Circuit RLC EFOM 2010

Circuit RLC série

QCM Vrai/Faux : 

A- Lors de la décharge du condensateur, la tension à ces bornes est le siège d'oscillations électriques libres amorties.
B-  le phénomène d'amortissement des oscillations est d'autant plus important que la valeur de R est petite. 
C- lorsque R = 0, le régime des oscillations est apériodique.
D-On met en place un dispositif d'entretien des oscillations. Ce dernier permet d'obtenir des générateurs de tensions sinusoïdale de période précise.
F- L'amplitude des oscillations de l'intensité i(t) dépend seulement de la valeur de L.

A. q_A = CU_AB .
B. q_B = -CU_BA .  

C.





D. i = -dq_B/dt.
F-Lorsque l'on ferme l'interrupteur, l'éclairement de la lampe augmente progressivement et atteint une valeur maximale. 


correction fixe
correction chimix

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dipôle RL

AP-HP 2010
Dipole RL.
On réalise le circuit ci-après, comprenant un générateur  idéal G de signaux triangulaires, un dipôle ohmique de résistance R = 1000 ohms et une bobine idéale d'inductance L.
On visualise la tension U_BM en fonction du temps.

Pour 0 <5 ms, la tension U_AM admet comme valeur -0,2 V.
QCM : 
A. La tension aux bornes de la résistance R a pour expression U_BM = Ri.
B. La tension aux bornes de la bobine a pour expression U_AM = L i.
C. L'inductance de la bobine vaut L = 0,2 H.
D. Sur 5 ms < t<7,5 ms, U_AM = +0,4 V.

correction fixe 
correction chimix

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RLC Berck 2010

On réalise le circuit ci-dessus, composé :





- d'un condensateur de capacité C =2,00 µF ;

- d'une bobine d'inductance L = 250 mH et de résistance négligeable ;

- d'un conducteur ohmique de résistance R variable ;

 - d'un générateur idéal de tension de fem E = 25,0 V

- d'un interrupteur K à deux positions ;

- d'un capteur voltmètre relié à un ordinateur.

Etape n°1 : l'interrupteur K est en position 1 pendant le temps nécessaire pour que le condensateur se charge complètement.

Etape n°2 : on bascule l'interupteur K en position 2. Le circuit est le siège d'oscillations libres amorties.

Le capteur voltmètre permet d'enregistrer les variations de la tension u_C aux bornes du condensateur en fonction du temps.

On notera T la pseudo-période des oscillations électriques amorties.

Onadmettra que la résistance R est suffisamment faible pour que l'onpuisse confondre la pseudo-période T et la période propre T₀ des oscillations du circuit LC correspondant.

A la date t=T, la tension aux bornes du condensateur vaut u_C(T) = 19,7 V.

 
Quelques formules permettant de caractériser un régime pseudo-périodique  :

On montre que pour des dates t =kT ( avec k entier ):
la tension u_C se calcule par la relation : u_C(kT) = E exp(-kRT / (2L))
On définit le décrément logarithmique par la relation  : d = ln u_C(kT) / ln u_C((k+1)T)
Le facteur de qualité d'un régime pseudo-périodique se calcule par la relation : Q  = 2pi / d.

Questions :  
-Calculer la valeur de la pseudo-période T ( en ms).

-Déterminer la résistance R du conducteur ohmique.

-Calculer l'énergie perdue par effet Joule ( en µJ) au bout des 5 premières périodes.

-Calculer le facteur de qualité Q₀ ( sans unité ) du circuit.

-Quelle doit être la valeur de R ( en ohms)?

correction Chimix 
correction fixe

Diagramme des niveaux d'énergie d'un atome : Assas 2010.

On cherche à reconstituer le diagramme de quelques niveaux d'énergie d'un atome X.
On notera 1 le niveau d'énergie fondamental de cet atome.
 Questions :
-Quelle est l'expression de la longueur d'onde l associée à un photon d'énergie E.
-Calculer la valeur de la constante hc en eV nm.
-Quelle est l'expression littérale de DE32, la différence d'énergie entre les niveaux 2 et 3 ?
-Quelle est sa valeur en eV ?
-Quelle est la longueur d'onde l32 correspondant à la transition électronique 3----›2 ?
-Calculer les valeurs des énergies des trois premiers niveaux énergétiques de X.


