Bac Blanc de Physique Chimie – Corrigé

Le 24/01/2020 Bac Blanc de Physique Chimie – Corrigé ^T

^S

I. Le gendarme sur la passerelle (9 points) 1. Contrôle radar

1.1. Les ondes électromagnétiques utilisées par le radar sont dites « transversales » car la perturbation de ces ondes est perpendiculaire au sens de propagation

1.2. Ces ondes électromagnétiques ne sont pas des ondes mécaniques. Elles peuvent se propager sans support matériel

1.3. Longueur d’onde :  = ;  = = 1,24  10^-2 m (3 chiffres significatifs)

1.4. Lors de la 1^ère mesure, la voiture se rapproche du radar donc la fréquence reçue sera plus grande que la fréquence de l’émetteur. Le signe du décalage Doppler f1 = fR – f0 > 0

1.5. Le trajet effectué par l’onde émise par le radar fait un aller-retour entre l’émetteur, la voiture et le récepteur qui est le radar. Le facteur « 2 » s’explique par la distance double parcourue par l’onde.

1.6. Vitesse v1 = 117 km.h^-1 = = 32,5 m.s^-1. = 2  f0  = 2  24,125  10⁹  = 5,23  10³ Hz (3 chiffres significatifs)

1.7. = 2  f0  d’où v2 = ; v2 = = 19,5 m.s^-1 = 70,0 km.h^-1

1.8. Le mouvement de la voiture lors de son passage sous la passerelle est rectiligne décéléré car la trajectoire est une droite et que la vitesse diminue au cours du temps.

1.9. amoy = ; amoy = = -2,6 m.s^-2 2. Etude cinématique

2.1. On considère l’accélération constante au cours du temps. Or l’accélération est la dérivée par rapport au temps de la vitesse donc la vitesse peut s’écrire : v = amoy  t + v0 avec v0 la vitesse à l’instant t = 0.

En prenant l’origine des dates lors de la 1^ère mesure, on trouve v0 = v1 soit v = amoy  t + v1. La voiture s’arrête quand sa vitesse s’annule donc pour 0 = amoy  t + v1

soit t = - ; t = - = 12,5 s  13 s

2.2. La voiture est considérée comme étant pseudo-isolée avant le freinage donc le poids et la réaction se compensent avant le freinage.

Lors du freinage, la force de frottement s’exerce en plus. Cette force est horizontale et de sens contraire au mouvement. D’après la 2^ème loi de Newton, comme la masse est constante, la seule force qui s’exerce suivant l’axe horizontal est la force de frottement soit = m

La norme ou valeur de la force F = m  a = 750  2,6 = 1950 N  2,0  10³ N (2 chiffres significatifs) 3. Etude d’un choc

3.1. Lors du choc, le système {voiture + camionnette} est pseudo-isolé donc la quantité de mouvement se conserve.

Avant le choc : p système = p camionnette + p voiture = m2  v camionnette + m1  0 = m2 v camionnette. La voiture est à l’arrêt donc sa vitesse est nulle.

Après le choc, p système = (m2 + m1) v3 soit m2 v camionnette = (m2 + m1) v3 donc v3 = v3 = = 16,4 m.s^-1  16 m.s^-1 (2 chiffres significatifs)

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3.2. Sur la chronophotographie de l’accident, après l’impact, le mouvement est uniforme car à intervalles de temps réguliers, la distance parcourue est la même.

Pour une durée de 4 , le système {voiture + camionnette} a parcourue une distance de 6,6 cm sur le schéma soit 65 m en réalité. La vitesse v3 = = 16,3 m.s^-1  16 m.s^-1. On retrouve bien la valeur calculée

précédemment.

II. Les molécules au niveau des comètes (6 points)

1. Étude des molécules organiques sur la comète 67P/Tchuryumov- Gerasimenko 1.1.

Nom de la molécule Formule semi-développée Nom du groupe

caractéristique Famille chimique

A

C H₃

C

CH₃ O

carbonyle cétone

B

CH₂ C O

H

carbonyle aldéhyde

C

C H₃

C

NH₂ O

amide amide

1.2. Les grandeurs représentées sur les axes d’un spectre IR sont : la transmittance T en ordonnée (0,25)

le nombre d’onde σ en abscisse (0,25)

1.3. σ = 2270 cm^-1 ; λ = = = 4,405  10^-4 cm = 4,405  10^-6 m = 4,405 μm

1 μm < 4,405 μm < 1 mm : cette longueur se situe bien dans le domaine de l’infrarouge. (0,5)

1.4. Spectre n°1 : c’est le spectre de la propanone (A) (0,5) : σ (C=O) = 1710 cm^-1 et σ (Ctri -H) = 3000 cm^-1 Spectre n°2 : c’est le spectre de l’éthanamide (C) (0,5) : σ (C=O) = 1680 cm^-1 ; σ (N-H) = 3150-3400 cm^-1 Spectre n°3 : c’est le spectre du propanal (B) (0,5) : σ (C=O) = 1750 cm^-1 ; σ (C –Haldéhyde) = 2750 cm^-1 2. Du sucre dans une comète artificielle

2.1. Le ribose est un sucre à la base du matériel génétique des organismes vivants (l’ARN ou acide ribonucléique contient du ribose). Comme du ribose s’est formé au niveau de la comète artificielle, il est vraisemblable que du ribose se forme dans les glaces des comètes qui ont « ensemencé » la Terre et donc introduit la vie. (0,25) 2.2. Le glycéraldéhyde a pour nom : 2,3-dihydroxypropanal en nomenclature officielle car la chaine carbonée

principale possède trois atomes de carbone et une fonction aldéhyde ; les deux groupes hydroxyles se situent sur les carbones 2 et 3 de la chaine carbonée principale. (0,5)

