Physique-Chimie

Classe de PREMIÈRE S Décembre
2000 Durée : 3 h
00 Physique-Chimie Examen blanc N° 1 TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L'usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d'un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans
la notation.
I°) CHIMIE : sur 5 points. Action d'une solution acide sur un métal
Dans cet exercice, les résultats numériques seront donnés avec 3,00
chiffres significatifs.
1°) Sur un catalogue de produits chimiques, on lit les indications
suivantes, concernant une bouteille d'acide chlorhydrique concentré :
( masse volumique : 1160 kg.m-3 ; ( pourcentage en masse de chlorure
d'hydrogène : 31,5 % ;
( masse molaire moléculaire du chlorure d'hydrogène : 36,5 g.mol-1.
a) Établir, en fonction des données de l'étiquette, l'expression
littérale donnant la concentration molaire volumique en acide, C0,
de la solution concentrée. Préciser les unités des termes
intervenant dans cette formulation.
b) On désire obtenir : V1 = 50,0 mL d'une solution diluée S1, à
partir de la solution concentrée S0. Le facteur de dilution à
appliquer est 1/50e, pour obtenir une concentration en acide dans
la solution S1 égale à : C1 = 0,200 mol.L-1.
Indiquer, à l'aide de schémas légendés, les opérations à réaliser pour
préparer la solution S1.
On précisera, en particulier, le nom et la contenance de la verrerie
nécessaire,
ainsi que les précautions particulières à prendre pour éviter tout danger.
2°) Un prélèvement de volume : V2 = 20,0 mL de la solution S1 est versé
sur une masse : mFe = 0,500 g de fer en poudre.
a) Établir l'équation-bilan de la réaction chimique qui a lieu.
b) Montrer que l'un des réactifs a été introduit en excès.
c) Calculer le volume de gaz produit dans les conditions où le
volume molaire des gaz est : Vm = 24,0 L.mol-1.
3°) Pour tester la présence d'ions chlorure dans la solution S1, on
ajoute à : V'2 = 10,0 mL de S1 un excès d'une solution de nitrate d'argent
(Ag+ + NO3().
a) Qu'observe-t-on ?
b) Quelle est la masse de produit obtenu ?
Données : Masses molaires atomiques :
H = 1,00 ; N = 14,0 ; O = 16,0 ; Cl = 35,5 ; Fe = 55,8 ; Ag = 108
g.mol-1. II°) CHIMIE : sur 5 points. éTUDE d'une pile électrochimique
On réalise une pile électrochimique en reliant deux demi-piles
contenant les couples :
Sn2+ / Sn (ion étain II / étain métallique) et : Cu2+ / Cu (ion cuivre II /
cuivre métallique).
1°) a) Faire le schéma légendé de cette pile, supposée connectée à un
résistor R.
b) Préciser, en justifiant la réponse, la polarité de cette pile.
c) Donner, sur le schéma du a), le sens conventionnel du courant
électrique d'intensité I et le sens de circulation des électrons
dans les conducteurs métalliques.
d) Exprimer, puis calculer numériquement, la valeur de la f.e.m. e
de la pile.
2°) Écrire les équations électroniques traduisant les réactions se
produisant à chaque électrode de la pile lorsque celle-ci débite le courant
d'intensité I. En déduire l'équation-bilan de fonctionnement de cette pile.
3°) On s'intéresse à la demi-pile contenant le couple : Sn 2+ / Sn.
L'électrode Sn est constituée par un fil cylindrique, dont la partie
immergée dans la solution d'ions étain II a les dimensions suivantes :
diamètre : d = 0,500 mm ; hauteur : h = 5,00 cm.
L'intensité du courant électrique débité par la pile en régime
stationnaire est : I = 50,0 mA.
a) Déterminer la quantité d'électricité Q ayant circulé dans le
résistor lorsque le fil d'étain immergé s'est détruit. .../...
b) En déduire la durée de fonctionnement (t de la pile.
c) Déterminer la variation de la concentration molaire volumique :
( [Sn2+] dans le compartiment de la demi-pile contenant : V = 100
mL de solution d'ions Sn2+. On précisera le signe de cette
variation.
Données : Couples oxydant / réducteur :
Sn2+- / Sn : E0 = ( 0,240 V ; Cu2+ / Cu : E0 = + 0,340 V.
