[PDF] CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES — SESSION 2021





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Problème 1 : Mesure du produit ionique de leau Ke.

L'utilisation des calculatrices est autorisée. Toute réponse non justifiée ne sera pas considérée. Problème 1 : Mesure du produit ionique de l'eau Ke.



pH de leau à 60°C

A 60°C le produit ionique de l'eau est égal à 9.6 10-14. Calculer la valeur du pH à cette température. Produit ionique de l'eau : Ke = [H3O+].



Chap 6 . Transformations associées à des réactions acido-basiques

Le produit ionique de l'eau est la constante d'équilibre associée à l'équation d'autoprotolyse de l'eau. Cette constante est notée Ke. On a donc :.



7. Transferts de protons Equilibres acide-base

L'ammoniac NH3 capte un proton H+ de l'eau pour former NH4+. constante d'équilibre est aussi appelée produit ionique de l'eau: Dans l'eau pure et dans ...



TS1 cours chimie 2

19 nov. 2009 Montrer qu'un indicateur coloré convenablement choisi permet de repérer l'équivalence. I. L'AUTOPROTOLYSE DE L'EAU PRODUIT IONIQUE DE L'EAU ET ...



BAC2018 SR/SM BAC2018 SN/SM

Le produit ionique de l'eau : K =10 Le benzoate de sodium(C6H5COONa ) est utilisé dans l'industrie alimentaire pour conserver les aliments et.



LE PH DUNE SOLUTION AQUEUSE

une ionisation ! ??Le produit ionique de l'eau. ? Toute solution aqueuse contient donc des molécules d'eau (évidemment !!) et des ions H3O+ et HO-.



Effet de la temperature sur les mécanismes dinteraction entre lion

7 mai 2007 Valeurs du produit ionique de l'eau aux températures étudiées dans ... Cette faible valeur s'explique par l'utilisation d'une température de.



Problème 1: Influence de la température sur le produit ionique de l

On admet que le produit ionique de l'eau varie en fonction de la température T selon la loi L?1 on utilise une solution commerciale S3.



CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES — SESSION 2021

Ne pas utiliser d'encre claire. - N'utiliser ni colle ni agrafe Produit ionique de l'eau à 298 K : Ke = 1



Transformation et réaction acido-basique

utiliser le produit ionique de l’eau? Comment dé?nir la constante d’acidité d’un couple acide/base? Comment comparer le comportement d’acides ou de bases en solution? I Comment dé?ni et utiliser le produit ionique de l’eau? 1 Autoprotolyse de l’eau + L’eau H2O: une base pour le couple H3O+(aq)=H2O(l) + acide pour le

Comment calculer le produit ionique de l'eau ?

A partir de la réaction d'autoprotolyse de l'eau, on définit le produit ionique de l’eau noté Ke K e. Les concentrations étant en mol.L^ {-1} mol.L?1. Le produit ionique de l'eau Ke K e n’a pas d’unité et ne dépend que de la température. Ke = 1*10^ {-14} K e = 1?10?14.

Comment calculer le équilibre entre l'eau et les ions produits par la réaction d'autoprotolyse ?

L'équilibre qui existe entre l'eau et les ions produits par la réaction d'autoprotolyse de l'eau peut être caractérisé par la relation suivante : Ke = [H3O+] x [OH-] où Ke est une constante appelée produit ionique de l'eau. C'est une grandeur sans unité qui dépend de la température.

Qu'est-ce que la légère ionisation de l'eau pure ?

La légère ionisation de l’eau pure se reflète dans la faible valeur de la constante d’équilibre ; à 25 °C, le KW a une valeur de 1,0 × 10-14. Le processus est endothermique, de sorte que l’étendue de l’ionisation et les concentrations d’ions hydronium et d’ions hydroxyde qui en résultent augmentent avec la température.

Qu'est-ce que la constante d'ionisation de l'eau ?

La constante d'ionisation de l'eau K(eau) est la constante associée à la capacité de l'eau de s'auto-ioniser en ions hydrogène (H +) et en ions hydroxyde (OH ?). L’eau pure est une substance qui conduit très faiblement le courant électrique. Une telle conductibilité électrique s'explique habituellement par la présence d’ions en solution.

