IA Thiès/LMND de MEKHE Année scolaire : 2008-2009 Cellule des sciences physiques Terminale S2
Mr DIOUF
Composition 1ère semestre : Physique-Chimie
Exercice 1:Etude de l'antifébrine Données :
Masse volumique de l’anhydride éthanoïque Masse volumique de l’aniline
L’acétanilide est un principe actif qui a été utilisé pour lutter contre les douleurs et la fièvre sous le nom antifébrine, de formule semi-développée :
Retrouver les formules semi-développées et nommer l’acide carboxylique et l’anime dont il est issu
Proposer une méthode de synthèse rapide et efficace de l’acétanilide et écrire l’équation bilan correspondante (on envisagera deux possibilités).
Dans un réacteur on introduit d’anhydride éthanoïque (R1 =R2= CH3) et un
volume d’aniline et un solvant approprié.
Après expérience la masse d'acétanilide pur isolé est de m = 12,7 grammes.
a) Rappeler l’équation bilan de la synthèse.
b) Calculer les quantités de matière des réactifs et montrer que l’un de ces réactifs est en excès.
c) Déterminer le rendement de la synthèse.
Exercice 1:Estérification
Soit un alcool noté B dont la formule brute est C5H12O
1 Donner les 8 formules semi-développées les différents alcools ayant la formule brute C5H12O et préciser leur nom.
2 Des analyses montrent que la molécule de B est ramifiée et chirale. Aussi l’oxydation ménagée de B par le permanganate de potassium en milieu acide donne, entre autres, un acide carboxylique.
2.1 Montrer, en justifiant votre réponse que B est le 2-méthylbutan-1-ol.
2.2 Qu’appelle-t-on atome de carbone asymétrique ?
Indiquer l’atome de carbone asymétrique dans la formule semi-développée de B.
2.3 Représenter les énantiomères correspondant à B.
2.4 Donner la formule semi-développée et le nom de l’acide carboxylique obtenu par oxydation ménagée de B.
Ecrire les demi-équation puis l’équation-bilan de la réaction d’oxydation ménagée de l’alcool B par l’ion permanganate en milieu acide.
3 On fait réagir l’acide éthanoïque avec l’alcool B.
3.1 Ecrire l’équation bilan de la réaction et nommer le produit organique obtenu à la fin de la réaction. Préciser les caractères de cette réaction.
3.2 Les masses utilisées de l’acide éthanoïque et de l’alcool B sont respectivement
Calculer la masse du produit organique obtenu à la fin de la réaction sachant que le rendement de la réaction est de 66,7%.
4 Il existe des méthodes plus avantageuses pour préparer la produit organique obtenu à la question 2.3.
Problème 1 : Champ électrostatique Présentation du dispositif
La précipitation électrostatique est pratiquement la seule utilisable pour traiter les fumées rejetées par les centrales thermiques.
Les gaz passent dans les canaux métalliques verticaux.
Sur la figure 1 ci-dessous, un canal métallique est représenté par deux parois métallique (C) et (C'), planes, verticales, parallèles et reliés à la terre, de potentiel électrique nul (VC = VC' = 0 V). La distance entre ces plaques (C) et (C') est D = 2d = 40 cm, leur hauteur H est de plusieurs mètres.
Dans le plan de symétrie vertical des canaux, sont tendus, à intervalles réguliers, des fils verticaux notés F, très rapprochés et isolés, maintenus chacun à un potentiel électrique VF = - 50 kV.
Sur la figure 2 ci-dessous, l'ensemble de ces fils est modélisé, dans une première approximation, par une plaque (F) verticale, parallèle à (C) et (C'), équidistante de (C) et (C') et portée au potentiel VF = - 50 kV. L'ensemble ainsi modélisé est équivalent à deux condensateurs plans :
- l'un, formé par les plaques (C) et (F).
- l'autre, par les plaques (C') et (F).
Juste à l'entrée de ces canaux, un dispositif ionisant permet de charger négativement les particules en suspension dans les gaz.
Les particules chargées sont déviées pas les forces électrostatiques (ou électriques) vers les parois verticales reliées à la terre.
Par vibration, on provoque la chute des particules qu'on récupère pour les éliminer.
De telles installations de précipitation des fumées sont très coûteuses et peuvent représenter près de 10% du prix de fabrication de la centrale thermique.
Données supplémentaires :
On considère que l'action d'une force de valeur F1 peut être négligée par rapport à celle d'une force de valeur F2
si F2 > 100 F1.
Intensité du champ de pesanteur g = 10 N / kg.
Le référentiel terrestre d’étude est supposé galiléen.
