ds nucleaire solvationcor

DEVOIR THEME COMPRENDRE / LOIS ET MODELES 1S RADIOACTIVITE ET TRANSFORMATIONS NUCLEAIRES ET SOLUTIONS ET SOLVATATION NOM : .................................. I.
PRENOM :
.............................. CLASSE :.......................... DATE : ...................................... LE REACTEUR NUCLEAIRE ITER La fusion étudiée dans le réacteur international expérimental ITER à Cadarache (Bouches du Rhône) met en jeu les deux isotopes minoritaires de l'hydrogène. Un noyau de deutérium ( ) et un noyau de tritium ( ) fusionnent pour donner un noyau d'hélium He (Z=2), tout en éjectant un neutron. Données : Noyau ou particule 1)
Masse (u) -‐27
1 u = 1,660 54 x 10 kg ; 2,013 55 3,015 50 8
-‐1 c = 2,997 924 58 x 10 m.s ; 3,014 93 4,001 51 1,008 66 -‐19
1 eV = 1,602 18 x 10 J Écrire l'équation de cette fusion nucléaire. 2
1
2)
/2 H+13H →24 He+ 01n La température du milieu (appelé plasma) doit être de l'ordre de 100 millions de degrés. Pourquoi une température si élevée est-‐elle nécessaire ? Cette température est nécessaire pour que l’agitation /1 thermique soit suffisamment énergétique pour vaincre l’interaction électrique répulsive qui s’exerce €chargé positivement entre ces deux noyaux qui sont 3)
Énergie libérée : a.
Montrer que l'énergie libérée au cours de cette réaction de fusion nucléaire est de 17,6 MeV. Veiller avant d’effectuer les applications numériques de faire les conversions nécessaires en unité SI dans notre cas : exprimer les masses en kg ; 2
E libérée = Δm .c
(
) (
)
2
2
E libérée = m produits − mréactif .c ........soit.......... E libérée = m 24 He + m 01 n − m 12 H + m 13 H .c
−27
E libérée = [(4,0015 +1,00866) − (2,01355 + 3,01550)] × 1,66054.10 × (2,99792458)
E libérée = 2,820.10
−12
2
/4 J
conversion en eV puis en MeV : €
E libérée =
2,820.10 −12
1,60218.10 −19
7
E libérée = 1,759.10 eV = 17,59MeV = 17,59MeV ≈ 17,6MeV
€
ce qui est bien au dixième près la valeur attendue b.
Calculer l'énergie libérée par nucléon de matière participant à la réaction. 2+3= 5 nucléons participent à la réaction de fusion E libérée 17,6
=
n
5 = 3,52MeV
E / nucléons =
E / nucléons
À la différence du deutérium, le tritium est radioactif β–, de demie-‐vie 12,3 ans. 90% des déchets radioactifs générés par la fusion sont de faible ou moyenne activité. a.
Écrire l'équation de sa désintégration et le nom de la particule β– émise €
3
3
0
1 H →2 H+ −1 e + ν b.
Citer les deux autres types de désintégration ainsi que le nom et le symbole des particules émises. -‐ β+ : la particule émise est un positron 01 e €
-‐ α : la particule émise est un noyau d’hélium 24 He c.
Que signifie dans le texte : « de demi-‐vie 12,3 ans » ? La demi-‐vie de 12,3 ans signifie que tout les 12,3 ans le nombre de noyaux radioactifs (ou l’activité) €
de l’échantillon est divisée par 2 €utilisent l'énergie libérée par des réactions de fission de 5)
Actuellement, les centrales nucléaires l'uranium 235, qui constitue le « combustible nucléaire ». Certains produits de fission sont des noyaux radioactifs à forte activité et dont la demi-‐vie peut être très longue Une équation de réaction possible est : +
→
+
+ 3 a.
Écrire , en la complétant, l'équation de réaction. 1
235
139
94
1
0 n+ 92 H →54 Xe+ 38 Sr +30 n /1 4)
/2 /2 /2 /2 b.