PHCH

PPHHYYSS

IIQQUUEE--CCHHIIMMIIEE

!!')+ 1) !! (0.0/

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Le tempsd"un nuage

Le candidatest invité àseréférerrégulière ment àl"annexe quicon tientlesdonnéesnécessairesà

la résolutionduproblème etun formulaire. Cetteannex ese trouveaudébut dusujet. Lesdi◦érents

documentsprésentsdans lesujetcontiennen taussi desdonnées nécessairesà larésolutiondesquestions

posées. Les réponsesauxquestions nesauraien têtre desim plesarmationsetdevron têtre accompagnées d"une justication. Le sujetestconstitué dequatre partieslargemen tindép endantes.

Certaines questions,rep éréesparunebarre enmarge, sont desquestions ouvertes oudes résolutions

de problème.Les pistes derecherche doiven têtreconsignéespar lecandidatsursacopie ;siellesson t

pertinentes,ellesseront valorisées. Àcesquestions correspondune partsignicativ edu barème,ilest

donc vivementrecommandéauxcandidats deles aborder. 1

Le tempsd"un nuage

Le candidatest invité àseréférerrégulière ment àl"annexe quicon tientlesdonnéesnécessairesà

la résolutionduproblème etun formulaire. Cetteannex ese trouveaudébut dusujet. Lesdi◦érents

documentsprésentsdans lesujetcontiennen taussi desdonnées nécessairesà larésolutiondesquestions

posées. Les réponsesauxquestions nesauraien têtre desim plesarmationsetdevron têtre accompagnées d"une justication. Le sujetestconstitué dequatre partieslargemen tindép endantes.

Certaines questions,rep éréesparunebarre enmarge, sont desquestions ouvertes oudes résolutions

de problème.Les pistes derecherche doiven têtreconsignéespar lecandidatsursacopie ;siellesson t

pertinentes,ellesseront valorisées. Àcesquestions correspondune partsignicativ edu barème,ilest

donc vivementrecommandéauxcandidats deles aborder. 1

Annexe

fiConstantede Planck :ff fi fi fiConstanted'A vogadro: fi fi fiProduitioniquede l'eauà : fi fiMasse dela Terr e: fiRayondela Terre : fi fiRayonduSoleil : 2 fiTempératuredesurfacedu Soleil: 2 fi fiConstantegra vitationnelle: fi fi fiConstantedes gazpa rfaits: fi fi fiAccélérationd elapesan teurau niveaudusol: fi

Masses volumiques:

fiair : air fi fi fieau : eau fi fi fi

La constantedelatroisième loide Keplerest

oùest lamasse del'astre attracteur.

Équation d'étatd'un gazp arfait: .

Aire d'unesphère dera yon :

2

Conductivité molaireionique

1 (en fi IonsH Na HO fi HCO fifi NO fifi 1 fi )35,05,0019,84,457,14

Loi deKohlrausc h:Laconductivitéd'une solutionélect rolytiqueestreliéeà laconcen tration enions

par laloi deK ohlrausch : T 1 1 1 1 où 1 est laconductivité molaireionique del'ion en fi 1 la concentrationdel'ion en solution en fi fi et 1 la chargedel'io n. HNO fi est unacide fort pK 3 fipK 3 (H CO fi (aq)/HCO fifi (aq)) =6,4 fipK 3 (HCO fifi (aq)/CO fifi (aq)) =10,3 Masses molaires: fiair sec: sec fi fihydrogène: H fi fioxygène: O fi fisodium: Na fi 2

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Difiérentstyp esdenuages

D"après lesite http://www.Cloud_types.fr.

3

Difiérentstyp esdenuages

D"après lesite http://www.Cloud_types.fr.

