Sommaire

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Ouverture

p. 1-11

1. Constitution et transformations de la matière

Constitution de la matière à l'échelle microscopique et macroscopique

Ouverturep. 12-13

Testez le chapitre 100 % débloqué

Ch. 1

Composition chimique d'un système

Ch. 2

Composition chimique des solutions

Ch. 3

Évolution d'un système chimique

Ch. 4

Réactions d'oxydoréduction

Ch. 5

Détermination d'une quantité de matière par titrage

Livret Bac : Thème 1

Modélisation des transformations de la matière et transfert d'énergie

Ouverturep. 108-109

Ch. 6

De la structure à la polarité d'une entité

Ch. 7

Interpréter les propriétés d’une espèce chimique

Ch. 8

Structure des entités organiques

Ch. 9

Synthèse d'espèces chimiques organiques

Ch. 10

Conversions d'énergie au cours d'une combustion

Livret Bac : Thème 1 bis

2. Mouvement et interactions

Mouvement et interactions

Ouverturep. 212-213

Ch. 11

Modélisation d'interactions fondamentales

Ch. 12

Description d'un fluide au repos

Ch. 13

Mouvement d'un système

Livret Bac : Thème 2

3. L'énergie, conversions et transferts

L'énergie : conversions et transferts

Ouverturep. 276-277

Ch. 14

Études énergétiques en électricité

Ch. 15

Études énergétiques en mécanique

Livret Bac : Thème 3

4. Ondes et signaux

Ondes et signaux

Ouverturep. 318-319

Ch. 16

Ondes mécaniques

Ch. 17

Images et couleurs

Ch. 18

Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

Livret Bac : Thème 4

Méthode

Fiches méthode

Fiche méthode compétences

Annexes

Thème 1
Sujet bac corrigé

Azote liquide : attention danger !

Préparation aux épreuves de contrôle continu

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Énoncé

Le diazote est le constituant majoritaire de l'air. Refroidi en dessous de son point d'ébullition (

-

196 °C), il s'agit d'un liquide utilisé dans le domaine médical pour brûler des verrues ou conserver certains tissus organiques par exemple. Son utilisation exige de respecter certaines règles de sécurité. Un contact direct avec la peau provoque des brûlures et en milieu confiné, la législation exige le port d'un appareil de protection respiratoire si la concentration de l'air en dioxygène chute en deçà de 19 %. Toute évaporation accidentelle de diazote dans un lieu fermé exige une certaine vigilance car elle peut entraîner un abaissement du taux de dioxygène de l'air ambiant.

David travaille dans une pièce fermée (2,30 m de longueur, 2,80 m de profondeur et 2,50 m de hauteur sous plafond) avec 2,50 L de diazote liquide stockés dans un Dewar (récipient isolé). Il renverse le Dewar et le diazote liquide se répand sur le sol. David décide alors d'évacuer immédiatement la pièce puis d'avertir la sécurité.

Photographie: main gantée versant azote liquide fumant d'un Dewar bleu dans un bécher.

Azote liquide dans un Dewar.

1. Quelle transformation physique a lieu lorsque le diazote touche le sol (à 20 °C) ?

2. Quelle est la quantité de diazote initiale dans le Dewar ?

3. Calculer les quantités de matière du dioxygène et du diazote dans la pièce avant l'incident.

4. Compte tenu du volume de la pièce et de la modification de la teneur en dioxygène due à l'incident, le choix de David d'évacuer était-il judicieux ? Justifier.

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Analyse de l'énoncé

1. Identifier l'état physique initial et final.

2. Quel est le lien entre la quantité de matière et le volume d'un liquide ?

3. Quel est le pourcentage de dioxygène avec l'ajout de diazote dans la pièce ?

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Données

$M (N) = 14, 0$ g∙mol^-1 ;
$M (O) = 16, 0$ g·mol^-1 ;
Masse volumique :
$ρ (N_{2} liquide) = 0, 809$ kg·L^-1 ;

Volume molaire d'un gaz à 20 °C sous
$P_{atm}$ : $V_{m} = 24, 1$ L∙mol^-1 ;
Pourcentage du dioxygène dans l'air :
$21, 0$ % (en volume ou quantité de matière).

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Solution rédigée

1. Le diazote a une température d'ébullition de

-

196 °C donc à 20 °C il est à l'état gazeux et a subi une vaporisation.

2.

m (N_{2}) = V (N_{2}) \cdot ρ (N_{2} liquide) = 2, 50 \times 0, 809 = 2, 02

kg.
La quantité de matière de diazote est donc :

n (N_{2}) = \frac{m ( N _{2} )}{M ( N _{2} )} = \frac{2 , 02 \times 1 0 ^{3}}{2 \times 14 , 0} = 72, 2

mol.

3. Le volume de la pièce où travaille David est

V_{pi e ˋ ce} = l \cdot p \cdot h = 2, 30 \times 2, 80 \times 2, 50 = 16, 10

m³

= 16, 10 \times 1 0^{3}

L.
Ce volume contient 21,0 % de dioxygène soit

V (O_{2}) = 0, 210 \times 16, 10 = 3, 38

m³

= 3, 38 \times 1 0^{3}

L.

Donc la quantité de matière de dioxygène dans la pièce est :

n_{i} (O_{2}) = \frac{V ( O _{2} )}{V _{m}} = \frac{3 , 38 \times 1 0 ^{3}}{24 , 1} = 140

mol.
Pour le diazote

V (N_{2}) = 0, 780 \times 16, 10 = 12, 6

m³

= 12, 6 \times 1 0^{3}

L.

Soit une quantité de matière de diazote

n_{i} (N_{2}) = \frac{V ( N _{2} )}{V _{m}} = \frac{12 , 6 \times 1 0 ^{3}}{24 , 1} = 522

mol.

4. La quantité de diazote liquide vaporisée correspond à celle calculée en 2. :

n (N_{2} vaporis e ˊ) = 72, 2

mol. Le pourcentage de dioxygène devient donc :
%

(O_{2}) =

100 \frac{n ( O _{2} )}{n ( O _{2} ) + n _{i} ( N _{2} ) + n ( N _{2} vaporis e ˊ )} =

100 \times \frac{140 , 25}{140 + 522 + 72 , 2} = 19, 1

%.
David n'était pas obligé d'évacuer, il aurait pu se contenter d'aérer mais il a appliqué le principe de précaution.

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