Masses molaires atomiques : Cu = 63,5 ; Sn = 119 g.mol-1.
Masse volumique : ( étain = 7 280 kg.m-3 ; Le Faraday = 1 F =
96 500 C. III°) PHYSIQUE : sur 5 points. VIVE LE SKI ! ! !
1°) La montée en téléski.
Un skieur de masse : m = 90 kg remonte à téléski une pente à 25 % (sin
( = 0,25) supposée rectiligne et inclinée de ( sur l'horizontale.
La perche qui le tracte fait un angle : ( = 40° avec la pente de la
montée. Les frottements divers ont une résultante opposée à la vitesse du
skieur de valeur constante : f = 75 N.
Le centre d'inertie G du skieur a un mouvement rectiligne uniforme. On
prendra : g = 9,8 m.s-2.
Déterminer l'intensité de toutes les forces subies par le centre d'inertie
G du skieur.
2°) La descente « tout shuss » !
Le skieur précédent, arrivé au sommet de la piste, se lance à présent
« tout shuss » sur une pente à 35 %, supposée rectiligne.
On assimile la résistance de l'air que subit le skieur en mouvement à
une force unique [pic] opposée à son vecteur vitesse [pic] et
proportionnelle au carré de l'intensité de [pic], soit : F = k.V2.
La valeur de k est : 0,73 kg.m-1 (équivalent à : 0,73 N.m-2.s2).
On néglige alors, devant cette force, la force de frottement des skis
sur la neige.
a) Montrer qu'au départ le mouvement du centre d'inertie G du
skieur est accéléré.
b) Expliquer pourquoi, au bout d'un certain temps, le mouvement de
G devient uniforme.
c) Lorsque le skieur a atteint un régime de descente uniforme,
déterminer la valeur de sa vitesse, soit V0.
d) Le coefficient k peut s'écrire :
k = 0,5.Cx.( air.S, où :
( 0,5 est un facteur sans unités ;
( Cx est un coefficient caractérisant la forme plus ou moins
aérodynamique du skieur ;
( ( air est la masse volumique de l'air ;
( S est la surface frontale, que présente le skieur à l'air,
encore appelée maître-couple.
d.1) Quelle est l'unité de Cx ?
d.2) Que peut faire le skieur pour diminuer S ?
d.3) Que peut faire le skieur pour diminuer Cx ?
d.4) Conclure sur les meilleures conditions pour réussir une
performance au K.L. (kilomètre lancé). IV°) PHYSIQUE : sur 5 points. chute d'un mobile sur un plan incliné
On réalise la chute d'un chariot autoporteur sur un plan incliné de : (
= 4,70°. Le chariot a une masse : m = 150 g et on suppose qu'il ne subit
pas de frottement sensible de l'air ambiant.
Un dispositif à éclatement permet d'enregistrer la position d'un point
M du chariot au fil du temps, tous les : ( = 60,0 ms.
Le schéma du dispositif est représenté sur la figure ci-dessous, avec :
h = L.sin (.
[pic] .../ p. 3
Première S Examen Blanc. N° 1 Page 3 Sur le cylindre d'enregistrement, on obtient le tracé suivant, à
l'échelle 1. [pic]
1°) a) Quelle est la nature du mouvement du chariot ? Justifier la
réponse.
b) Montrer que l'on peut assimiler le mouvement du point M du
chariot à celui de son centre d'inertie G.
2°) Recopier et compléter le tableau suivant. Indiquer, pour une valeur
du tableau, la méthode de calcul utilisée.
|Point |M2 |M3 |M4 |M5 |M6 |M7 |M8 |
|enregistré | | | | | | | |
|t ( en ( ) |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |
|t ( en s ) | |0,180 | |0,300 | | |0,480 |
|VMi ( en m.s-1 | |0,150 | |0,242 | | |0,388 |
|) | | | | | | | |
3°) Représenter sur l'enregistrement ci-dessus, avec une échelle de
représentation que l'on précisera, le vecteur vitesse [pic]M7.
4°) a) Construire la courbe : VMi = f (t).
b) établir l'équation numérique de cette courbe et proposer une
conclusion au résultat obtenu.
5°) La loi de la chute libre donnant la valeur de la vitesse de G en
fonction de la hauteur de chute h est :
VG2 = a h + VG02.
Déterminer, pour le point M7 une valeur numérique de a et de VG0.