Sujet Physique-Chimie — Terminale — Antilles-Guyane — Bac 2014

EXERCICE I. QUELLE TENEUR EN CUIVRE DANS UNE PIÈCE DE 5 CENTIMES D’EURO ? (5 points) La pièce de 5 centimes d’euro est composée d'un centre en acier (constitué essentiellement de fer et de carbone) entouré de cuivre. Elle a un diamètre de 21,25 mm, une épaisseur de 1,67 mm et une masse de 3,93 g. On cherche par une méthode spectrophotométrique à déterminer la teneur en cuivre d’une telle pièce. Le cuivre, de masse molaire 63,5 g.mol-1, est un métal qui peut être totalement oxydé en ions cuivre (II) par un oxydant puissant tel que l’acide nitrique selon la réaction d’équation : 3 Cu(s) + 8 H+(aq) + 2 NO -(aq)  3 Cu2+(aq) + 4 H O(l) + 2 NO(g) 3 2 Les ions cuivre (II) formés se retrouvent intégralement dissous en solution ; le monoxyde d’azote NO est un gaz peu soluble. En pratique, on dépose une pièce de 5 centimes dans un erlenmeyer de 100 mL, on place cet erlenmeyer sous la hotte et on met en fonctionnement la ventilation. Équipé de gants et de lunettes de protection, on verse dans l’erlenmeyer 20 mL d’une solution d’acide nitrique d’une concentration environ égale à 7 mol.L-1. La pièce est alors assez vite oxydée et on obtient une solution notée S . 1 On transfère intégralement cette solution S dans une fiole jaugée de 100 mL et on complète cette dernière 1 avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On obtient une solution S qui contient autant d’ions cuivre (II) 2 qu’il y avait d’atomes de cuivre dans la pièce de départ. La solution S contient également des ions 2 fer (III) provenant de la réaction entre l’acide nitrique et le fer contenu dans le centre en acier de la pièce. L’absorbance de la solution S à 800 nm est mesurée, elle vaut 0,575. 2 1. Étalonnage. 1.1. Déterminer, en argumentant votre réponse, les couleurs attendues pour une solution d’ions cuivre (II) et pour une solution d’ions fer (III). Pour quelle raison choisit-on de travailler à une longueur d’onde de 800 nm ? 1.2. On fait subir à différents échantillons de métal cuivre pur le même traitement que celui décrit ci-dessus pour la pièce. On obtient alors des solutions d’ions cuivre (II) dont on mesure l’absorbance à 800 nm. Montrer, en utilisant le document 2 et en complétant l’ANNEXE PAGE 12 À RENDRE AVEC LA COPIE, que