devoir commun de physique-chimie

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1 devoir commun de physique-chimie

corrigé

Exercice 1 : L’arome de vanille (6pts)

1. A propos de la molécule de vanilline 1.1.(0,5 pt)

1.2 (0,5 pt)La fonction associée au groupe hydroxyle est la fonction alcool et celle associée au groupe carbonyle est la fonction aldéhyde.

1.3 (0,25 pt) Ces molécules n’ont pas la même formule brute, elles ne sont pas isomères. La proposition est fausse.

2. Etude spectrophotométrique de la vanilline contenue dans un extrait de vanille acheté dans le commerce.

2.1.1 (0,5 pt) La vanilline a cédé un proton H⁺, il s’agit d’un acide dans la théorie de Brønsted.

2.1.2 (0,5 pt) Les deux couples acide/base intervenant dans la réaction sont :

C8H8O3(aq)/C8H7O3-(aq) et H2O(l)/HO^-(aq)

2.1.3 Constante d'acidité KA :(2x0,5 pt)

eq 3 8 8

eq 3 eq 3 7 8

] O H [C

] O .[H ] O H

[C

^ ^

A

 K

] ) O H [C

] O H log( [C

eq 3 8 8

eq 3 7 8





 pK

_A

pH

2.2 (0,5 pt) La courbe montre que l’ion phénolate n’absorbe pas la lumière (A = 0) pour λ > 400 nm.

Cet ion n’absorbe pas dans le domaine visible.

2.3.1 (1 pt)

2.3.2 (0,5 pt) La courbe représentative de A=f(C) est une droite passant par l’origine. Les grandeurs A et C sont proportionnelles. Cela se traduit par A=kC.

2.4 (0,5 pt) On détermine la concentration molaire par méthode graphique : on détermine l’abscisse du point d’ordonnée 0,88.

On obtient C=3,3x10^-5mol.L^-1

2.5 (0,75 pt) Connaissant la concentration molaire en vanilline, on peut en déduire la concentration massique par Cmassique = M x C

L’échantillon du commerce a été dilué (1mL dans 250mL). Il suffit alors de multiplier la concentration massique précédente par 250 : C’= 250x Cmassique

OH O

O

Groupe carbonyle Groupe hydroxyle

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Exercice 3 Casque audio a réduction de bruit 2.1

1. (0,25+0,25pt) Le domaine d’audition en fréquence de l’oreille humaine s’étend de 20 Hz à 20 kHz =20000 Hz. Le casque a une réponse en fréquence de 10 à 25000 Hz. Il est donc adapté à l’oreille humaine puisqu’il englobe le domaine.

2.2 Le dispositif permet une réduction allant jusqu’à 24 dB à 300 Hz, et même 32 dB après 3500 Hz, mais inférieure à 20 dB entre 400 et 1200 Hz. Le fabriquant indique une réduction jusqu’à 20 dB, cela sous-entend un peu plus ou un peu moins. On peut dire que la performance est conforme. (0,5 pts 0 si pas de fréquence précisée)

2.3 Train amplitude max ente 100 et 300 Hz (0,25pt)

Discussion amplitude max entre 400 et 1000 Hz (0,25pt)

Le dispositif est efficace entre 50 et 180 Hz, donc il sera plus efficace dans le train.(0,25pts si fréquences correctes)

3.1. Les niveaux sonores sont ici

systématiquement ajustés à la même valeur :

A B

0

L L 10 log I 50 dB

  I 

(0,25pts)

Si on additionne les intensités de chaque source, on obtient :

() () = (0,25pts) = 50+3 = 53 dB (0,25pts)

(Augmentation de 3 dB)

Le niveau sonore correspondant est 53 dB ; il s’agit de l’expérience 1. (0,25pts)

3.2.1 Dans les expériences 2 et 3, les deux signaux sont émis avec la même fréquence, le phénomène d’interférences entre les deux signaux intervient :(0,5pts)

- si les signaux sont reçus en phase, (Expérience 2) il y a interférences

constructives et le niveau sonore augmente : 56 dB au lieu de 53 dB (0,25pts)

- si les signaux sont reçus en opposition de phase, (Expérience 3) il y a interférences destructives et le niveau sonore diminue : 44 dB au lieu de 53 dB). (0,25pts)

3.3.2. C’est l’expérience 3 qui modélise le dispositif actif de réduction de bruit car le niveau sonore global diminue lorsque le dispositif émet un signal anti-bruit en opposition de phase avec le bruit provenant de l’extérieur. (0,5pts)

Oreillette efficace seule

De 800 à 3500 Hz (attendu)

3500-20000 Hz (accepté)

(0,25 pts)

Dispositif efficace seul

De 50 Hz à 180

Hz (0,25 pts)

Deux dispositifs efficaces

De 180 à 700 Hz (attendu) +3500-20000 Hz

(0,25 pts) Rq : De 800 à 3500 Hz les

oreillettes sont plus efficaces que le casque anti bruit. Ce n’est pas incohérent puisque le casque émet un son.

