1ère S
Mr DOUËZY et Mr MEUNIER
Devoir Commun Physique Chimie
CORRIGE Le 8 décembre 2008
~ CHIMIE ~
Exercice 1: Description d'un système chimique 8 pts
On réalise une réaction chimique entre 11,2 g de fer et le gaz dichlore Cl2 contenu dans un récipient de 6 L afin d'obtenir un solide de formule FeCl3. L'expérience est réalisée à 25°C et à une pression de 1,013 bar.
1. 2 Fe(s) + 3 Cl2 (g) 2 FeCl3 (s)
2. Calcul de la quantité de matière de fer:
On a M
n m Avec m= 11,2 g et M= 56 g.mol-1. D'où 0,2mol 56
2 , 11
n .
Calcul de la quantité de matière du dichlore:
On a pV=nRT d’où nRTpV avec p= 1,013 bar = 1,013.105 Pa V= 6 L= 6.10-3 m3
T=25°C = 298 K R=8,31 uSI mol
n 0.24
298 31 , 8
10 . 6 10 . 013 ,
1 5 3
Tableau d’avancement :
Etat du système Avancement (en
mol) 2 Fe(s) + 3 Cl2 (g) 2 FeCl3 (s)
EI 0 0,2 0,24 0
E en cours X 0,2 – 2x 0,24 - 3x 2x
EF xmax= 0,08 0,04 0 0,16
Calcul de l'avancement maximal:
0,2 – 2 xmax > 0 xmax < 0,1mol
et et d'où xmax =0,08 mol
0,24 – 3 xmax > 0 xmax < 0,08 mol
3. A l'état final, il y a 0,04 mol de fer et 0,16 mol de trichlorure de fer mais il n'y a plus de dichlore.
4. Calcul de la masse de fer restante:
On a m=n x M avec n= 0,04 mol et M=56 g.mol-1. D'où m= 0,04x56=2,24 g Calcul de la masse de chlorure de fer crée:
On a m=n x M avec n= 0,04 mol et M=56+3x35,5= 162,5 g.mol-1. D'où m= 0,16x162,5=26 g
5. Calcul de la quantité de matière du dichlore:
On a pV=nRT d’où nRTpV avec p= 1,013 bar = 1,013.105 Pa V= 1 L= 1.10-3 m3
T=25°C = 298 K R=8,31 uSI mol
nCl 0.04
298 31 , 8
10 . 1 10 . 013 ,
1 5 3
2
Pour avoir les proportions stœchiométriques il faut avoir 0,03mol 3
04 , 0 2 3
2
2
Cl
Fe n
n
Soit introduire une masse m=0,03x56= 1,5 g de fer.
Exercice 2 : dissolution de sulfate d’aluminium 4 pts
1) Soit M la masse molaire du sulfate d’aluminium : V
. Mm
C
2) Equation de dissolution : Al2(SO4)3(s) 2 Al3+(aq) + 3 SO42- (aq)
3) Chaque ion s’entoure de molécules d’eau car il est chargé et qu’il ne peut pas rester seul dans une solution (manque de stabilité). Ce phénomène s’appelle la solvatation des ions, quand il s’agit d’eau, on parle d’hydratation des ions.
4) D’après l’équation de la réaction de dissolution : [Al3+(aq)]=2c ; [SO42-
(aq)]=3c g
7 , 2100 0,10 1 ,
0 3 , 2 342
] Al .[
V .
mM 3
Exercice 3 : Dissolution et dilution 3pts
1) FeCl3, 6 H2O (s) Fe3+(aq) + 3 Cl-(aq) + 6 H2O(l)
2) D’après les coefficients stœchiométriques de l’équation précédente, on a : [Fe3+(aq)]=c et [Cl-(aq)]=3c
3) Lors d’une dilution la relation entre les volumes et les concentrations des solutions mère et fille est : cfillexVfille = cmèrexVà prélever.
On cherche le volume de la solution mère à prélever soit : mL 00 , 10 5
. 00 , 1
10 . 100 10
. 00 , 5
1 3
3
mère fille fille
prélever
à C
C V V
On va donc prélever 5mL de solution S à la pipette graduée de 5mL. On dépose se volume dans une fiole jaugée de contenance 100mL et on complète à l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On bouche la fiole et on agite.
~ PHYSIQUE ~
Exercice 1 : Réalisation d'un dynamomètre 10 pts
1.a. Les forces (et leurs caractéristiques) qui agissent sur le système à l’équilibre sont :
forces
caractéristiques
poidsP
tension du ressort T
direction verticale verticale
sens descendant ascendant
valeur P = mg T
point
d’application centre
d’inertie point d’attache
La masse volumique de l’air étant très faible, on pourra négliger la poussée d’Archimède de l’air dans la suite de l’exercice.
1.b. Le système est à l’équilibre dans un référentiel galiléen donc, d’après le principe d’inertie (dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse du centre d’inertie du système ne varie pas, la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur ce système est nulle et réciproquement), la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur le système est nulle :P T 0
. 1.c. Relation entre T et m : siP T 0
alors P = T or P = mg donc T = mg.