3

Les nuagessont desélémentsindisp ensablesdu climatdenotreplanète. Lapremièreraison vient du

fait qu"ilsson tnécessairesau cycledel"eauet assurent lestransfe rtsen tre leso céansetlasurface conti-

nentale.Ils permetten tainsid"approvisionnerleslacs etn appesphréatiques eneau douce. Laseconde

raison estqu"ils jouent unrôleimportan tsur lebilan énergétiquedelaTerre.En efiet,ils con trôlent

en partielesra yonnemen tssolairesincidentsauniveaude lasurface ainsiquele sra yonnementsémis

par lasurface dela Terre vers l"espace.Lacouverture nuageuseterrestredépa ssant les◦, ilest donc

crucial decomprendre lerô lejoué parlesnuages dansle bilan énergétiquede laTerreet doncsur

l"évolutioncl imatique. L"objetde ceproblème estde comprendrequelques aspects dela physique desn uagesetdeleurs im-

pacts surleclimat. Lapremière partie estdesti néeà mettreenoeuvreun modèl ephysiquesimple pour

interpréterl avariation destempératuresmoyennes desplanète sdusystèmesolaire. Dansladeuxième

partie, ons"in téresseàlafor mationet àla stabilitédesnuages. Latroisième partie porte surla chimie

des nuagesetl ephé nomènedepluies acides.Enffin,ladernière partietraite del"impacténergétique

des nuagessurle ray onnement infrarougeterrestre.

I. Températuredesurfaced"une planète

1) Températuredesurfaced"une planètesans atmosphère

Figure 1- Planètedusystèmesolair e.

Considérons uneplanète dusystème solaire supp oséesphériquedera yon fi et situéeà unedis- tance fffifi du Soleil( cf.ffgure 1).La surface delaplanèteest modélisée commeun corpsc haudde températurede surfaceuniforme fi

émettantun ray onnementdepuissance

fi donné parla loide

Stefan-Boltzmann :

fi fi Tfi -(1) fi fi fi T est laco nstantedeStefanet-est l"airede lasurface dela planète. Le Soleilest luiaussi modélisé comme uncorpschaud sphériquedera yon ff et detemp ératurede surface uniforme ff dontle ray onnementémissuitlaloideStefan-Boltz mann.

1.Exprimer lapuissance totale

ff

émise parle Soleilen fonctionde ,

ff et ff

La puissancesolaire étant émisedemanière isotrope,seuleune partie decette puissanceesteectiv e-

mentreçue parla planète.La puissancesolaire ff reçue parla planètes"é crit ff fi ff ,fi ,fffifi (2)

2.Interpréterle rapport desdeuxsurfacesqui in tervient dans l"équation(2).

La planèterééchit versl"espaceune proportion, appeléealbédo,du rayonnement solaireinciden t.

3.Donner l"expressiondela puissancesolair e

ff absorbéepar laplanète enfonction de, ff fi et fffifi

En l"absenced"atmosphère, latemp ératurede surfaced"uneplanète dusystème solairerésulte d"un

équilibre entrelapuissancesolaire absorbée etla puissanceémise parray onnemen tpar laplanète.

4

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4.À l"équilibrethermique, écrirelebilan depuissance pour lasurfacedela planèteet montrer que

la températuredesurface C fi de laplanètes"écrit C fi C ff Tε fi fififi ff (3)

Les valeursdela distancemo yenne

fifi , del"alb édoT, dela température desurfaceC fi calculée etde la températuredesurface moy enneC mes mesurée dequelques planètes dusystèmesolaireson tdonnées dans latable 1. fifi (u.a.)0,390,721,001,525,2

T0,120,750,310,250,34

C fi (K)4,310 2 2,310 2 2,110 2 1,110 2 C mes (K)400730290225124

Table1 - Distancemo yenne

fifi , albédoT, températuredesurfaceC fi calculée ettemp ératurede surface moyenneC mes mesurée dequelques planètesdu systèmesolaire. L"unité astronomique( u.a.)estuneunité delon gueurdé◦nie par: u.a. ffff

5.Calculer latemp ératuredesurfacede laT erredans lecadre dumo dèlesansatmosphère.

6.Sur unmême graphique,représen terla températurede surfaceC

fi calculée etla température de surface moyenneC mes mesurée enfonction dela distance moy enne fifi en unitéastronomique.

7.Discuter dela pertinence dumodèles ansatmosphère.

2) Infiuencede l"atmosphèresur latemp ératurede surfacede laTerre

Le premiermo dèlequiap ermisde calculerune températureraisonnablede lasurface dela Terre

a étéin troduitparSvante Arrhenius en1896.Danscemodèle, l"atmosphèreterrestreest modélisée

par uneunique couche gazeusehomogènequien velopp el"ensem blede laplanète.Elleestsupposée parfaitementtransparen tedansledo mainev isiblede tellesorte qu"ellen"absorb epas lerayonnemen t

solaire incidentmais enrééchitun eprop ortionTversl"es pacecorrespondan tàl"albédode laT erre.

