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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 52 — #60
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Exercices
CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
1.1 Transformations nucléaires (#)
1. COCKCROFT et WALTON ont brisé du lithium 7
3 Li en deux particules identiques par bombardement par des protons (1932). Écrire le bilan de cette transformation (mettant en jeu un
proton par atome de lithium) et identifier les particules produites.
2. CHADWICK a produit des neutrons (et un nouveau noyau) en bombardant du béryllium
9
4 Be par des particules α naturelles (1932). Écrire le bilan de cette transformation (mettant en
jeu un neutron par atome de béryllium) et identifier les particules produites.
3. CURIE et JOLIOT ont étudié le bombardement de noyaux d’aluminium 27
13 Al par des particules α (1934). La transformation met en jeu la rencontre d’une particule α avec un atome
d’aluminium, et conduit dans 95 % des cas à la production d’un proton et d’un nouveau
noyau. Dans 5 % des cas, la rencontre conduit à la production d’un neutron et d’un nouveau
noyau. Écrire les bilans de cette transformation.
Données : numéros atomiques : 1 (H), 6 (C), 14 (Si), 15 (P).
1.2 Constante d’équilibre en phase gaz (d’après Agro-Véto) (#)
On étudie dans cet exercice l’équilibre de dimérisation du chlorure d’hydrogène décrit par
l’équation-bilan :
2 HCl (g)
=
(HCl) 2 (g).
La constante d’équilibre à la température T est notée K ◦
1 .
1. Rappeler à la température T le lien entre les pressions partielles à l’équilibre, p ◦ et la
constante d’équilibre K ◦
1 .
2. Dans l’hypothèse où les gaz sont parfaits, établir le lien entre la pression partielle et la
concentration d’un constituant gazeux. En déduire l’expression de la concentration en dimère
(HCl) 2 en phase gazeuse, notée [(HCl) 2 ], en fonction de la concentration de HCl en phase
gazeuse, notée [HCl], R (constante des gaz parfaits), T , p ◦ et K ◦
1 .
1.3 Fluoration du dioxyde d’uranium (Centrale-Supélec) (##)
On considère la réaction :
UO 2 (s) + 4 HF (g)
=
UF 4 (s) + 2 H 2 O (g).
On maintient la température égale à 700 K et la pression totale à 1 bar. La constante d’équilibre à 700 K est égale à K ◦ = 6, 8.10 4 . Chaque solide constitue une phase solide pure.
1. Si on part de 1,0 mol de dioxyde d’uranium UO 2 et de 1,0 mol de fluorure d’hydrogène
HF, quelle sera la composition finale du système ?
2. Même question en partant de 0,10 mol de dioxyde d’uranium UO 2 et de 1,0 mol de fluorure d’hydrogène HF. Que remarque-t-on dans ce cas ?
1.4 Équilibre en phase gaz, taux de conversion (d’après CCP) (##)
L’équilibre :
2 SO 2 (g) + O 2 (g)
=
2 SO 3 (g)
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
1.1 Transformations nucléaires (#)
1. COCKCROFT et WALTON ont brisé du lithium 7
3 Li en deux particules identiques par bombardement par des protons (1932). Écrire le bilan de cette transformation (mettant en jeu un
proton par atome de lithium) et identifier les particules produites.
2. CHADWICK a produit des neutrons (et un nouveau noyau) en bombardant du béryllium
9
4 Be par des particules α naturelles (1932). Écrire le bilan de cette transformation (mettant en
jeu un neutron par atome de béryllium) et identifier les particules produites.
3. CURIE et JOLIOT ont étudié le bombardement de noyaux d’aluminium 27
13 Al par des particules α (1934). La transformation met en jeu la rencontre d’une particule α avec un atome
d’aluminium, et conduit dans 95 % des cas à la production d’un proton et d’un nouveau
noyau. Dans 5 % des cas, la rencontre conduit à la production d’un neutron et d’un nouveau
noyau. Écrire les bilans de cette transformation.
Données : numéros atomiques : 1 (H), 6 (C), 14 (Si), 15 (P).
1.2 Constante d’équilibre en phase gaz (d’après Agro-Véto) (#)
On étudie dans cet exercice l’équilibre de dimérisation du chlorure d’hydrogène décrit par
l’équation-bilan :
2 HCl (g)
=
(HCl) 2 (g).
La constante d’équilibre à la température T est notée K ◦
1 .
1. Rappeler à la température T le lien entre les pressions partielles à l’équilibre, p ◦ et la
constante d’équilibre K ◦
1 .
2. Dans l’hypothèse où les gaz sont parfaits, établir le lien entre la pression partielle et la
concentration d’un constituant gazeux. En déduire l’expression de la concentration en dimère
(HCl) 2 en phase gazeuse, notée [(HCl) 2 ], en fonction de la concentration de HCl en phase
gazeuse, notée [HCl], R (constante des gaz parfaits), T , p ◦ et K ◦
1 .
1.3 Fluoration du dioxyde d’uranium (Centrale-Supélec) (##)
On considère la réaction :
UO 2 (s) + 4 HF (g)
=
UF 4 (s) + 2 H 2 O (g).
On maintient la température égale à 700 K et la pression totale à 1 bar. La constante d’équilibre à 700 K est égale à K ◦ = 6, 8.10 4 . Chaque solide constitue une phase solide pure.
1. Si on part de 1,0 mol de dioxyde d’uranium UO 2 et de 1,0 mol de fluorure d’hydrogène
HF, quelle sera la composition finale du système ?
2. Même question en partant de 0,10 mol de dioxyde d’uranium UO 2 et de 1,0 mol de fluorure d’hydrogène HF. Que remarque-t-on dans ce cas ?
1.4 Équilibre en phase gaz, taux de conversion (d’après CCP) (##)
L’équilibre :
2 SO 2 (g) + O 2 (g)
=
2 SO 3 (g)
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