1- Etude de la trajectoire
Une particule ponctuelle, de masse m et de charge q négative, pénètre avec une vitesse de valeur v0, en un point O situé entre les plaques (C) et (F); O est équidistant de ces plaques (C) et (F).
Le vecteur est parallèle à l'axe vertical Oz représenté sur la figure 3 (à rendre avec la copie).
La trajectoire de la particule se trouve dans le plan contenant le repère (0 , , ).
L'origine des dates est choisie lorsque la particule pénètre en O entre les plaques.
On suppose, dans cette question, que la particule n'est soumise, entre les deux plaques, qu'à l'action de la force électrostatique (ou électrique) notée .
1.1. Exprimer la valeur E du vecteur champ électrostatique (ou électrique) créé entre les deux plaques (C) et (F) en fonction de la tension U = VC - VF.
- Représenter ce vecteur sans souci d'échelle sur la figure 3.
1.2. Ecrire la relation entre le vecteur force électrostatique et le vecteur champ électrostatique . Représenter le vecteur force sur la figure 3.
1.3. Ecrire, en nommant la loi utilisée, la relation vectorielle entre l'accélération de la particule et la force électrostatique .
1.4. Compléter le tableau ci-dessous en donnant les expressions littérales de chacune des coordonnées sur les axes Ox et Oz des différentes grandeurs (champ électrostatique, force électrostatique, accélération, vitesse initiale) en fonction de U, d, m, q et v0 ainsi que leurs unités dans le système international.
coordonnée sur l'axe
(Ox) coordonnée sur l'axe
(Oz) unité dans le système international
Champ électrostatique Ex = Ez = Force électrostatique Fx = Fz =
Accélération ax = az =
Vitesse initiale V0x = V0z =
1.5. Etablir les équations horaires X (t) et Z (t) du mouvement de la particule.
1.6. L'équation de la trajectoire de la particule est de la forme : X = K Z².
- Etablir l'équation de la trajectoire à partir des équations horaires.
- Identifier et donner le signe de la constante K.
- Représenter, sans souci d'échelle, l'allure de cette trajectoire sur la figure 3.
2. Application au traitement des fumées.
2.1. Sur la figure 3, représenter, sans justification :
- le vecteur champ électrostatique entre les plaques (F) et (C').
- l'allure de la trajectoire d'une particule chargée négativement arrivant en O' avec un vecteur vitesse . 2.2. L'ordre de grandeur de la charge électrique de la particule est le nanocoulomb.
Evaluer la masse maximale d'une particule pour que l'action de son poids soit négligeable devant celle de la
PROBLEME 2 : Energie cinétique - Plan incliné
On se propose de mesurer l'intensité des actions de frottement qui agissent sur un mobile autoporteur en mouvement. Ces actions seront modélisées par une force constante, de sens opposé au vecteur vitesse. Ce mobile, de centre d'inertie G, de masse m, est abandonné sans vitesse sur une table à digitaliser, inclinée d'un angle α par rapport à l'horizontale. Au cours de son mouvement, le mobile suit la ligne de plus grande pente de direction Ox, la position de G est repérée en fonction du temps par sa coordonnée x dans le repère (O, ), et transmise à un ordinateur.
Dispositif expérimental :
Données : m = 220 g, α = 15°, g = 9,8 m / s 2 .
Les valeurs de x, aux dates des relevés, figurent dans le tableau ci-après, accompagnées du résultat du calcul de la plupart des vitesses instantanées et énergies cinétiques Ec du mobile en translation.
1- Calculer les valeurs de v et Ec à la date t = 0,0414 s.
2- Etablir l'inventaire des forces s'exerçant sur le mobile et les représenter sur un schéma.
3- On appelle A et B les positions respectives occupées par le mobile aux dates t = 0 et t quelconque.
En utilisant le théorème de l'énergie cinétique entre A et B, distants de L, exprimer Ec(B) en fonction de Ec(A), m, L,α et de l'intensité de la force de frottement .
4- Détermination de l'intensité de la force de frottement.
a- À partir valeurs portées dans le tableau, représenter Ec (B) en fonction de L sur papier millimétré.
On prendra 1 cm → 10 - 2 m et 1 cm → 10 - 2 J. b- Déterminer l'équation de cette courbe.
c- En déduire l'intensité de la force de frottement et l'énergie cinétique du mobile à la date t = 0.
4. On suppose maintenant qu les frottements sont dus à un ressort de raideur k= 440 SI interposé devant l’autoporteur et que le mouvement avait débuté avec une vitesse nulle.
a- Déterminer la nouvelle accélération a’.
b- En déduire la force de contraction du ressort et la réaction