Entre 3500 et 20000 Hz, en toute rigueur le système anti bruit est aussi efficace que l’oreillette seule (il pourrait être meilleurs ou moins bon) mais il n’apporte rien

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Exercice 2 : Archéologie

Partie 1 : Les ultrasons au service du nettoyage 1. Étude des ultrasons

1.1. On mesure la durée Δt du plus grand nombre N possible de périodes, on en déduit la période T =

t

N



T =

162 18 6



= 24 µs = 24 × 10^–6 s

1.2. (0,5)

1 f  T

6

1 24 10

f 

_



^{= 4,00.10}

4 Hz=40,0 kHz en se basant sur l’aide au calcul

La valeur de référence est 42 kHz à 2% près, soit 41,2 < f < 42,8 kHz

La valeur trouvée est donc légèrement en dehors de cet encadrement.

1.3.1. La longueur d’onde est la plus petite distance entre deux points du milieu dans le même état vibratoire.

1.3.2. D’après le texte on retrouve les deux signaux en phase après avoir éloigné le récepteur d’une distance égale à 8 mm. Cette distance représente donc par définition la longueur d’onde.

On éloigne davantage le récepteur tout en retrouvant encore les signaux en phase. On mesure ainsi plusieurs longueurs d’onde ce qui permet d’augmenter la précision sur la mesure de cette longueur d’onde.

1.3.3. (0,25) λ = v . T donc v =

T



v =

3 6

8 10 24 10





^{= 3 × 10}

2 m.s^-1

La valeur attendue est de 340 m.s^-1 à 25°C.

L’écart entre les deux valeurs est dû au manque de précision sur la valeur expérimentale de la célérité et on peut aussi remarquer que l’expérience a été réalisée à 20°C et non pas à 25°C.

1.4. La fréquence f des ultrasons émis est la même quel que soit le milieu de propagation.

Par contre la célérité v des ultrasons varie selon ce milieu.

Comme λ =

v

f

alors la longueur d’onde varie suivant le milieu de propagation.

2. Étude du nettoyage

2.1. Les ultrasons nécessitent un milieu matériel pour se propager, ce sont effectivement des ondes mécaniques.

2.2. Les ondes ultrasonores se distinguent des ondes sonores par leur fréquence.

Ondes sonores : f entre 15Hz et 20 kHz

Ondes ultrasonores : f > 20 kHz

162 µs 18 µs

Δt

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Partie 2 : RMN

Contenus attendus / Indicateurs de réussite A B C D

Restituer des connaissances RECO

Annexe de l’exercice III

Une erreur B, deux erreurs C sinon D

S’APPROPRIER

APP  Le spectre de la substance 1 doc3 comporte 1 triplet intégration 3 (6 carreaux), 1 quadruplet intégration 2 et 1 singuletmodérémentdéplacé d’intégration 1 (2 carreaux)

 A la différence du spectre de 1, le singulet est très déplacé

 Le spectre de la substance 3 doc 5 comporte 6 groupes de pics : 1 doublet d’intégration 6, 1 triplet d’intégration 3, 1 quintuplet d’intégration 2, 1 octuplet d’intégration 1,

1 quadruplet d’intégration 1, 1 singulet d’intégration 1

<1 erreur ou info manquante A ; <3 erreurs ou infos manquantes B

ANALYSER ( et valider ) * ANA

La substance 1 est l’éthanol (3 groupes de pic(s) et singulet peu déplacé) La substance 2 est l’acide propanoïque (idem mais singulet très déplacé) La substance 3 est l’acide 2-éthyl-3-méthylpropanoïque :

6 groupes de pics avec des intégrations respectives 6,3,2,1,1.Le singulet du carboxyle est très déplacé

* Les multiplicités « collent » sauf le H de C3 (3^ème C à partir du carboxyle) qui donne un octuplet alors qu’en toute rigueur on obtient un doublet d’heptuplets, les H des C 2 et 4 n’étant pas isochrones C’est du rhum. Les 3 substances identifiées correctement : A (même sans *)

Au moins deux substances identifiées : B, 1 substance identifiée C COMMUNIQUER

COM

Présentation et rédaction claires et synthétiques Argumentation rigoureuse

Note(en point entier) /5