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1. Constitution et transformations de la matière
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
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
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
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Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
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Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
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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.
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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 ?
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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- M(\mathrm{N})= 14\text{,}0 g∙mol-1 ;
- M(\text{O})=16\text{,}0 g·mol-1 ;
- Masse volumique :
\rho (\text{N}_{2} \: \text{liquide}) = 0\text{,}809 kg·L-1 ;
- Volume molaire d'un gaz à 20 °C sous
P_{\mathrm{atm}} : V_{\text{m}}= 24\text{,}1 L∙mol-1 ; - Pourcentage du dioxygène dans l'air :
21\text{,}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(\mathrm{N}_{2})=V(\mathrm{N}_{2}) \cdot \rho(\mathrm{N}_{2} \text { liquide})=2\text{,}50 \times 0\text{,}809=2\text{,}02 kg.
La quantité de matière de diazote est donc :
n(\mathrm{N}_{2})=\dfrac{m(\mathrm{N}_{2})}{M(\mathrm{N}_{2})}=\dfrac{2\text{,}02 \times 10^{3}}{2 \times 14\text{,}0}=72\text{,}2 mol.
3. Le volume de la pièce où travaille David est V_{\text {pièce}}=l \cdot p \cdot h=2\text{,}30 \times 2\text{,}80 \times 2\text{,}50=16\text{,}10 m3 =16\text{,}10 \times 10^{3} L.
Ce volume contient 21,0 % de dioxygène soit V(\text{O}_{2})=0\text{,}210 \times 16\text{,}10=3\text{,}38 m3 =3\text{,}38 \times 10^{3} L.
Donc la quantité de matière de dioxygène dans la pièce est :
n_{\mathrm{i}}(\mathrm{O}_{2})=\dfrac{V(\mathrm{O}_{2})}{V_{\mathrm{m}}}=\dfrac{3\text{,}38 \times 10^{3}}{24\text{,}1}=140 mol.
Pour le diazote V(\mathrm{N}_{2})=0\text{,}780 \times 16\text{,}10=12\text{,}6 m3 =12\text{,}6 \times 10^{3} L.
Soit une quantité de matière de diazote n_{\mathrm{i}}(\mathrm{N}_{2})=\dfrac{V(\mathrm{N}_{2})}{V_{\mathrm{m}}}=\dfrac{12\text{,}6 \times 10^{3}}{24\text{,}1}=522 mol.
4. La quantité de diazote liquide vaporisée correspond à celle calculée en 2. : n(\mathrm{N}_{2} \text { vaporisé})=72\text{,}2 mol. Le pourcentage de dioxygène devient donc :
%(\mathrm{O}_{2})= 100 \dfrac{n(\mathrm{O}_{2})}{n(\mathrm{O}_{2})+n_{\mathrm{i}}(\mathrm{N}_{2})+n(\mathrm{N}_{2} \text { vaporisé})}= 100 \times \dfrac{140\text{,}25}{140+522+72\text{,}2}=19\text{,}1 %.
David n'était pas obligé d'évacuer, il aurait pu se contenter d'aérer mais il a appliqué le principe de précaution.
2. m(\mathrm{N}_{2})=V(\mathrm{N}_{2}) \cdot \rho(\mathrm{N}_{2} \text { liquide})=2\text{,}50 \times 0\text{,}809=2\text{,}02 kg.
La quantité de matière de diazote est donc :
n(\mathrm{N}_{2})=\dfrac{m(\mathrm{N}_{2})}{M(\mathrm{N}_{2})}=\dfrac{2\text{,}02 \times 10^{3}}{2 \times 14\text{,}0}=72\text{,}2 mol.
3. Le volume de la pièce où travaille David est V_{\text {pièce}}=l \cdot p \cdot h=2\text{,}30 \times 2\text{,}80 \times 2\text{,}50=16\text{,}10 m3 =16\text{,}10 \times 10^{3} L.
Ce volume contient 21,0 % de dioxygène soit V(\text{O}_{2})=0\text{,}210 \times 16\text{,}10=3\text{,}38 m3 =3\text{,}38 \times 10^{3} L.
Donc la quantité de matière de dioxygène dans la pièce est :
n_{\mathrm{i}}(\mathrm{O}_{2})=\dfrac{V(\mathrm{O}_{2})}{V_{\mathrm{m}}}=\dfrac{3\text{,}38 \times 10^{3}}{24\text{,}1}=140 mol.
Pour le diazote V(\mathrm{N}_{2})=0\text{,}780 \times 16\text{,}10=12\text{,}6 m3 =12\text{,}6 \times 10^{3} L.
Soit une quantité de matière de diazote n_{\mathrm{i}}(\mathrm{N}_{2})=\dfrac{V(\mathrm{N}_{2})}{V_{\mathrm{m}}}=\dfrac{12\text{,}6 \times 10^{3}}{24\text{,}1}=522 mol.
4. La quantité de diazote liquide vaporisée correspond à celle calculée en 2. : n(\mathrm{N}_{2} \text { vaporisé})=72\text{,}2 mol. Le pourcentage de dioxygène devient donc :
%(\mathrm{O}_{2})= 100 \dfrac{n(\mathrm{O}_{2})}{n(\mathrm{O}_{2})+n_{\mathrm{i}}(\mathrm{N}_{2})+n(\mathrm{N}_{2} \text { vaporisé})}= 100 \times \dfrac{140\text{,}25}{140+522+72\text{,}2}=19\text{,}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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