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Le sujet est formé de deux parties : Chimie et Physique, reparties sur 4 pages numérotées de 1/4 à 4/4.
Partie chimie : 2 Exercices Partie Physique : 3 exercices Chimie : 9 points
Exercice n°1 : 6 points
M(H) = 1 g.mol-1 ; M(C) = 12 g.mol-1 ; M(O) = 16 g.mol-1 ; N= 14 g.mol-1 ; 1. Rappeler la définition d’un dérivé d’acide carboxylique.
2. Un composé organique (B) est obtenu par réaction entre un monoacide carboxylique (A) et le chlorure d’hydrogène HCl. sachant que la masse molaire de (A) est M = 46 g.mol-1
a) Déterminer la formule semi-développée du composé (A) et le nommer.
b) En déduire la formule semi-développée du composé (B).
c) Ecrire, en formules semi-développées, l’équation chimique de la réaction.
d) Préciser la fonction chimique du composé (B) et le nommer.
3. Le composé (B) réagit avec une amine (C) pour donner un composé (D), l’ion chlorure Cl - et l’ion diméthylammonium :
a) Identifier la fonction organique caractéristique de (D).
b) Ecrire la formule semi-développée de (D).
c) Ecrire la formule semi-développée de (C). et le nommer.
d) Ecrire l’équation de la réaction entre (B) et (C).
4. Le composé (B) réagit avec le méthanoate de sodium, on obtient le chlorure de sodium et un composé (E)
a) Ecrire en formules semi-développées, l’équation de la réaction.
b) Préciser la fonction et le nom du composé (E).
5. Ecrire l’équation de la réaction chimique du composé (E) avec le méthanol et préciser le nom du composé obtenu (autre que (A)).
Exercice n°2 : 3 points
1. Rappeler la définition d’une pile électrochimique.
2. On réalise une pile électrochimique, de deux compartiments :
- Droit : formé par une lame de cuivre qui plonge dans une solution aqueuse des ions Cu2+ de concentration C1= 0,01 mol.L-1.
- Gauche : formé par une lame de zinc qui plonge dans une solution aqueuse des ions Zn2+ de concentration C2= 1 mol.L-1.
Devoir de synthèse n°3 En sciences physiques
Professeur :
M. Ben Tahar Néjib Niveau : 4ième Sc 2
Lycée de Douz Durée : 3 H
Voir suite au verso
CH3
CH3
NH2+
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- on donne : E°Cu2+/Cu = 0,34 V et E°Zn2+/Zn = -0,76 V a) Ecrire le symbole de la pile.
b) Faire un schéma soigné et annoté de cette pile. (tout schéma non représenté soigneusement ne sera pris en compte).
c) écrire l’équation chimique associée à cette pile.
d) Calculer la f.é.m. initiale Ei de cette pile et déduire la polarité de la pile.
e) Dresser le tableau d’évolution du système.
f) exprimer la f.é.m. E en fonction de l’avancement de la réaction.
g) Calculer l’avancement final de la réaction. et déduire les concentrations des espèces ioniques Cu2+ et Zn2+
Exercice n°1 : 4,25 points
La radioactivité
La découverte de la radioactivité artificielle a permis d'associer à chaque élément un certain nombre de radio-isotopes possédant les mêmes propriétés chimiques que l'élément stable. Ces radioéléments sont souvent utilisés en médecine.
1. On obtient du sodium 24 en bombardant par des neutrons du sodium ;Na a) Donner le nom de cette réaction nucléaire.
b) Justifier s’il s’agit d’une réaction spontanée ou provoque ? c) Ecrire la réaction de formation du sodium 24.
2. Le sodium 24 est radioactif par émission β- et sa période est de 15 heures.
a) Donner le nom de cette réaction nucléaire.
b) Justifier s’il s’agit d’une réaction spontanée ou provoque ? c) Ecrire l'équation de désintégration du sodium 24.
3. On injecte dans le sang d'un individu 10 cm3 d'une solution contenant initialement du sodium 24 à la concentration de C0=10-3 mol.L-1.
a) Quel est le nombre de moles de sodium 24 introduites dans le sang ?
b) Combien en restera-t-il au bout de 6h ? (On établira d’abord la loi de décroissance N(t)) 4. Au bout de 6 heures, on prélève 10 cm3 du sang du même individu. On trouve alors 1,5 10-8
mol de sodium 24. En supposant que le sodium 24 est réparti uniformément dans le sang et que l'on peut négliger la décroissance par élimination biologique, calculer le volume sanguin.