Correction Chimix
Correction permanente

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Radioactivité APHP 2010

AP-HP 2010Radioactivité

On considère la filiation radioactive :

⁹⁹₄₂Mo ------›⁹⁹₄₃Tc*  ------›⁹⁹₄₃Tc.
Un échantillon radioactif de technecium ⁹⁹₄₃Tc* admet une masse m₀ =0,99 µg à la date initiale.
La constante radioactive du nucléide ⁹⁹₄₃Tc* est l = 1,4 10^-6 s^-1.
La désintégration du noyau ⁹⁹₄₃Tc* libère une énergie de 0,2 MeV.
1eV ~1,6 10^-19 J ; ln2 = 0,7 ; N_A~6 10²³ mol^-1 ; 5/(24*36) ~ 6 10^-3.

QCM :
A. L'équation de la transformation du molybdène 99 s'écrit : ⁹⁹₄₂Mo ------›⁹⁹₄₃Tc* + ⁰_-1e+ g. 

B. Le type de radioactivité du technécium ⁹⁹₄₃Tc* est du type ß^-. 

C. La masse totale de nucléide ⁹⁹₄₃Tc* au bout de 24 jours est de 0,25 µg. 

D. L'énergie libérée au bout de 12 jours est de 144 J. 

correction Chimix

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Radioactivité EFOM 2010

Fusion nucléaire deutérium tritium.
On donne les énergies de liaison en MeV par nucléons : 
neutron : 0 ; deutérium  : 1,10 ; tritium : 2,80 ; hélium 4 : 7,10.
La réaction libère :
A- 28,4 MeV. 
B-  17,8 MeV.
C- 10,6 MeV.
D- Cette réaction ne peut se faire qu'après impact d'un neutron sur le tritium. 
E- Cette réaction libère 50 fois plus d'énergie que la fission d'un noyau d'uranium 235. 


Emission de photons.
Un atome émet une radiation de fréquence n lorsqu'il connaît une transition des niveaux d'énergie 3 à 1. 
Ce même atome émet une radiation de fréquence n' lorsqu'il passe du premier état excité au niveau fondamental.
La fréquence de la radiation émise lorsque l'atome passe du niveau d'énergie 3 au niveau d'énergie 2 vaut :
A- n-n'. 
B-  ½(n+n').
C-  ½(n-n'). 
D- n+n'. 
E- autre réponse. 

Famille radioactive.
le plomb ²⁰⁶₈₂Pb est le noyau stable que l'on obtient après une suite de plusieurs désintégrations dont le noyau père est l'uranium ²³⁸₉₂U. 

Les désintégrations sont du type a ou ß. 

Combien en faut-il pour obtenir le plomb 206 ?
A- 10 désintégrations a et 8 désintégrations ß^-. 
B-  8 désintégrations a et 8 désintégrations ß^-.
C-8 désintégrations a et 6 désintégrations ß^-.
D- 8 désintégrations a et 10 désintégrations ß^-.
E- 6 désintégrations a et 10 désintégrations ß^-. 

L'atome d'hydrogène. E_n = -E₀/n².

A- La fréquence d'un photon émis ou absorbé par un atome est reliée aux énergie E_n et E_p de l'atome par la relation de Bohr : DE = |E_p-E_n| = h n = hl/c.  

B- L'énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène est l'énergie minimale qu'il faut fournir à l'atome dans son état fondamental pour arracher l'électron, soit 13,6 eV. 

C- Si l'atome d'hydrogène passe du niveau d'énergie n=5 au niveau n=3 alors la longueur d'onde du photon émis est de l'ordre du micromètre.

D- La radiation émise appartient au domaine de l'infrarouge. 
E- La fréquence du photon absorbé lors de la transition du niveau 3 au niveau 5 est différente  de la fréquence du photon émis lors de la transition inverse.


