09/02/2015 DS4_TS_2014_2015b.doc 1/3
NOM : ... Prénom : ... Classe : Tale S…..
Le 02/03/2015 Devoir n°4bis (2h) Page : 1 / 3
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Les exercices peuvent être traités dans n’importe quel ordre, par contre les questions d’un même exercice doivent être rédigées dans l’ordre.
L’évaluation tiendra compte de la qualité de la rédaction, de la présentation et de la rigueur. Toute réponse doit être justifiée de manière claire et explicite. Respecter la numérotation des questions.
I. Le tennis c’est... physique ! (9 points)
Un terrain de tennis est un rectangle de longueur 23,8 m et de largeur |8,23 m. Il est séparé en deux dans le sens de la largeur par un filet dont la hauteur est h = 0,920 m.
Lorsqu’un joueur effectue un service, il doit envoyer la balle dans une zone comprise entre le filet et une ligne située à 6,40 m du filet.
On étudie un service du joueur placé au point O.
Ce joueur souhaite que la balle frappe le sol en B tel que OB = 1 = 18,7 m.
Pour cela, il lance la balle verticalement et la frappe avec sa raquette en un point D situé sur la verticale de O à la hauteur H = 2,20 m.
La balle part alors de D avec une vitesse de valeur v0 = 126 km.h-1, horizontale comme le montre le schéma ci-dessous.
La balle de masse m = 58,0 g sera considérée comme ponctuelle et on considérera que l’action de l’air est négligeable.
L’étude du mouvement sera faite dans le référentiel terrestre, galiléen, dans lequel on choisit un repère Oxyz.
comme l’indique le schéma ci-dessous :
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1. Équations horaires paramétriques et trajectoire
1.1. Qu’implique la phrase « l’action de l’air est négligeable » pour le bilan des forces ? 1.2. Établir l’expression du vecteur accélération de la balle au cours de son mouvement.
1.3. Montrer que les équations horaires paramétriques du mouvement de la balle sont : x(t) = v0 t ; y(t) = -g t²
2 + H ; z(t) = 0
1.4. Montrer que le mouvement de la balle a lieu dans un plan.
1.5. Montrer que l’équation littérale de la trajectoire de la balle est y(x) = - g
2v0² x2 + H . 2. Qualité du service
On prendra g = 9,81 m.s-2.
2.1. Sachant que la distance OF = 12,2 m, la balle, supposée ponctuelle, passe-t-elle au-dessus du filet ?
2.2. Montrer que le service sera considéré comme mauvais, c’est-à-dire que la balle frappera le sol en un point B’
tel que OB’ soit supérieur à OB.
2.3. En réalité, la balle tombe en B. Quel est le paramètre, non pris en compte dans ce problème, qui peut expliquer cette différence ?
II. Synthèse asymétrique (5 points)
Il est souvent nécessaire de disposer d’une molécule sous la forme d’un énantiomère pur. Or, lors des synthèses organiques au laboratoire ou dans l’industrie, les chimistes obtiennent le plus souvent deux énantiomères en proportions égales.
Cependant, lorsqu’un des réactifs est présent sous la forme d’un seul énantiomère et que l’on introduit un nouvel atome de carbone asymétrique, on obtient généralement deux produits dont l’un est majoritaire : on parle de synthèse asymétrique.
Ainsi, pour la réaction ci-contre, les produits B et C ne sont pas obtenus en quantités égales.
1) Dans quel domaine peut-il être indispensable de disposer d’un énantiomère pur ? Justifier en une phrase.
2) Comment appelle-t-on un mélange équimolaire de deux énantiomères ?
3) Quelle fonction reconnaît-on dans la molécule A ? Donner le nom du réactif A.
4) Indiquer par un astérisque quel est le carbone responsable de la chiralité de la molécule A. Justifier.
5) La molécule B est chirale. Justifier en représentant son image dans un miroir.
6) Quelle est la relation d’isomérie entre les produits B et C ?
7) Comment distinguer, à l’échelle macroscopique, les molécules B et C ? H C
C H3
CH2 CH3 C
H OH
C N
C CH CH2
CH3 C
H3
O H
+
HCNC H
CH3 CH2
C H3
C H
O
H CN
A
B
C
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III. QCM : Entourer la (ou les) bonne(s) réponse(s) (2 points)
Quand une molécule est chirale :
Elle n’est pas superposable à son image dans un miroir plan
Son image dans un miroir plan est
une molécule chirale
Elle présente un axe de symétrie Soit les molécules A et B :
C CH2 C
H3
CH3 H
A OH C C
CH3
C H3
H
H B
Elles sont toutes les deux
chirales
A est achirale, B est chirale
A est chirale, B est achirale
La molécule suivante comporte :
C C
C H3 C H3
CH2
H H
NH2
Br Aucun atome de
carbone asymétrique
Un seul atome de carbone asymétrique
Deux atomes de carbone asymétriques
Ces deux molécules constituent :
C
H CH2 CH3
C H3
OH C
C
H3 CH2 CH3
H
OH
Un couple de molécules identiques
Un couple d’énantiomères
Un couple de diastéréoisomères
La molécule de 1,2-dichoroéthène :
C C
Cl
Cl H
H
est un stéréoisomère Z
est un stéréoisomère E
ne présente pas d’isomérie Z/E
IV. Combustion de l’éthanol (5 points)
L’éthanol, de formule brute C2H6O, liquide incolore et inflammable, brûle dans le dioxygène O2 gazeux. Il se forme alors du dioxyde de carbone et de l’eau liquide.
On fait réagir une masse m1 = 2,50 g d’éthanol et une masse m2 = 2,50 g de dioxygène.
Données : M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 1.1. Cocher la (ou les ) bonnes équation(s)-bilan(s)
2 C2H6O (ℓ) + 7 O2(g) 4 CO2(g) + 6 H2O (ℓ)
C2H6O (ℓ) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O (ℓ)
C2H6O (ℓ) + 7
2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O (ℓ)
1.2. Calculer les quantités de matière initiales d’éthanol n1 et de dioxygène n2. 1.3. Compléter le tableau d’évolution (ou tableau d’avancement) ci-dessous : équation-bilan
Etat initial x = 0
en cours x
Etat final x = xmax
1.4. Déterminer l’avancement maximal xmax et déterminer le réactif limitant.
1.5. Déterminer la masse du réactif restant.