Physique :11
points
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Exercice n°2 : 4,75 points
L’atome d’hydrogène
Niels Bohr 1885-1962, Prix Nobel en 1922"Pour son apport dans l'étude de la structure des atomes, et des irradiations qui en émanent"
Document introductif :
On se propose dans cet exercice d’étudier le modèle de l’atome d’hydrogène proposé par Niels Bohr en 1913. Ce modèle prolonge le modèle planétaire, issu de la mécanique classique, proposé par Ernest Rutherford, avec cette différence essentielle que Niels Bohr introduisit un nouveau concept, à savoir la quantification des niveaux d’énergie des électrons orbitaux.
Dans le modèle de Bohr, l’électron tournait autour du noyau de l’atome d’hydrogène sur une orbite considérée comme circulaire. Les atomes d’hydrogène étaient stables. Mais, d’après la mécanique classique, un électron en orbite autour d’un noyau aurait dû rayonner en émettant de l’énergie lumineuse. En perdant son énergie par rayonnement, il devait tomber sur le noyau. Pour résoudre cette impossibilité, Bohr proposa, dans son hypothèse, la quantification des orbites, c’est- à-dire qu’il devait y avoir certaines orbites sur lesquelles l’électron n’émet pas de rayonnement.
Pour chaque orbite, l’électron a une énergie quantifiée. Ce modèle avait l’avantage d’expliquer que le spectre de l’hydrogène ne montrait que certaines raies et non un continuum lumineux.
L’énergie de l’électron étant quantifiée, l’énergie de l’atome d’hydrogène l’était aussi.
1 eV = 1,6 × 10-19 J ; h = 6,62 × 10-34 J · s ; c = 3,00 × 108 m · s-1
1. Expliquer succinctement (brièvement) ce que signifie l’adjectif quantifié. On pourra, pour illustrer le propos, faire une comparaison avec l’énergie déterminée dans le cadre de la mécanique classique pour un système macroscopique, celle de Newton.
2. L’énergie de l’atome d’hydrogène s’exprime sous la forme En =−
;n (eV) où n est un nombre entier strictement positif. À chacune de ces énergies est associée une orbite circulaire de l’électron dont le rayon rn vérifie :
rn = a0 n2 , avec a0 = r1, étant une grandeur appelée «rayon de Bohr», valeur du rayon de l’atome pour la plus petite valeur de n à savoir n = 1.
Recopier et compléter le tableau ci-dessous en indiquant la valeur de l’énergie de l’atome ainsi que le rayon de l’orbite de l’électron en fonction de n. Le rayon sera exprimé en multiple de a0.
n 1 2 3 4 5
En en eV -13,6
rn a0
3. lorsque la valeur du nombre n devient très grande a) Vers quelle valeur évolue l’énergie En de l’atome ? b) Vers quelle valeur évolue du rayon rn?
4. L’énergie totale (cinétique + potentielle due à l’interaction électrique) de l’électron sur un niveau d’énergie (orbite) de rayon rn s’écrit :
Voir suite au verso
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En = - K Error! avec K : constante d’interaction électrique K = 9109 N. m2 . C– 2 e : charge élémentaire = 1, 6 10-19C et rn : le rayon de niveau (orbite) n.
Calculer le rayon du Bohr a0.
5. Calculer la fréquence du photon qui provoque le passage de l’électron du niveau n =2 à p = 5.
Exercice n°3 : 2 points
Etude d’un document scientifique
Une étoile peut être considérée comme une boule de gaz sous haute pression, dont la température varie de plusieurs centaines de millions de degrés, au centre, à quelques milliers de degrés en surface. La plupart des étoiles comportent une atmosphère constituée de gaz sous basse pression (appelée chromosphère). Les étoiles émettent donc une lumière dont le spectre est continu et strié (contient des cannelures) de nombreuses raies noires.
Comme pour tous les corps chauds, la couleur d'une étoile et le fond continu de son spectre lumineux nous renseignent sur sa température de surface : plus celle-ci est importante, plus le spectre s'enrichit vers le violet.
1. Définir le terme chromosphère.
2. vers quelle couleur se décale le spectre d’émission de l’étoile lorsque sa température devient de plus en plus élevée ?
3.
a) Donner le constituant d’une étoile.
b) Quelle est la différence entre le centre et l’atmosphère d’une étoile.
4. Décrire une méthode expérimentale qui permet d’obtenir un spectre d’émission.
Fin de l’épreuve
a b c d