Courbe d'Aston .
Voici 4 nucléides inconnus X₁, X₂, X₃, X₄ présentés sur la courbe d'Aston :

A- X₁ est plus stable que X₂. 
B- X₂ pourrait être un produit de fission de X₁.
C-  X₃ pourrait être un produit de fission de X₄.
D- L'axe des ordonnées représente l'énergie d'activation.
E- l'axe des ordonnées s'exprime en MeV/nucléon. 

Le produit h c. 
h est la constante de Plank et c la célérité de la lumière dans le vide.
Le produit hc est exprimé en eV nm et il vaut environ :  

10⁰ ; 

10 ;  

10³ ; 

10^-25 ; 

10^-19.



correction fixe
correction chimix

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acide bromoéthanoïque, thiosulfate, alcools, étamage, méthanal :Berck 2010.

1)
Acide bromoéthanoïque . couple acide /base : C2H3BrO2 /C2H3BrO2-.
On disout m =1,2 g de cet acide dans V = 500 mL d'eau distillée.
Le pH de la solution estégal à pH =2,3.
Question : Calculer le pKa de ce couple acide base. (2,4 ; 2,7 ; 3,1 ; 4,8 ; 9,2 ; aucune réponse exacte )

réponses possibles : 
2,4 
2,7 
3,1 
4,8 
9,2 
aucune réponse exacte

2)
acide chlorhydrique et thiosulfate de sodium.
On mélange V1 = 45 mL d'une solution aqueuse de thiosulfate de sodium de concentration en soluté apporté c1 = 0,13 mol/L
et un volume V2 = 5,0 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration c2 =0,10 mol/L.
La transformation est lente et on observe la formation d'un précipité jaune qui trouble peu à peu la solution. Dans cette transformation, appelée dismutation, l'ion thiosulfate réagit avec lui même.
Couple oxydant / réducteur : S2O32-aq / S (s) ; SO2aq / S2O32-aq.
Question : Calculer le quotient de cette réaction quand le pH devient égal à 2,8.
réponses possibles :
1,5 104
2,5 104
1,5 105
2,5 105
5,5 105
aucune réponse exacte



3)
Solubilité du chlorure de plomb.
On dissout m0 = 1,00 g de chlorure de plomb dans V = 500 mL d'eau distillée.
le solide n'est pas entièrement dissout et on note m la masse de solide non dissous.
On mesure la conductivité de la solution s = 1,11 mS cm-1.
lPb2+ = 14,0 mS m2 mol-1 ;
lCl- = 7,63 mS m2 mol-1 ;
Question : Calculer m ( en mg).
réponses possibles :
252
312
370
412
472
aucune réponse exacte


4)
Alcools saturés non cycliques de formule brute C5H12O.
Question :
Parmi les affirmations suivantes, combien y en a t-il d'exactes ?
- Il existe 8 alcools isomères correspondants à cette formule brute.
- le 2-méthylbutan-1-ol est l'un de ces isomères.
- Il y a 5 isomères qui sont des alcools secondaires.
- l'alcool tertiaire a pour nom 2,2-diméthylpropan-1-ol.
- 7 isomères peuvent subir une oxydation ménagée.

5)
Etamage.
C'est une opération qui consiste à déposer une couche d'étain sur une pièce métallique.
On souhaite déposer une couche d'étain d'épaisseur 85 µm sur toute la surface d'un cube d'acier de 4,0 cm de côté.
L'anode est constituée d'un morceau d'étain pur, la cathode est formée par le cube d'acier.
Les deux électrodes sont immergées dans une solution de sulfate d'étain (II).
l'intensité est constante I = 5,8 A.
Masse volumique de l'étain r = 7,31 g/cm3 ;
1F = 96500 C mol-1.
Question : Calculer la durée en minutes nécessaire pour réaliser l'étamage du cube d'acier.
réponses possibles :
12
18
22
28
32
aucune réponse exacte

6)
Méthanal.
On dispose d'une solution aqueuse commerciale de méthanal notée S0. On souhaite vérifier le pourcentage massique en méthanal pur de cette solution.

On suit le protocole suivant :

Etape n°1 : détermination de la densité de la solution commerciale.
On pèse une fiole jaugée vide de 100 mL sur une balance électronique, on trouve une masse m0 =61,4 g.
On remplit cette fiole jaugée de la solution S0 jusqu'au trait de jauge et on la pèse,
on trouve une masse m1 =170,4 g.
Question : Calculer la densité d de la solution commerciale.