Quelles sont les deux lois de conservation utilisées ? Pour le numéro atomique x de Xe : Conservation de la charge : 0+92=x+38+3x0 è x= 54 Pour ne nombre de nucléons y de Sr : Conservation du nombre de nucléons : 1+235= 139+y+3x1èy = 94 c.
L'énergie libérée lors de chaque fission est de 180,0 MeV. Calculer l'énergie libérée par nucléon de matière participant à la réaction. Il y a n’ = 235+1 = 243 nucléons qui participent à la réaction /2 /1 E'libérée 180,0
=
n'
236
E'/ nucléon = 0,763MeV
l’énergie libérée par nucléon au cours de la fission nucléaire E'/ nucléon =
6)
’ Conclure en indiquant le ou les avantages que présenterait l'utilisation de la fusion nucléaire par rapport à la fission pour la production d’électricité dans l€es centrales nucléaires. ....................................... les avantages que présenterait l’utilisation de la fusion nucléaire par rapport à la fission/ -‐ une quantité d’énergie par nucléon beaucoup plus importante /2 -‐ une gestion des déchets moins problématique car les déchets ont des activités plus faibles et des période plus courte -‐ des ressources en matière première (isotope de l’hydrogène) beaucoup plus importante II. PREPARATION D’UNE SOLUTION PAR DISSOLUTION D’UN SOLIDE IONIQUE 7)
On souhaite préparer une solution aqueuse à partir du solide ionique chlorure de fer III : FeCℓ3. a.
Quel est le nom des trois étapes de la dissolution d'un solide ionique dans l'eau La dissolution d’un composé ionique dans l’eau s’effectue en trois étapes -‐ 1/ destruction du cristal ionique du solide par les molécules d’eau -‐ 2/ hydratation (solvatation) des ions -‐ 3/ dispersion du soluté dans tous le volume du solvant b.
Que signifie l'expression : « les ions sont hydratés » cela signifie que les ions sont entourés par un certains nombre de molécules d’eau. La polarisation de la molécule d’eau présente sa « partie » partiellement négative (atome d’oxygène) en direction des cation et inversement pour les anions 8)
Écrire l'équation de dissolution de ce solide ionique. eau
FeCl3(s) ⎯⎯
→ Fe 3+(aq ) + 3Cl −(aq ) 9)
État système Avancement (mol) Initial x = 0 Final xmax 1)
€
€
€
/2 eau
FeCl3(s) ⎯⎯
→ Fe 3+(aq )
+
3Cl −(aq ) /2 Quantité de matière (en mol) €
€
n s 0 n s − x max x max €
0 3x max Montrer que [Cℓ-‐(aq)] = 3c(s) avec [Cℓ-‐(aq)] : concentration réelle en ions chlorure et c(s) : €
concentration en soluté apporté. [Cl − ] =
€
/1 Compléter de manière littérale le tableau d'évolution ci-‐dessous : la quantité initiale de chlorure de fer (III) sera notée n(s). La solution est supposée non saturée. Équation de la réaction €
/1,5 n(Cl − ) final 3x max
€ =
V
V
€
€
la solution obtenue n’est pas saturée ce qui signifie que tout le solide a disparu n s − x max = 0 x max = n s [Cl ] =
−
3n s
V
or la concentration en soluté apporté est donnée par /2 Cs =
soit ns
V
ns
[Cl ] = 3 V
−
€
2)
€
= 3Cs On souhaite préparer 200 mL d’une solution aqueuse de concentration réelle en ions chlorure égale à 1,50 x 10-‐2 mol.L-‐1 à partir de chlorure de fer (III) de masse molaire égale à 270 g.mol-‐1. Calculer la masse de soluté à peser pour réaliser cette solution. ms = Cms × V
Cms = M(FeCl3 ).Cs
Cs
[Cl ]
=
ms
[Cl ] × V
= M(FeCl ) ×
−
3
ms = M(FeCl3 ) × Cs × V
−
3
3
application numérique Cl − = 1,50mol.L−1 [ ]
V = 200.10 −3 L M(FeCl3 ) = 270g.mol −1 150.10 −3
ms = 270 ×
× 200.10 −3 3
ms = 270.10 −3 g
€
€
€
€
€
€
ms = 27,0mg
/2

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