La surfacede laT erre estmodéliséeparun corpsc hauddetempératureuniformeC

émettantun

rayonnementinfrarougedepuissance . L"atmosphèreest supposée complètementopaquedans le

domaine infrarougede tellesorte qu"elleabsorb el"ensem bledu rayonnemen tterrestre.À l"équilibre

thermique, l"atmosphèreémet elleaussi unra yonnemen tinfrarouge, depuissance , supposéeidentique

en directionde l"espaceet dela Terre. Lasurface terrestre absorbeàso ntour lera yonnementinfrarou ge

provenantdel"atmosphère( cf.◦gure 2). Figure 2- Bilandepuissance enprésence d"uneatmosphère . L"expression dela puissancesolaire reçuepar laT erre- 2 au sommetde l"atmosphèreest 2 2 2- (4) où représentela distanceen trele Soleiletla Terre et est lera yondelaTerre. 5

4.À l"équilibrethermique, écrirelebilan depuissance pour lasurfacedela planèteet montrer que

la températuredesurface C fi de laplanètes"écrit C fi C ff Tε fi fififi ff (3)

Les valeursdela distancemo yenne

fifi , del"alb édoT, dela température desurfaceC fi calculée etde la températuredesurface moy enneC mes mesurée dequelques planètes dusystèmesolaireson tdonnées dans latable 1. fifi (u.a.)0,390,721,001,525,2

T0,120,750,310,250,34

C fi (K)4,310 2 2,310 2 2,110 2 1,110 2 C mes (K)400730290225124

Table1 - Distancemo yenne

fifi , albédoT, températuredesurfaceC fi calculée ettemp ératurede surface moyenneC mes mesurée dequelques planètesdu systèmesolaire. L"unité astronomique( u.a.)estuneunité delon gueurdé◦nie par: u.a. ffff

5.Calculer latemp ératuredesurfacede laT erredans lecadre dumo dèlesansatmosphère.

6.Sur unmême graphique,représen terla températurede surfaceC

fi calculée etla température de surface moyenneC mes mesurée enfonction dela distance moy enne fifi en unitéastronomique.

7.Discuter dela pertinence dumodèles ansatmosphère.

2) Infiuencede l"atmosphèresur latemp ératurede surfacede laTerre

Le premiermo dèlequiap ermisde calculerune températureraisonnablede lasurface dela Terre

a étéin troduitparSvante Arrhenius en1896.Danscemodèle, l"atmosphèreterrestreest modélisée

par uneunique couche gazeusehomogènequien velopp el"ensem blede laplanète.Elleestsupposée parfaitementtransparen tedansledo mainev isiblede tellesorte qu"ellen"absorb epas lerayonnemen t

solaire incidentmais enrééchitun eprop ortionTversl"es pacecorrespondan tàl"albédode laT erre.

La surfacede laT erre estmodéliséeparun corpsc hauddetempératureuniformeC

émettantun

rayonnementinfrarougedepuissance . L"atmosphèreest supposée complètementopaquedans le

domaine infrarougede tellesorte qu"elleabsorb el"ensem bledu rayonnemen tterrestre.À l"équilibre

thermique, l"atmosphèreémet elleaussi unra yonnemen tinfrarouge, depuissance , supposéeidentique

en directionde l"espaceet dela Terre. Lasurface terrestre absorbeàso ntour lera yonnementinfrarou ge

provenantdel"atmosphère( cf.◦gure 2). Figure 2- Bilandepuissance enprésence d"uneatmosphère . L"expression dela puissancesolaire reçuepar laT erre- 2 au sommetde l"atmosphèreest 2 2 2- (4) où représentela distanceen trele Soleiletla Terre et est lera yondelaTerre. 5

8.À l"équilibrethermique, écrirelebilande puissance pour lasurface dela Terre.

9.À l"équilibrethermique, écrirelebilande puissance pour l"atmosphère.

10.En déduirequela température de surfacedelaT erreC

fi s"écrit C fi C ff Tε fiquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40
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