Etape n°2 : dilution de la solution commerciale.
On verse le contenu de la fiole jaugée de 100 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL
On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, on bouche et on homogénéise la solution.
Cette solution diluée est notée S1

Etape n°3 : préparation du mélange réactionnel.
Dans un becher de 250 ml, on introduit 20,0 mL de solution S1 puis 10,0 mL d'une solution d'eau oxygénée à 35 % et enfin 30,0 mL d'une solution d'hydroxyde de potassium ( K+aq + HO-aq) de concentration en soluté apporté c2 =1,00 mol/L.
On place le becher pendant 15 min au bain-marie.
On modélise la transformation chimique qui a lieu par l'équation suivante :
2HCHO aq+H2O2(l) +2HO-aq = 2HCOO-aq +H2(g) + 2H2O(l).(1)

Question : Calculer le titre en volume de l'eau oxygénée.

Etape n°4 : titrage des ions hydroxyde en excès..
On laisse refroidir le mélange réactionnel. On dose les ions hydroxyde en excès par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration cA =1,00 mol/L. Volume d'acide versé à l'équivalence VA = 7,8 mL.
Ecrire l'équation chimique support du dosage.
Titrage acide fort base forte : HO-aq + H3O+aq = 2H2O(l).

Question : Calculer la quantité de matière n0 de méthanal contenu initialement dans 20,0 mL de S1.
Question : En déduire le pourcentage massique de méthanal pur dans la solution commerciale.
Question :Calculer la quantité de matière de peroxyde d'hydrogène ( en mmol) restant .



correction permanente

Chimix

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oxydoreduction, electrolyse, saponification Assas 2010

Le zinc
On donne : Fe²⁺aq + Zn(s) = Zn²⁺aq + Fe(s) (1) ; constante d'équilibre K₁ = 1,40 10¹¹ à 25°C.
On dispose :
- d'une solution aqueuse S₁ de sulfate de fer (II) de concentration en soluté apporté 5,00 10^-2 mol/L
- d'une solution aqueuse S₂ de sulfate de zinc (II) de concentration en soluté apporté 2,00 10^-1 mol/L.
Toutes les expériences se déroulent à 25°C. On ne prendra en compte que les couples oxydant / réducteur suivants : Fe²⁺aq/Fe(s) ; Zn²⁺aq / Zn (s) et H⁺aq / H₂(g).
Expérience 1 :
A l'instant t=0, on mélange, dans un grand becher, 200 mL de solution S₁, 100 mL de solution S₂, 5,56 g de fer et 6,54 g de zinc, puis on agite. On étudie la transformation de ce système chimique modélisée par l'équation (1).

Questions : 

1)Ecrire les demi-équations électroniques intervenant dans la réaction (1) et donner la nature de chacune des demi-réactions qui se produisent.

2)Déterminer les quantités de matière d'ion fer(II) et d'ion zinc (II) initiales.

3)Calculer le quotient de réaction associé à l'équation (1) dans l'état initial.

4)Quel est le sens d'évolution spontané du système chimique étudié.

5)Construire le tableau descriptif du système étudié et déterminer les quantités de matière des espèces présentes à l'état final.


Expérience 2 :
On réalise le montage d'électrolyse schématisé ci-après. La solution électrolysée est une solution aqueuse de sulfate de zinc (II).

Lorsque le circuit est fermé, on observe sur l'électrode de fer la formation d'un dépôt métallique et un dégagement de dihydrogène.
Questions :

1)Ecrire les demi-équations électroniques se produisant à l'électrode de fer.

2)Quel est l'intérêt pratique de ce dépôt métallique sur le fer ?

3)Comment évolue la masse de l'électrode de zinc ?
Zn(s) = Zn²⁺aq + 2e^-.
4)Comment appelle t-on une telle électrolyse ?

SAPONIFICATION
Comment ôter une tache de beurre ?

L'acide butanoïque ou acide butyrique, noté A est un acide carboxylique de formule semi-développée CH₃-CH₂-CH₂-COOH.