2. La grandeur x représente l’allongement du ressort
Tension du ressort en fonction de son allongem ent
T = 0,0751 x
0 1 2 3
0 10 20 30
Allongem ent du ressort x (cm ) Tension du resoort T (N)
3. La raideur k du ressort est le coefficient de proportionnalité entre T et x : c’est la pente de la droite : k = 0,075 N.cm-1 ou k = 75 N.m-1.
4.a. Par lecture graphique, pour x1 = 16 cm, la tension T1 correspondante est T1 = 12 N ; ainsi la masse est m1 = T1/g = 1,2 kg.
4.b. - La valeur indiquée par l’index a diminué car une nouvelle force s’exerce de bas en haut sur le système : c’est la poussée d’Archimède due à l’eau (elle n’est plus négligeable).
- Schéma des forces appliquées au système assimilé à son centre d’inertie G : Les forces sont le poidsP
, la tension du ressortT
et la poussée d’Archimèdea
. - Le système est immobile dans un référentiel galiléen donc, d’après le principe d’inertie, on a P T a 0
soit (selon le sens des vecteurs) P = T +a ou encore mg
= kx2 + ρeauVg.
Le volume V de la boite est donc V = 2 1, 2 10 75 0,1
0, 45
eau 1 10 mg kx
g L
.
5. Pour un allongement x3 de 20 cm, la tension du ressort correspondante est, par lecture graphique, T3 = 15 N.
Exercice 2 : Force et mise en mouvement d'un objet 3 pts
1. Un force ne peut mettre le cylindre en rotation (autour de son axe) que si sa direction ne coupe pas l’axe de rotation et ne lui est pas parallèle.
On peut donc dire que le cylindre sera mis en rotation dans les cas 3, 4, 5 et 6.
2.
T
P
G
acas 3 4 5 6 sens de la
rotation sens
trigonométrique sens
trigonométrique sens inverse
trigonométrique sens inverse trigonométrique
Exercice 3 : Force électrostatique 3,5 pts
1. Valeur de la force exercée par qA sur qB : / . A.2B
A B
k q q
F AB = 2,9.10-5 N.
La force exercée par qB sur qA est la même que la force exercée par qA sur qB : F =FB A/ FA B/ = 2,9.10-5 N.
2.
3. Si la distance est multipliée par deux, la force est divisée par 4 : F = 7,1.10-6 N.
Si la distance est divisée par deux, la force est multipliée par 4 : F = 1,2.10-4 N.
Exercice 4 : Lois de Newton : 4 pts
1) Le mobile est soumis à son poids, à la réaction du sol et à la force de tension du ressort.
2) Si les frottements sont négligeables, alors la réaction du sol est perpendiculaire au sol, dirigée vers le haut et de même norme que le poids du mobile. Donc Fext P R T T
car 0
R
P
3) On a:
1 1 3
2 8
9 7 8
. 10 . 2 , 10 2
. 60 2
10 . 6 , 2 2
s m v
M v M
Avec M7M9= 2,2 cm = 2,2.10-2 m = 60 ms = 60.10-3 s
On a:
1 1 3
2 10
11 10 9
. 10 . 6 , 10 2
. 60 2
10 . 1 , 3
2
s m v
M v M
Avec M14M16= 3,1 cm = 3,1.10-2 m = 60 ms = 60.10-3 s
Echelle: 1cm 0,10 m.s-1
B A
/
FB A
/
F
A B
4) On doit construire V9 V10 V8et placer ce vecteur au point M9. La 2ème loi de Newton nous dit que la direction de T
est la même que celle de la variation V9. Cette loi est vérifiée ici.
Exercice 5 : Construction des pyramides : 6 pts
1) Calcul du poids du bloc de pierre : P = mg = 2,5.103 × 10 = 2,5.104 N.
2) Un homme a une force de 800 N, or 31,25 800
10 . 5 , 2 800
4
P . Il faudrait donc 32 hommes pour tirer le bloc de pierre ce qui est impossible vue la taille du bloc.
3) a. On choisit le référentiel terrestre car c’est un référentiel galiléen.
b. Le système étudié est le bloc de pierre.
c. Le bloc est soumis à son poids et à la réaction du sol, réaction qui possède une composante normale et une composante tangentielle (caractérisant les frottements).
4) a. Il n’y a pas de frottements donc la force R est perpendiculaire au sol.
b. la relation est 0
Fext P R F
c. On dit alors que le solide est pseudo isolé.
d. Par le calcul :
axe x : P.sin α + F = 0 d’où F = P.sin α et le sens de F
est opposé à celui de la projection de P
.
Axe y : P.cos α + R = 0 d’où R = P.cos α et le sens de R
est opposé à celui de la projection de P
.
R
R P
F F
y
x
e. On trouve : F= 8,5.103 N
f. Pour que le bloc monte sur le plan, il faut que F soit supérieur à la composante du poids sur la ligne de plus grande pente. F > Pprojeté d’où
F > 8,5.103 N
Donc 10,6
800 10 . 5 , 8 800
3
P
.Il faut au moins 11 hommes pour monter le bloc sur le plan incliné.
