Corrosion humide du fer.
Les
coques de nombreux bateaux sont fabriquées en acier (constitué
essentiellement de fer). Au contact de l’eau de mer, le fer peut être
oxydé par
le dioxygène dissous à l’interface air-eau salée. Les deux
couples oxydant/réducteur qui interviennent sont alors : Fe2+(aq)/Fe(s)
et O2(g)/H2O(l).
Écrire les deux
demi-équations d’oxydoréduction dans le sens où elles se produisent, en
supposant que le milieu est
acide. Pour chaque demi-équation, préciser
si elle traduit une oxydation ou une réduction.
Oxydation
du fer : Fe(s) = Fe2+aq + 2e-.
Réduction du dioxygène : ½O2(g)+
2H+aq
+2e-= H2O(l).
Écrire l’équation de
la réaction de corrosion.
Ajouter
les deux demi-équation puis simplifier :
½O2(g)+
2H+aq
+2e-
+ Fe(s)
= H2O(l)
+ Fe2+aq
+ 2e-.
½O2(g)+
2H+aq
+ Fe(s)
= H2O(l)
+ Fe2+aq
.
Protection par
anode " sacrificielle".
Afin
de protéger la coque du bateau (voir photo ci-dessus), un métal plus
réducteur que le fer, ici le zinc, est fixé en différents endroits de
la coque ou sur le
gouvernail.
Entre
l’eau de mer supposée acide, le fer et le zinc, il se forme une pile de
schéma
conventionnel :
- Zn(s)
|Zn2+aq H+aq
|H2(g)
| Fe (s) +.
Sur un schéma,
indiquer la polarité des électrodes puis le sens de circulation du
courant I ainsi
que celui de circulation des électrons.
L’eau
de mer contient en grande quantité du chlorure de sodium sous forme d’ions sodium Na+(aq)
et d’ions chlorure Cl –(aq).
Préciser vers quelle
électrode se
dirige chacun de ces ions.
Les cations positifs se déplacent dans le sens du courant.
Le fer
n’intervient pas dans la réaction à
l’électrode de fer.
En
utilisant le schéma conventionnel de la pile, montrer que
l’équation de la réaction est : Zn(s) + 2H+(aq)
= H2(g) + Zn2+(aq)
Oxydation
du zinc à l'anode négative : Zn(s) = Zn2+ aq
+ 2e-.
Réduction de H+aq à la cathode positive : 2 H+aq
+ 2e-
= H2(g).
Additionner puis simplifier : Zn(s)
+2 H+aq
+ 2e-
= Zn2+
aq + 2e-+H2(g).
Zn(s)
+2 H+aq = Zn2+
aq +H2(g).
On suppose
que le courant électrique
d’intensité I circulant dans le circuit extérieur
est constant.
Exprimer
la quantité
d’électricité Q échangée pendant la duré Dt.
Q = IDt.
Cette
quantité d’électricité a été transportée par ne moles
d’électrons.
Sachant
que la
quantité d’électricité transportée par une mole d’électrons
est le Faraday de
symbole F, exprimer
Q en fonction de ces deux grandeurs.
Q = ne F.
En déduire une
expression de la
quantité de matière d’électrons ne en fonction de I, Dt
et F.
ne =IDt / F
Donner la
relation
entre la quantité de matière de zinc nZn disparue et la quantité de matière
d’électrons qui circulent dans la pile.
Zn(s)
= Zn2+ aq + 2e-.
Les nombres stoechiométriques conduisent à : nZn = ½ne.
En
déduire alors l’expression de la quantité
de matière de zinc nZn qui disparaît en une durée Dt.
nZn
=IDt / (2F)
Après
avoir établi l’expression de la masse mZn de zinc disparue en
une durée Dt,
calculer sa valeur.
m
= nZn * MZn ; m = IDt MZn / (2F )
Données : I = 0,25 A ; F = 9,65.104
C.mol-1 ; MZn = 65,4 g.mol-1 et Dt
= 60 jours.
60 jours = 60*24*3600 s = 5,184 106 s et MZn
= 65,4 g.mol-1 = 0,0654 kg /mol.
m = 0,25 *5,184 106
*0,0654 / (2*9,65.104
) =0,44 kg.
On
jette l'ancre.