Questions : 

1)Nommer et mettre en évidence le groupe caractéristique.
2)Nommer le produit C. A quelle famille appartient-il?
3)Ecrire la formule semi-développée de B et donner son nom
4)Quelle est la nature du produit D?
5)Le mélange est-il stoechiométrique ? 

6)Calculer le rendement de cette synthèse.

Le beurre contient plusieurs corps gras : l'oléine, la palmitine et la butyrine. La butyrine représente 35 % en masse du beurre. On étudie la fabrication d'un savon à partir de la butyrine. Pour cela on fait réagir 40,0 g de beurre avec un excès de potasse KOH concentrée. On chauffe ce mélange pendant 30 min. Après relargage, on observe la formation d'un précipité jaune.
Questions : 
1)Nommer la réaction qui conduit à la formation du précipité et écrire l'équation la modélisant.
2)Donner deux caractéristiques de cette réaction.
Après élimination de l'excès de potasse, on étudie les qualités détergentes du savon sur une tache de beurre.
3)Représenter schématiquement l'action du savon sur la tache de beurre.

correction permanente
correction chimix

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Titrage , banane, Nantes 2010

Titrage.

On donne :
couples acide / base : H₃O⁺aq/ H₂O (l) pK_a1 = 0 ; H₂O (l) /HO^-aq pK_a2 =pKe = 14
On réalise un titrage d'un volume V_A d'acide chlorhydrique de concentration apportée C_A inconnue placée dans un becher d'environ 250 mL par une solution titrante d'hydroxyde de sodium de concentration apportée C_B placée dans une burette graduée de 25 mL.
On notera V_E le volume versé à l'équivalence.
On donne V_A = 20,0 mL, C_B = 0,100 mol/L..

Q : 

-Quel est le but d'un titrage ?
-Définir l'état d'équivalence d'un système physico-chimique.
-Pour un avancement x inférieur à l'avancement à l'équivalence x_E, quel est le réactif limitant ?
-Pour un volume V, inférieur à V_E, de solution d'hydroxyde de sodium versé, établir l'expression littérale du taux d'avancement t en fonction du pH, Ke,  V_A, V et C_B.
-Calculer la valeur du taux d'avancement pour V = 0,25 V_E ; V = 0,5 V_E ; V = 0,75 V_E.
-Que peut-on en déduire sur la transformation chimique ? Pourquoi ?
-Déterminer les concentrations effectives des espéces chimiques pour V= V_E. Justifier.
-Déterminer les concentrations effectives des espèces chimiques pour V= 1,25V_E.


Arôme de banane.
L'arôme synthétique de banane, appelé encore acétate de butyle, est obtenu à partir de l'acide éthanoïque et du butan-1-ol.
Expérimentalement la synthèse au laboratoire nécessite un volume V_A = 5,80 mL d'acide carboxylique A et un volume V_B = 18,4 mL d'alcool B et quelques gouttes d'acide sulfurique.

	masse molaire M(g/mol)	masse volumique � (g/mL)	tempé rature d'ébullition sous pression normale °C	solubilité dans l'eau salée	picto grammes
A	60	1,05	118,2	importante
B	74	0,81	117,7	très faible
ester	116	0,87	126,5	très faible
acide sulfurique	98	1,80	340,0	importante
eau	18	1,00	100,0	importante

Q : 

-Etablir l'équation de la réaction qui permet d'obtenir cet arôme. Nommer l'ester formé.
-Citer trois méthodes pour améliorer le rendement final de cette transformation sans modifier la quantité de réactif limitant.
-Déterminer la valeur de la constante d'équilibre.
-Quelle masse d'ester peut-on obtenir dans l'état final ?
-Que signifie les deux pictogrammes ? Quelles consignes faut-il préconiser lors de leur utilisation ?

Q : En fin de réaction, l'ensemble est introduit dans une ampoule à décanter en présence d'eau salée pour l'étape de relargage.
Quel est le rôle de l'eau salée ?

