DEVOIR COMMUN PHYSIQUE CHIMIE 1ère S Lundi 3 mai 2010 – Durée : 3h
Toute réponse doit être rédigée avec une phrase. La clarté, la précision de l’explication ainsi que l’orthographe rentrent en compte dans la notation de votre copie.
Le barème (sur 50 points) est indicatif, il est susceptible d’être modifié.
La calculatrice programmable est autorisée. Tout document est bien sûr interdit PARTIE CHIMIE
Exercice 1 : Dosage d’une solution d’hydroxyde de potassium par conductimétrie. 10 pts
On prépare une solution S d’hydroxyde de potassium en dissolvant environ m= 0,6 g d’hydroxyde de potassium solide dans un litre d’eau distillée.
1. Calculer une valeur approximative de la concentration c en soluté apporté de la solution S.
2. On souhaite déterminer précisément la concentration de la solution S à l’aide d’un titrage conductimétrique. Pour cela, on introduit dans un bécher V= 20,0 mL de la solution S auquel on ajoute
Ve= 150 mL d’eau distillée.
On titre le mélange par de l’acide chlorhydrique de concentration c’= 0,0150 mol.L-1en soluté apporté. Au cours de ce titrage, on suit l’évolution de la conductivité σ en fonction du
volume d’acide chlorhydrique versé.
Pourquoi rajoute-t-on de l’eau distillée ? Est-ce que cela change les résultats du dosage ? 3. Ecrire l’équation chimique de ce titrage.
4. Exprimer la quantité de matière initiale nHO- en ions hydroxyde présents dans le bécher en fonction de c et V.
5. On appelle V’éq le volume d’acide chlorhydrique versé à l’équivalence. Exprimer la quantité de matière n’éq en ions oxonium introduite dans le bécher entre le début du titrage et l’équivalence en fonction de c’ et V’.
6. Etablir un tableau d’avancement à l’équivalence.
7. A l’aide du tableau, estimer la valeur du volume V’éq d’acide chlorhydrique versé à l’équivalence en utilisant la valeur numérique de c déterminée à la question 1.
8. Le suivi conductimétrique permet de tracer la courbe σ=f(V).
Faire la liste des ions présents en solution avant l’équivalence, puis indiquer l’évolution de leur concentration.
Faire de même après l’équivalence et en déduire une interprétation de l’allure de ce graphe.
9. Déterminer la valeur du volume V’éq versé à l’équivalence. Comparer au volume estimé à la question 5.
10. Déterminer une valeur précise de la concentration c de la solution S en utilisant la relation déterminée à la question 5.
Données : M(K)=39,0 g.mol-1 M(O)=16,0 g.mol-1 m(H)=1,00 g.mol-1
Exercice 2 : Eléments chimiques et chimie organique. 2,5 pts
1. Rappeler la définition d’une espèce chimique organique.
2. Parmi les espèces chimiques suivantes : méthane CH4, dioxyde de carbone CO2, éthylène C2H4, éthanol C2H6O, lesquelles sont organiques ?
Exercice 3 : Un peu de nomenclature en chimie organique. 10 pts
1. Ecrire la formule semi-développée du pentane et celle de l’éthane.
2. Ecrire la formule du 2-méthylpentane et celle du 3-méthylpentane.
3. Comment appelle-t-on l’hydrocarbure linéaire saturé qui possède quatre atomes de carbone ? 4. Comment appelle-t-on l’alcane qui possède une chaîne de trois atomes de carbone avec une
ramification « méthyle » sur le carbone central ?
5. Comment appelle-t-on l’alcane constitué d’un carbone possédant quatre voisins CH3 ? 6. Même question en remplaçant deux voisins CH3 par des voisins C2H5.
