOHQRPEUHGHFRXFKHVGHERELQDJHS¶jVXSHUSRVHUSRXUREWHQLUXQFKDPS PDJQpWLTXHGH7" E(QDVVLPLODQWOHUD\RQGHFKDTXHVSLUHDXQRXYHDXUD\RQPR\HQ 5 PR\ FPpYDOXHU ODQRXYHOOHSXLVVDQFHGLVVLSpHSDUHIIHW-RXOH 3- GDQVODERELQH &RPSWHWHQX GX FRW GH OD UpIULJpUDWLRQ GH OD ERELQH j . 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D XQH HIILFDFLWpGH 2QGRQQH, $/VXSUD PHWX (YDOXHUO¶pQHUJLHFRQVRPPpH4DPESDUOH UpIULJpUDWHXU GHYDQW DEVRUEHU O¶pQHUJLH 4 GLVVLSpH ORUV GH OD SUHPLqUH PRQWpH GX FRXUDQW &RPPHQWHU + 6WDELOLWpWKHUPLTXHGHVILODPHQWVVXSUDFRQGXFWHXUV (TXDWLRQGHODGLIIXVLRQWKHUPLTXHHQUpJLPHSHUPDQHQW 2QFRQVLGqUHXQFRQGXFWHXUWKHUPLTXHF\OLQGULTXHILJXUHSDJHVXSSRVpLQILQLVLqJH G GHFRQGXFWLRQWKHUPLTXHORQJLWXGLQDOHVXLYDQW H] 2QQHFRQVLGqUHLFLTXHOHUpJLPHSHUPDQHQW/D WHPSpUDWXUH 7] HVW VXSSRVpH XQLIRUPH VXU WRXWH VHFWLRQ GURLWH 6 GX FRQGXFWHXU 2Q QRWH N VD FRQGXFWLYLWpWKHUPLTXH 6 ] )LJXUHFRQGXFWHXUWKHUPLTXH 5DSSHOHUODORLGH)RXULHUHWSUpFLVHUO¶XQLWpGXYHFWHXUTXLLQWHUYLHQW (QUDLVRQQDQWVXUXQHWUDQFKHGHFRQGXFWHXUFRPSULVHHQWUHOHVDEVFLVVHV]HW]G]VDFKDQW TXH QRWUH FRQGXFWHXU WKHUPLTXH HVW OH VLqJH G¶XQH VRXUFH GH FKDOHXU LQWHUQH GH GHQVLWp YROXPLTXH GH SXLVVDQFH σY UHWURXYHU O¶pTXDWLRQ GH OD GLIIXVLRQ WKHUPLTXH HQ UpJLPH SHUPDQHQW $SSOLFDWLRQDXVXSUDFRQGXFWHXU 2QUDSSHOOHTX¶XQPDWpULDXVXSUDFRQGXFWHXUHVWHIIHFWLYHPHQWGDQVO¶pWDWVXSUDFRQGXFWHXUVL VDWHPSpUDWXUHHVWLQIpULHXUHjXQHWHPSpUDWXUHFULWLTXHQRWpH7F 2Q FRQVLGqUH LFL TXH QRWUH FRQGXFWHXU F\OLQGULTXH GH UD\RQ 5 HVW WUDYHUVp SDU XQ FRXUDQW G G pOHFWULTXHXQLIRUPpPHQWUpSDUWLGHGHQVLWp M = M H] 'H SOXV OHV SKpQRPqQHV GH FRQGXFWLRQ WKHUPLTXH ORQJLWXGLQDOH pWDQW ELHQ SOXV HIILFDFHV TXHOHVpFKDQJHVFRQGXFWRFRQYHFWLIVGHVXUIDFHRQVXSSRVHTX¶LOQ¶\DSDVG¶pFKDQJHWKHUPLTXH HQU 5HQWUHOHFRQGXFWHXUHWOHEDLQG¶KpOLXPGDQVOHTXHOLOWUHPSHILJXUH ,QWHUIDFHDYHFOHEDLQG¶KpOLXP 6 ] )LJXUHFRQGXFWHXUWKHUPLTXHHWEDLQG¶KpOLXP $X VHLQ G¶XQ VXSUDFRQGXFWHXU XQH SHUWXUEDWLRQ SHXW IDLUH WUDQVLWHU XQH ]RQH VXSUDFRQGXFWULFHHQXQH]RQHUpVLVWLYHGLWHQRUPDOH&HWWH]RQHQRUPDOHSHXWSDUIRLVVHUpVRUEHU G¶HOOHPrPH HQ VH UHIURLGLVVDQW SDU FRQGXFWLRQ WKHUPLTXH DYHF VHV ]RQHV YRLVLQHV VXSUDFRQGXFWULFHV 2Q VHSURSRVH GH GpWHUPLQHU LFLO¶RUGUH GH JUDQGHXU GH OD ORQJXHXU PD[LPDOH /PD[FDSDEOHGHVHUpVRUEHUG¶HOOHPrPH 6XUODILJXUHFLGHVVRXVRQDUHSUpVHQWpXQH]RQHQRUPDOH7!7FGHORQJXHXU/GRQW