Q :
-Schématiser et décrire clairement les différentes phases qui apparaissent dans l'ampoule.
-Schématiser et décrire clairement les différentes phases qui apparaissent dans l'ampoule.
-Détailler clairement une méthode expérimentale pour recueillir l'arôme.
-Détailler clairement votre méthode expérimentale pour :
- identifier l'arôme à l'acétate de butyle
- vérifier si l'arôme est pur.
-Qu'attendez-vous comme observations pour répondre à ces objectifs ?


correction chimix 
correction fixe

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solénoïde EFOM 2010

Aiguille aimantée au centre d'un solénoïde.

L'aiguille aimantée prend la direction de la composante horizontale du champ magnétique terrestre, perpendiculaire à l'axe du solénoïde.
Lorsqu'un courant électrique d'intensité I circule dans le solénoïde dans le sens indiqué L = 20 cm , N = 100 spires.

A- Les lignes de champ à l'intérieur du solénoïde sont orientées vers le haut.  

B- le pole nord de l'aiguille aimanté dévie  vers la droite.  

C- Lorsque I= 20 mA, le champ magnétique créé par le solénoïde vaut B_solénoïde =12 µT.

D-  Lorsque I= 20 mA, le champ magnétique créé par le solénoïde vaut B_solénoïde =2,4 µT.

E- le vecteur champ magnétique créé par le solénoïde est caractérisé par sa norme.


correction fixe
correction chimix

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dipoles électriques : EFOM 2010 conducteurs ohmiques

Associations de conducteurs ohmiques.

U_AD = 15 V ; R = 16 ohms.
A- La tension U_BC vaut environ 5,0 V.  
B-  La résistance équivalente du circuit vaut environ 30 ohms. 
C- Les tensions U_BC et U_CD sont identiques.  
D- L'intensité vaut environ 0,50A.
F- Aucune de ces propositions n'est exacte.  

correction fixe
correction chimix

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Pile argent aluminium ( Kiné Berck 2009)

Dans les deux solutions préparées la dissolution des solides est totale.
Solution 1 notée S₁ :
On prépare une solution de nitrate d'argent en dissolvant 10,2 g de nitrate d'argent solide AgNO₃ dans de l'eau distillée afin d'obtenir 500 mL de solution.
Solution 2 notée S₂ :
On prépare une solution de sulfate d'aluminium en dissolvant 10,4 g de solide Al₂(SO₄)₃, 18 H₂O dans de l'eau distillée pour obtenir 250 mL de solution.
Ag : 108; N : 14 ; O : 16 ; Al : 27 ; S : 32 ; H : 1 g/mol.
Réalisation de la pile :
On verse V₁ = 100 mL de solution S₁ dans le becher n°1 et on y plonge un fil d'argent.
On verse V₂ = 100 mL de solution S₂ dans le becher n°2 et on y plonge un fil d'aluminium.
Les deux demi-piles sont reliées par un pont salin contenant une solution saturée de nitrate d'ammonium.
Le circuit électrique extérieur est composé d'un ampèremètre, d'un conducteur ohmique de résistance R.
La pile fonctionne pendant une durée Dt et l'intensité constante du courant délivré est I = -22,1 mA


Au bout de la durée Dt on prélève V= 20,0 mL de la solution S₁. 
On remplit une burette graduée de chlorure de sodium de concentration apportée c'=1,00 10^-1 mol/L. La réaction du dosage est : Ag⁺aq + Cl^-aq = AgCl(s).
On plonge la sonde du conductimètre dans l'erlenmeyer. 
On verse la solution de chlorure de sodium, millilitre par millilitre et on mesure la conductivité s de la solution après chaque ajout.
Par détermination graphique on trouve qu'il faut verser V_éq =14,1 mL de solution de chlorure de sodium pour obtenir l'équivalence.
Données : 1F = 9,65 10⁴ C

 

Questions : 

Calculer la concentration effective initiale ( mol/L) des ions argent dans la solution S₁.

Calculer la concentration effective initiale ( mol/L) des ions aluminium dans la solution S₂.

Déterminer la durée Dt ( en min) de fonctionnement de la pile.  

Calculer la variation de masse Dm ( en mg) de l'électrode d'argent au bout de la durée Dt

Calculer la concentration effective finale ( mol/L) des ions aluminium dans la solution S₂.

correction chimix
correction fixe

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