Arrivant
dans un port, le bateau jette l’ancre. Cela entraîne la formation
d’ondes quasi-circulaires semblables aux ondes formées sur une cuve à
ondes (voir photo
ci-dessous).
L’onde ainsi formée
peut-elle être qualifiée de longitudinale ou de transversale ?
Justifier la réponse.
L'onde
mécanique se déplace dans toutes les directions d'un plan horizontal ;
la déformation du milieu( l'eau) est verticale : l'onde est donc
transversale.
Le schéma
ci-dessous, à l’échelle 1/100,
représente la position du front de l’onde (début de la déformation de
l’eau) à
deux instants t1 et t2 tels que :
t2
– t1
= 3,0 s.
Associer à chaque
position du front de l’onde a et b l’instant t1 ou t2 correspondant.
Justifier.
L'onde se propage à partir de la source ( centre des cercles)
dans toutes les directions : le cercle ayant le plus petit rayon (
cercle b ) est atteint avant le cercle ayant le plus grand rayon (
cercle a).
b est atteint à la date t1 ; a est atteint à la
date t2.
Déterminer
la célérité v de l’onde.
Mesurer au double décimètre la différence entre les
deux rayons, ( exprimer cette longueur en mètre ) puis multiplier
par 100 pour tenir compte de l'échelle.
Distance mesurée 1,2 cm = 0,012 m ; distance réelle 0,012*100 = 1,2 m
Diviser cette distance réelle par la durée 3,0 s : v = 1,2/3,0 = 0,40 m/s.
|
|
On lève l'ancre.
.
On
remonte l’ancre et on la laisse s’égoutter au-dessus de l’eau avant le
la
monter sur le bateau. Au bout de quelques instants, les gouttes tombent
périodiquement
uniquement de la pointe de l’ancre. Pendant une durée Dt
= 30 s, il tombe environ n = 60 gouttes. Elles créent ainsi une onde
progressive périodique circulaire
autour du point de chute (voir photo ci-dessous).
Déterminer la
période T de l’onde progressive
périodique obtenue. En déduire sa fréquence f.
La période est la durée séparant la chute de deux gouttes consécutives.
En 30 s, il tombent 60 gouttes : 30 secondes correspond donc à 59
périodes.
T = 30/59 =0,5084 ~0,51 s.
La
fréquence est l'inverse de la période : f = 1/T = 1/0,5084 =1,97 ~ 2,0 Hz.
Sur le
document suivant sont schématisées les crêtes de
l’onde générée à l’échelle 1/8.
Déterminer
la longueur d’onde l de l’onde formée
avec la plus grande précision possible.
Tenir compte de l'échelle 1/8 : 0,038*8 =0,304 m.
Puis diviser par 6 : l =
0,304/6 = 5,07 10-2 m ~ 5,1 cm.
En
déduire la célérité v’ de l’onde.
v' = l f =5,07 10-2*1,97
=9,98 10-2 ~ 0,10 m/s.
|
L’onde
atteint le ponton dans lequel existent
différentes fentes. Représenter sur le
document, la forme de plusieurs crêtes de l’onde après
son passage par les fentes 1 et 2. Justifier
précisément chaque réponse.
Une
fente provoque la diffraction si sa largeur est du même ordre de
grandeur que la longueur d'onde. C'est le cas de la fente n°2.
La fente n°1 est beaucoup trop large ( par rapport à la longueur
d'onde : cette fente joue le rôle de diaphragme.
D’autres ondes
rôdent autour du bateau.
Port
de plaisance rime avec bruits de câbles sur les mâts et Soleil. Répondre par VRAI ou FAUX sans justification à
toutes les propositions suivantes
Attention :
toute mauvaise réponse retire des points.
Le son est
une
onde :
a –mécanique
vrai
b – transversale
Faux
c –
longitudinale vrai
La lumière
du Soleil
est une onde :
a
–mécanique Faux
b – monochromatique Faux
c – qui se
propage
moins vite dans l’eau que dans l’air (indice moyen de réfraction de
l’eau : n = 1,3) vrai
Un
faisceau de
lumière visible se diffracte quand il arrive sur :
a – une
fente de largeur 1 cm Faux
b – un
fil de diamètre 1 mm vrai
c – un
dioptre air/eau (plan séparant l’air et l’eau) Faux
