Exercice 3: Détermination de la concentration en dioxyde de soufre ...

Amérique du nord2007 Exercice 3 : Détermination de la concentration en
dioxyde de soufre de l'air
dans une grande agglomération (4 points) CORRECTION
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1. Étude du diagramme simplifié des niveaux d'énergie.

1.1 La molécule de dioxyde de soufre passe d'un état stable de plus
basse énergie E0 a un état d'énergie E1 appelé état excité pour lequel E1 >
E0.


1.2 L'état fondamental correspond à l'état de plus basse énergie. (on
place E0 « en bas »).
La molécule de SO2 étant dans l'état d'énergie E1 se désexcite et passe à
l'état d'énergie E2. Cela signifie que la molécule perd de l'énergie
lorsqu'elle passe de l'état E1 à l'état E2. Donc E1 > E2.

On a donc l'ordre suivant pour les niveaux d'énergie :
E0 < E2 < E1

2. Étude de la transition entre les états d'énergie E0 et E1.
2.1 Cette transition correspond à une absorption d'énergie car E1 >
E0.
2.2 Voir diagramme ci-dessus.

2.3 L'énergie correspondant à la transition est : ?E1 = E1 - E0 = h.
(1 = h.[pic]
Application numérique : ?E1 = 6,63×10-34 ( [pic]= 9,29 ( 10-19 J
Or 1 eV = 1,60×10-19 J donc ?E1 = 6,63×10-34 ( [pic]= 5,81
eV

3. Étude de la transition entre les états d'énergie E1 et E2.
3.1 Voir diagramme ci-dessus.

3.2 On a ?E2 = h.[pic] ( (2 = h.[pic]
En convertissant ?E2 en joules, il vient : (2 = 6,63×10-34 ( [pic]= 3,41 (
10-7 m = 341 nm
Cette radiation est bien dans le domaine de l'ultraviolet car (2 < 400 nm.

4. Détermination de la concentration en dioxyde de soufre dans l'air de la
grande agglomération.
4.1. La tension de sortie est proportionnelle à la
concentration en dioxyde de soufre :
U0 = k. [SO2]0 et U1 = k. [SO2]1 avec k coefficient de
proportionnalité.
On a [pic] soit [SO2]1 = [pic]
[SO2]1 =[pic] = 30 ppbv
4.2. 1 ppbv (partie par milliard en volume) = 2,66 ?g.m-3 pour le
dioxyde de soufre
Donc : [SO2]1 = 30 ppbv = 30 ( 2,66 = 80 µg.m-3
Comme [SO2]1 > 50 µg.m-3 l'air de la grande agglomération n'est pas
respirable sans danger.
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0

E en eV

E0

E2

E1

Etat fondamental stable

Etats excités

1

h(1

2

h(2