RQQRWHρQVDUpVLVWLYLWppOHFWULTXH/HUHVWHGXFRQGXFWHXUHVWjO¶pWDWVXSUDFRQGXFWHXUHWHVWGRQF GpSRXUYXGHWRXWHUpVLVWLYLWppOHFWULTXH2QVXSSRVHTXHOHSURILOGHWHPSpUDWXUHGHSDUWHWG¶DXWUH GHFHWWH]RQHQRUPDOHHVWOHVXLYDQW ]RQHQRUPDOH ]RQHVVXSUDFRQGXFWULFHV 7F 7 ] )LJXUHSURILOGHWHPSpUDWXUH D4XHOSKpQRPqQHHVWjO¶RULJLQHG¶XQHGLVVLSDWLRQGHSXLVVDQFHGDQVOD]RQHQRUPDOH" E 'RQQHU O¶H[SUHVVLRQ GH OD GHQVLWp YROXPLTXH GH SXLVVDQFH σY GLVVLSpH GDQV FHWWH ]RQH QRUPDOHHQIRQFWLRQGHρQHWGHM ª / / º -XVWLILHUO¶DOOXUHJpQpUDOHGXSURILOGHWHPSpUDWXUHSRXU ] ∈ « − » ¬ ¼ ([SULPHUHQIRQFWLRQGHσY/HW6ODSXLVVDQFHGLVVLSpH3GLVGDQVOD]RQHQRUPDOH G D 'RQQHU HQ IRQFWLRQ GH 7F 7 N / HW H] O¶H[SUHVVLRQ GX YHFWHXU GHQVLWp GH FRXUDQW G ª / / º WKHUPLTXH M4 GDQVOD]RQHVXSUDFRQGXFWULFH ] ∈ « − − » ¼ ¬ G E 'RQQHU HQ IRQFWLRQ GH 7F 7 N / HW H] O¶H[SUHVVLRQ GX YHFWHXU GHQVLWp GH FRXUDQW G ª / / º WKHUPLTXH M4 GDQVOD]RQHVXSUDFRQGXFWULFH ] ∈ « » ¬ ¼ (QGpGXLUHODSXLVVDQFHWKHUPLTXH3WKVRUWDQWGHOD]RQHQRUPDOHHQIRQFWLRQGH7F7N/ HW6 D([SULPHUHQIRQFWLRQGHσY7F7HWNODORQJXHXUPD[LPDOH/PD[G¶XQH]RQHQRUPDOH FDSDEOHGHVHUpVRUEHUG¶HOOHPrPH E $SSOLFDWLRQ QXPpULTXH ρQ ΩP N :P. 7F . 7 . HW M $P(YDOXHU/PD[ F 3RXUTXRL OHV FRQGXFWHXUV VXSUDFRQGXFWHXUV VRQWLOV FRQVWLWXpV G¶XQ JUDQG QRPEUH GH ILODPHQWVVXEPLFURQLTXHV" $11(;( 'LDJUDPPH(S+GXFXLYUH (9ROW 9 9 S+ 'RQQpHV &RQVWDQWHG¶$YRJDGUR1D PRO 5D\RQDWRPLTXHGXFXLYUH5 SPSP P 'HQVLWpGXFXLYUHG 3RWHQWLHOVVWDQGDUGVj. (&X&X 9 (&X&X 9 (&X&X 9 (,, 9 (6262 9 (++ 9 (2+2 9 3URGXLWVGHVROXELOLWp S.V&X2V &X2V+2 &X2+ S.V&X2+V &X2+V &X2+ /¶DFLGH VXOIXULTXH +62 HVW XQ GLDFLGH GRQW OD UH DFLGLWp HVW IRUWH HW OD H DFLGLWp HVW IDLEOH2QGRQQHS.D+6262 3URGXLWLRQLTXHGHO¶HDXS.H &RQVWDQWHVSK\VLTXHV μ = π− +P &RQGXFWLYLWppOHFWULTXHGXFXLYUH γ&X. 6Pγ&X. 6P )RUPXODLUHPDWKpPDWLTXH )RQFWLRQI[ [ [ OQ [ 3ULPLWLYH)[ § [ · [ [ OQ ¨ ¸ − FVWH © [ ¹ OQ − α[ − α[ − − α[ OQ − α[ VWH F α 2SpUDWHXUVYHFWRULHOVHQFRRUGRQQpHVF\OLQGULTXHV G ∂8 G ∂8 G ∂8 G G ∂ ( UDU ) ∂ Dθ ∂ D ] JUDG 8 = Hθ + HU + H] GLYD = + + ∂U U ∂θ ∂] U ∂U U ∂θ ∂] G G § ∂ D ] ∂ Dθ · G § ∂ DU ∂ D ] · G § ∂ UDθ ∂ DU · G URW D = ¨ HU + ¨ H] − − − ¸ Hθ + ¨ ∂] ¹¸ ∂U ¹ U ∂θ ¹¸ © ∂] © U ∂θ © U ∂U )LQGHO¶pQRQFp I M P R I M E R I E N A T I O N A L E – 14 1321 – D’après documents fournis
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