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BACCALAURÉAT BLANC Lycée Fernand Daguin – Mérignac (33)

Jeudi 12 Février 2009

PHYSIQUE-CHIMIE Série S

DURÉE DE L’ÉPREUVE : 3 h 30. – COEFFICIENT : 8

Les données sont en italique

L’usage des calculatrices est AUTORISÉ

!

Ce sujet comporte trois exercices présentés sur 6 pages numérotées de 1 à 6 et deux feuilles annexes A1 et A2 QUI SERONT À RENDRE AVEC LA COPIE. Le candidatdoit traiter les trois exercices qui sont indépendants les uns des autres :

I.

Le paramètre temps en physique nucléaire et en cinétique chimique (9 points)

II. Condensateur d’un flash (6 points) III. Pourcentage de chlorure d’ammonium dans un produit impur (5 points)

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I- Le paramètre temps en physique nucléaire et en cinétique chimique (9 pts)
Les diverses parties de cetexercice sont indépendantes. A- Physique nucléaire (6 pts) Données : ; 1 eV = 1,60.10 –19 J unité de masse atomique : 1 u = 1,66054.10 –27 kg −4 masses de particules : électron : 5,48580.10 u ; neutron : 1,00867 u ; proton : 1,00728 u 235 94 140 2 ; U : 234,994 u ; Sr : 93,8945 u ; Xe : 139,892 u de noyaux : 1 H : 2,01355 u 8 –1 célérité de la lumière dans le vide c = 3,00.10 m.s ; énergie demasse associée à l'unité de masse atomique: 931,5 MeV 1. Désintégrations 1.1. Donner la composition du noyau suivant :
1.2. Recopier et compléter le tableau suivant : Type de Noyau père radioactivité A α ZX

142 56 Ba

→ →

Particule émise .... ....

+ + +

Noyau fils
.... * ....Y A * Z +1Y

A .... → ZX * Le noyau fils, en général dans un état excité, est noté Y .

1.3. Énoncer leslois de conservation ayant permis de remplir le tableau ci-dessus. 1.4. Sur le document 1 en ANNEXE A1, placer dans la bonne case, les noyaux fils obtenus après les désintégrations α, β− et β+.

2. Energie nucléaire
Voici la courbe d’Aston : 2.1. Donner la définition et l’expression littérale de E l , l’énergie de liaison d’un noyau. 2.2. Calculer, en MeV, l’énergie de liaison E l pour le
noyaude deutérium 2 H . La valeur trouvée est-elle en 1 accord avec la courbe d’Aston ? 2.3. Quel est l’ordre de grandeur de l’énergie de liaison par nucléon pour les noyaux les plus stables ? 2.4. Dans une centrale nucléaire, l’une des réactions possibles est : 235 1 94 140 1 92 U + 0 n → 38 Sr + 54 Xe + 2 0 n - Donner l’expression littérale de l’énergie libérée par cette réaction de fission puis lacalculer en J. 2.5. Dans le cœur du réacteur, chaque noyau d'uranium 235 libère en moyenne une énergie de 200 MeV au cours de chaque fission, 30 % de cette énergie est transformée en énergie électrique. Chacun des quatre réacteurs REP de la centrale de BLAYE fournit une puissance électrique de 900 MW. On rappelle que puissance P et énergie électrique E sont liées par la relation E = P.∆t où ∆t estla durée de fonctionnement. ∆ - Calculer, en kg, la consommation journalière de 235 U dans cette centrale. 92

3. Décroissance radioactive L’iode 131 est l’un des effluents gazeux susceptibles de s’échapper d’un réacteur nucléaire. Il pose de sérieux problèmes par son aptitude à se fixer sur la glande thyroïde. Sa demi-vie est t1/2 = 8,0 j. Un individu est contaminé et son activité à cet instantt = 0 est notée A0. A représente l’activité de l’individu à un instant t.
3.1. Définir la demi-vie t1/2 d’un échantillon radioactif. 3.2. Tracer la courbe exprimant A/A0 en fonction de t, en choisissant les points d’abscisse t1 /2 , 2 t1 /2 , 3 t1 /2 , 4 t1 /2 ... 3.3. En utilisant la courbe tracée, déterminer le moment approximatif après l’irradiation où l’individu verra son activité diviséepar 20.

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B- Cinétique Chimique (2,5 pts) On étudie la décomposition chimique au cours du temps, en présence d’un catalyseur, d’une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène ou eau oxygénée, de concentration molaire effective [H2O2]0 = 9,0.10 – 2 mol.L–1 à t0 = 0 s, suivant la réaction : 2 H2O2 (aq) = O2 (g) + 2 H2O (l) Le peroxyde d’hydrogène se décompose à température ambiante....
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