7. Nommer les alcènes linéaires possédant cinq atomes de carbone.
Exercice 4: Chimie organique. 3 pts
1. Nommer les espèces chimiques dont les formules sont représentées ci-dessous :
2. Y a-t-il des isomères ? Lesquelles?
Exercice 4 : Ecriture topologique. 3 pts
Donner l’écriture topologique des alcènes suivants : 1. C2H4
2. C3H6
3. C4H8 (Il y a trois possibilités dans ce cas.)
PARTIE PHYSIQUE
Exercice 5 : Tension maximale et résistance de protection. 3 pts
On dispose d’un générateur de tension variable (de 0 à 12 V) et d’un dipôle que l’on assimile à un conducteur ohmique de résistance R égale à 15 Ω et de puissance maximale admissible Pmax égale à 5 W.
1. Quelle est la tension maximale Emax à ne pas dépasser aux bornes du générateur ?
2. Pour éviter de détériorer le dipôle, on introduit dans le circuit une résistance de protection Rp.
Quelle doit être la valeur minimale de Rp si on règle la tension aux bornes du générateur à 12 V ?
Exercice 6: Puissance et énergie. 3 pts
Un moteur électrique reçoit de l’énergie d’un générateur. Il fournit une énergie utile de 120 kJ par minute et dissipe par effet Joule une puissance de 1000 W.
1. Calculer la puissance fournie par le générateur.
2. Le moteur fonctionne pendant une demi-heure. Quelle énergie fournit le générateur ?
Exercice 7 : Résistance et intensité. 2 pts
On considère le schéma électrique ci-dessous.
1. Calculer la résistance équivalente entre A et C.
2. En déduire l’intensité du courant délivré par le générateur.
Données : E=8 V ; R1=1 kΩ ; R2=2 kΩ ; R3=1,5 kΩ.
Exercice 8 : Résistances en série. 2 pts
Deux conducteurs ohmiques de résistance R1 et R2 sont branchés en série. Aux bornes de cette association, est appliquée une tension de douze volts.
1. Calculer l’intensité du courant traversant ces conducteurs.
2. En déduire la tension aux bornes de chaque conducteur.
Données : R1=2 kΩ ; R2=1,7 kΩ.
Exercice 9 : Perte en ligne lors du transport de l’énergie électrique. 11,5 pts
On admet que l’on peut utiliser les formules du cours établies en courant continu bien qu’en réalité, le transport de l’énergie électrique s’effectue en courant alternatif.
Le but de cet exercice est de comprendre pourquoi il est nécessaire d’utiliser de fortes tensions dans les lignes électriques pour limiter les pertes. Le schéma simplifié du transport d’énergie électrique est donné ci-dessous.
La résistance R d’un conducteur dépend de sa nature et de sa géométrie :
S R . l
où : l est la longueur du fil considéré (en m) ;S est la surface de la section du fil (en m2) ; ρ est la résistivité du conducteur (en Ω.m).
1.
a. Exprimer la puissance P fournie par EDF.
b. Exprimer la puissance PJ dissipée dans les lignes par effet Joule en fonction de P, R et U.
2. On souhaite minimiser les pertes par effet Joule.
a. En utilisant la relation établie à la question 1.b, montrer qu’il faut minimiser la valeur de R. Sur quelles grandeurs peut-on influer ?
b. Faut-il augmenter ou réduire la section des fils ? Est-ce réalisable ?
3. Quelle solution reste-t-il pour limiter les pertes par effet Joule dans les fils ? Que signifie l’expression « transport sous THT » ?
4. Supposons que la ligne de transport soit en cuivre et qu’on ait : S=10 mm2 et l=100 km.
a. Calculer la résistance du fil.
b. En supposant que la puissance fournie par une centrale est de 9 MW, calculer la puissance dissipée par effet Joule dans la ligne pour une tension U égale à 400kV.
c. Calculer à nouveau cette puissance pour U égale à 40 kV.
d. Conclure.
5. Quelle doit être la section du fil si l’on souhaite transporter ce courant sous tension de 40 kV avec une perte par effet Joule égale à celle calculée à la question 4.b ?
Conclure.
Données :
Matériau Résistivité (en Ω.m)
Ag 1,6.10-8
Cu 1,7.10-8
C (graphite) 1,2.10-5
Si 6,2.10-2