2.3. Glycolaldéhyde et glycéraldéhyde présentent les mêmes groupes caractéristiques : groupes carbonyle et hydroxyle. On en déduit que les spectres IR de ces deux molécules présenteront de grandes analogies. Par contre les spectres RMN seront très différents : ils n’auront pas le même nombre de signaux car les deux molécules n’ont pas le même nombre de groupes de protons équivalents. (0,75)

 Remarque : En théorie, avec les notions de TS, on peut en déduire que :

 Le spectre RMN du glycolaldéhyde présentera trois signaux : un singulet dû au proton de la fonction aldéhyde, un singulet dû au proton du groupe hydroxyle et un singulet dû aux protons CH2

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6,6 cm

 Le spectre RMN du glycéraldéhyde présentera 4 signaux : un singulet dû au proton de la fonction aldéhyde, un singulet dû au proton des groupes hydroxyles (en considérant que le déplacement chimique du proton de chaque groupe hydroxyle est identique), un doublet dû au proton du CH2OH (car il présente un proton voisin), et un triplet dû au proton du CH-OH (car il présente deux protons voisins)

III. Dosage par conductimétrie des ions chlorure dans l’Aosept Non spécialistes seulement (5 points) 1) H2O2 (aq) + 2 H⁺ (aq) + 2 e^-  2 H2O (ℓ) et O2(g) + 2 H⁺ (aq) + 2 e^-  H2O2(aq).

2) H2O2 (aq) + 2 H⁺ (aq) + 2 e^- + H2O2(aq)  2 H2O (ℓ) + O2(g) + 2 H⁺ (aq) + 2 e^- soit 2 H2O2 (aq)  2 H2O (ℓ) + O2(g). 3) La solution S2 a une concentration C2 = 40 mmol.L^-1. Lors d’une dilution, la quantité de matière se conserve

donc n prélevée = n solution fille soit C0  V0 = C2  V2.

Le volume à prélever est V0 = = = 20,0 mL (3 chiffres significatifs)

On verse dans un bécher un peu plus que le volume à prélever. On prélève 20,0 mL à l’aide d’une pipette jaugée de 20,0 mL. On verse ceci dans une fiole jaugée de 50,0 mL. On ajoute de l’eau distillée jusqu’aux ¾ puis on

homogénéise et on ajoute de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On homogénéise. La solution est prête.

4) La loi de Kohlsrauch pour une solution de chlorure de sodium s’écrit :  = (Na⁺(aq)) [Na⁺(aq)] + (Cℓ^-(aq)) [Cℓ^-(aq)] [Na⁺(aq)] = [Cℓ^-(aq)] = C soit  = k  C (avec k = (Na⁺(aq)) + (Cℓ^-(aq)) )

La courbe de  en fonction de C est bien linéaire de la forme  = k  C. La loi de Kohlsrauch s’applique bien ici.

5) On trace une droite qui passe au plus près des points de mesure et qui passe par l’origine.

Par lecture graphique, on obtient CS = 14,5 mmol.L^-1 (ou CS =14,0 mmol.L^-1)

6) La solution commerciale a été diluée 10 fois donc sa concentration molaire est C comm = 14,5 mmol.L^-1  10 = 145 mmol.L^-1 = 145  10^-3 mol.L^-1

La concentration massique Cm = C comm  [M(Cℓ) + M(Na)] = 145  10^-3  (35,5 + 23,0) = 8,48 g.L^-1 7) La notice indique 0,85 g de chlorure de sodium pour un volume V = 100 mL de solution

D’après la concentration massique précédente, m = Cm  V = 8,48  0,100 = 0,848 g L’écart relatif en % est =  100 = 0,17 % < 10 %. Le contrôle de qualité est satisfaisant.

Si CS =14,0 mmol.L^-1, C comm = 140 mmol.L^-1 = 140  10^-3 mol.L^-1 soit Cm = 140  10^-3  58,5 = 8,19 g.L^-1 Pour V = 100 mL, la masse de chlorure de sodium est de 0,819 g

L’écart relatif en % est =  100 = 3,6 % < 10 %. Le contrôle de qualité est satisfaisant.

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IV. Electrolyse de l’eau salée Spécialistes seulement : (5 points) 1. Questions préalables

1.1. D’après la courbe d’étalonnage, pour

 = 2,1 mS.cm^-1, la concentration molaire est C = 17 mmol.L^-1.

La solution électrolytique est 100 fois plus concentrée soit C’ = 1,7 mol.L^-1 La concentration massique est Cm = C  M = 1,7  (23,0 + 35,5) Cm = 99 g.L^-1 proche de la valeur indiquée.

1.2. Voir le schéma 1 ci-dessous.

1.3. A l’anode : 2 Cℓ^-(aq)  Cℓ2(g) + 2 e^- (oxydation)

A la cathode : 2 H2O (ℓ) + 2 e^-  H2(g) + 2 HO^-(aq) (réduction ; le milieu est basique)

2. Problème

 D’après la ½ équation à l’anode : = d’où n(Cℓ2(g)) = 1 mol de gaz occupe un volume de 24 L

n(Cℓ2(g)) = soit V(Cℓ2(g)) = n(Cℓ2(g))  VM =  VM

La quantité d’électricité Q est telle que Q = I  t = n(e^-)  F soit n(e^-) = V(Cℓ2(g)) =  VM

A.N. : V(Cℓ2(g)) =  24 ; V(Cℓ2) = 4,5  10^-2 L = 45 mL.

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Schéma 1

Na⁺_(aq) + Cℓ^-_(aq) en solution

Cathode reliée à la borne négative du générateur Anode reliée à la

borne positive du générateur

I

Electrons