Exercice I: Lumière et matière (7 points)

Bac S Amérique du sud 2010 CORRECTION ©
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EXERCICE I : LUMIÈRE ET MATIÈRE (7 points)
PARTIE A : DIFFRACTION DES ONDES LUMINEUSES 1. Le domaine des longueurs d'onde dans le vide associé aux radiations
visibles est compris entre 400 et 800 nm. 2. Une onde lumineuse ne nécessite pas de milieu matériel pour se propager
(elle se propage dans le vide) ; ce n'est pas une onde mécanique mais une
onde électromagnétique. 3. [pic] c en m.s-1 T en s ( en m
4. [pic]
[pic] = 1,37×10-15 s
5. [pic] ? en rad, ( en m et a en m
6. D'après la figure du schéma du montage expérimental tan ( = ( = [pic]
soit [pic]
7. [pic] et [pic] on a donc [pic] 8. [pic] [pic] = 1,6×10(4 m = 0,16 mm [pic] = 1,6×10(3 m = 1,6 mm
9. Application la spectrophotométrie :
Plus la fente est fine et plus la largeur de la tâche centrale est
importante. On peut penser que la lumière n'est alors plus assez concentrée
sur la cuve contenant la solution.
(Remarques bienvenues par email labolycee@labolycee.org)
PARTIE B : DOSAGE DES IONS NICKEL II PAR SPECTROPHOTOMÉTRIE
1. Solution mère Solution fille
C0 = 5,0 × 10-1 mol.L-1 C1 = 3,0 × 10-2 mol.L-1
V0 = ? V1 = 50,0 mL
Afin de préparer la solution fille, on va effectuer une dilution. Au cours
d'une dilution la quantité de matière en chlorure de nickel (II) se
conserve : n0 = n1
C0.V0 = C1.V1
soit V0 = [pic]
V0 = [pic] = 3,0 mL
2. Pour effectuer une dilution il faut de préférence de la verrerie jaugée.
On prépare la solution diluée dans une fiole jaugée de 50,0 mL. Pour
prélever 3,0 mL on utilise une pipette graduée de 5,0 mL.
3.
(Échelle non
respectée) 4. On obtient une droite passant par l'origine O (0 ; 0) et le point M
(0,60 ; 0,12) de coefficient directeur a = [pic] = 5,0 L.mol-1
On obtient A = 5,0. CNi.
5. CNi = A / 5,0
CNi = 0,50 / 5,0 = 0,10 mol.L-1
6. Vérification graphique de CNi , voir ci-dessus. PARTIE C : DIAGRAMME D'ÉNERGIE DE L'ATOME D'HYDROGÈNE 1. L'énergie du niveau fondamental correspond au niveau de plus basse
énergie, soit n =1 :
E1 = -13,6 eV 2. Il faut fournir une énergie de 13,6 eV pour ioniser l'atome d'hydrogène,
c'est-à-dire l'amener au niveau n(.
3.1. Les quatre transitions de la série de Balmer sont représentées ci
contre :
n= 6 ( n = 2
n = 5 ( n = 2
n = 4 ( n = 2
n = 3 ( n = 2 3.2. La transition électronique de n = 6 à n = 2 libère une énergie (E = E2
- E6 ; ce qui correspond à l'émission d'un photon d'énergie |(E| = h.( =
[pic]
On obtient alors ( = [pic]
( = [pic] = 4,11×10-7 m = 411 nm
3.3. La lampe à vapeur d'hydrogène est utilisable comme source de lumière
pour analyser l'absorbance des solutions de chlorure de nickel (II) car
elle émet de la lumière contenant une radiation à 411 nm.
3.4. Une lampe à vapeur d'hydrogène présente un spectre discontinu (=
spectre de raies) or si on veut tracer le spectre d'absorption il faut une
lumière dont le spectre est continu. Donc une lampe à vapeur d'hydrogène
n'est pas utilisable dans un spectrophotomètre.
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M E (eV) n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6 n = ? 0 ( 0,37 ( 0,54 ( 0,85 ( 1,51 ( 3,39 ( 13,6 Document 1
O CNi = 0,10 mol.L-1 A = ??????????????????????????N?????????????????????????????????????????????????
?