Karl Friedrich Mohr (sel + reflux + titrage) · Dorothy Crowfoot (rayons X + Bragg) · Pompe à chaleur

Écrire les demi-équations des couples Fe³⁺/Fe²⁺ et O₂/H₂O en milieu acide. En déduire la réaction bilan.

Vérifier que $M_{\text{sel}} = 392{,}0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Calculer c et montrer l'intérêt du sel de Mohr.

Mohr a mis au point le dispositif dit du « chauffage à reflux », représenté figure 1, qui a révolutionné la chimie de synthèse.

Nommer sur la copie les éléments du montage de la figure 1 numérotés de 1 à 4.

On s'intéresse à la synthèse d'un ester à l'odeur de rhum : le méthanoate d'éthyle. Le mélange réactionnel est constitué d'un volume V_Ac d'une valeur égale à 7,0 mL d'acide méthanoïque, d'un volume V_Al d'une valeur égale à 10,0 mL d'éthanol et de quelques gouttes d'acide sulfurique concentré.

Nommer les groupes caractéristiques présents dans ces trois molécules.

Représenter la formule topologique du méthanoate d'éthyle.

Citer 2 avantages du chauffage à reflux et une précaution.

Indiquer le rôle de H₂SO₄.

Calculer n_Ac et n_Al. Justifier que l'éthanol est limitant.

Calculer la masse d'ester m produite (R = 0,70).

Pour optimiser le rendement de cette synthèse, il est possible de mettre en œuvre un montage de distillation fractionnée représenté figure 2.

À l'aide des températures d'ébullition fournies dans le tableau de données, expliquer en quoi le montage de distillation fractionnée permet d'optimiser le rendement de la synthèse du méthanoate d'éthyle.

Karl Friedrich Mohr est l'inventeur de la technique du dosage par titrage qui met en jeu une transformation chimique afin de déterminer la quantité de matière d'une espèce chimique en solution. Il a conçu l'outil essentiel de cette technique : la burette graduée fermée en son extrémité inférieure par un robinet ou par une « pince de Mohr » (figure 3).

On souhaite connaitre la concentration c₁ en quantité de matière en ions chlorure. Parmi les solutions S₁ et S₂, identifier la solution titrée et la solution titrante. Puis indiquer quelle solution doit être placée dans la burette.

Définir l'équivalence. Calculer c₁.

Il est possible aussi de déterminer la concentration en quantité de matière des ions chlorure c₁ par un dosage par titrage conductimétrique. Si l'on mesure la conductivité du mélange réactionnel durant la transformation chimique, on obtient la courbe de la figure 4.

Expliquer comment cette courbe permet d'obtenir le volume V_2E de solution titrante versée à l'équivalence du dosage par titrage.

Données :

• Conductivité σ d'une solution ionique (loi de Kohlrausch) : $\sigma = \sum_i \lambda_i \times [\text{ion}]_i$
• Conductivités molaires ioniques λ_i en mS·m²·mol⁻¹ à 25 °C :

À l'aide des données, justifier sans calcul l'allure de la courbe de la figure 4.

Le tube à rayons X, dont le schéma est représenté figure 1, est un dispositif permettant de produire des rayons X. Il contient deux plaques métalliques A et B, séparées d'une distance d et assimilables aux armatures d'un condensateur plan alimenté par un générateur de tension électrique G. Un filament électrique chauffé par effet Joule produit des électrons qui sont accélérés entre les armatures. Les électrons percutent les atomes de la plaque B et provoquent l'émission des rayons X.

Donner l'expression de la force électrique $\vec{F}$ subie par un électron entre les plaques et représenter sa direction et son sens.

Établir l'expression du vecteur accélération.

Montrer que $v_x(t) = (eE/m) \cdot t$ et établir $x(t)$.

Montrer que v_S ≈ 8,38×10⁷ m·s⁻¹.

Calculer E_cS et vérifier qu'elle est insuffisante pour produire des rayons X (seuil 6,90×10⁴ eV).

Choisir entre U₁ = 5 kV et U₂ = 70 kV. Justifier.

Les rayons X incidents se réfléchissent sur les plans successifs du cristal, comme le montre la figure 2.

Un dispositif, non représenté sur la figure 2, permet de superposer sur un écran les rayons 1 et 2 réfléchis.

À l'aide de la figure 3 suivante représentant l'évolution temporelle de l'amplitude de trois ondes α, β et ε en ce point, choisir deux ondes qui permettent d'obtenir des interférences constructives puis deux ondes qui permettent d'obtenir des interférences destructives. L'échelle temporelle est la même sur les trois graphes.

Déterminer la distance L dans le cristal pour la différence de chemin minimale.

Données : caractéristiques de la pompe à chaleur étudiée.

On considère une journée où la température extérieure T_ext est égale à 2 °C. Un transfert thermique à travers les murs s'opère depuis l'air intérieur de la maison vers l'air extérieur.

Identifier, en le justifiant, le mode de transfert thermique s'effectuant au travers d'un mur.

Indiquer comment évolue φ quand e augmente.

Indiquer le sens du transfert Q_rad/air.

Montrer par le 1er principe appliqué à l'air intérieur que $Q_{\text{rad/air}} = -Q_{\text{mur}} - Q_{\text{autres}}$.

Calculer Q_rad/air.

Déterminer si la PAC est suffisante pour chauffer l'eau des radiateurs (P_max = 7,0 kW).

Vérifier que le niveau d'intensité sonore combiné L (PAC + bruit ambiant) vaut 48 dB.

Déterminer si le propriétaire respecte la limite légale d'émergence sonore nocturne.