Contrôle commun de physique-chimie de 1èreS

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EPREUVE COMMUNE DE PHYSIQUE-CHIMIE
Pour les calculs, on n’oubliera pas de déterminer d’abord l’expression littérale avant de faire
l’application numérique et de donner le résultat avec un nombre de chiffres significatifs adéquat.
Partie physique : Le bobsleigh
Un bobsleigh est un traîneau qui glisse sans frottement sur une piste verglacée. Dans cette partie, nous
étudierons le mouvement d’un bobsleigh sur le début d’une piste (figure 1 ci-dessous). La poussée
d’Archimède et les frottements de l’air seront négligés dans tout l’exercice.
zone avant
le virage
phase de poussée
Figure 1
Initialement, le bobsleigh est poussé sur une portion droite de la piste considérée comme horizontale
jusqu’à ce qu’il atteigne une vitesse suffisante notée v0. A ce moment là, les sportifs intègrent tous le
traîneau pour la suite de la course.
1) a) Quelles sont les forces dont il faut tenir compte après la phase de poussée (zone avant le virage) ?
b) Quelle relation lie ces forces ? Justifiez simplement.
c) Que pouvez-vous alors dire du mouvement du bobsleigh dans le référentiel de la piste considéré
comme galiléen ? Justifiez complètement.
d) Après cette phase de poussée, le bobsleigh s’apprête à aborder le virage à gauche. Le bobsleigh
pourra-t-il finalement prendre ce virage ? Justifiez.
On souhaite que le bobsleigh prenne ce virage et soit en mouvement de rotation à la vitesse constante v0.
Afin d’étudier les conditions pour que cela soit possible, on représente sur la figure 2 ci-dessous une
partie du virage ainsi que des positions souhaitées du centre d’inertie G du bobsleigh. L’intervalle de
temps entre 2 positions successives du point G vaut t = 200 ms.
G4
G5
R
G6
O
G7
G8
G9
Figure 2
Echelle des distances : 1 cm  2 m
Echelle des vitesses : 1 cm  6 m.s-1
2) Exprimez le vecteur variation de vitesse vG6 en
fonction de vecteurs vitesse.
3) Déterminez v0 en m.s-1 et en km.h-1.
4) Tracez à l’échelle sur la figure 2, les vecteurs vitesse
permettant d’obtenir vG6 et le vecteur vG6.
5) Quels sont donc la direction et le sens que doit avoir la
somme des forces appliquées au bobsleigh pour qu’il
décrive ce virage à la vitesse constante v0 ? Justifiez.
6) On aurait pu obtenir plus précisément la valeur de la
vitesse v0 par une autre méthode :
a) Déterminez la vitesse angulaire ω0 à l’aide d’une
mesure effectuée sur la figure 2 que l’on précisera.
b) Calculez, à l’aide de ω0, la valeur précise de v0.
Pour réaliser la condition de la question 5), on relève le
virage, comme le montre la figure 3 sur la page suivante.
7) Représentez sur la figure 3 (sans souci d’échelle) les
forces qui s’exercent sur le bobsleigh dans cette
condition.
point G
O

Figure 3 (pas à l’échelle)
8) *Montrez (à l’aide d’une construction géométrique)
que pour une certaine valeur de la réaction de la piste,
la somme des forces peut respecter la condition
obtenue à la question 5).
Calculez finalement cette valeur pour un bobsleigh de
masse totale m = 102 kg lorsque l’angle  vaut 30°.
Donnée : l’intensité de la pesanteur vaut g = 9,8 N.kg-1
Partie chimie : Acidité excessive dans l’estomac
Les contractions de l’estomac brassent les aliments imprégnés par la salive avec le suc gastrique (que
produit l’estomac). Ce suc est surtout composé d’acide chlorhydrique.
Malheureusement, on a parfois mal à l’estomac en raison d’une production trop importante d’acide
chlorhydrique. Dans ce cas, on peut ingurgiter de l’hydrogénocarbonate de sodium en poudre NaHCO3(s)
(appelé également bicarbonate de soude) que l’on trouve en pharmacie afin d’apaiser l’estomac.
On se propose ici d’étudier entre autres la réaction qui se produit lors de l’apaisement de l’estomac.
Solution d’acide chlorhydrique :
Au laboratoire, on peut préparer une solution S1 d’acide chlorhydrique en dissolvant 11,0 cL de chlorure
d’hydrogène (gazeux dans les conditions normales de température et de pression) dans de l’eau pure afin
d’obtenir une solution de concentration molaire C1 = 0,0046 mol.L-1.
1) Ecrivez l’équation-bilan de la dissolution du chlorure d’hydrogène dans l’eau pure.
Cette dissolution correspond en fait à une réaction acido-basique.
2) a) Donnez la définition d’un acide selon Brønsted.
b) Quelle est donc l’espèce chimique qui joue le rôle d’acide dans cette réaction ? Donnez le couple
associé à cette espèce chimique.
c) Quel est le rôle joué par l’autre réactif ? Ecrivez le couple correspondant.
d) Vérifiez l’exactitude de l’équation-bilan de la réaction à l’aide des demi-équations.
3) Calculez la quantité de matière de chlorure d’hydrogène qui a été utilisé pour préparer la solution.
Solution d’hydrogénocarbonate de sodium :
On souhaite préparer un volume V2 = 100 mL de solution S2 d’hydrogénocarbonate de sodium de
concentration Cm = 4,20 g.L-1 par dissolution de poudre NaHCO3(s) que l’on peut trouver en pharmacie.
4) Quelle est la masse m2 de poudre à dissoudre pour réaliser S2 ?
5) Rédigez précisément le protocole expérimental de la préparation de cette solution.
6) Démontrez que la concentration molaire de la solution S2 vaut C2 = 5,0×10-2 mol. L-1.
Réaction finale :
On mélange alors un volume V1 = 1,0 litre de solution S1 d’acide chlorhydrique avec le volume V2 = 100
mL de solution S2 d’hydrogénocarbonate de sodium.
7) Démontrez qu’une réaction va se produire et que son équation-bilan est :
H3O+(aq) + HCO3-(aq)  H2O(l) + CO2,H2O(aq)
8) Réalisez les calculs de quantités de matière nécessaires, puis dressez le tableau d’avancement associé
à la réaction qui se produit.
9) Peut-on dire que l’acidité (liée à la solution d’acide chlorhydrique) a été totalement neutralisée lors du
mélange de S1 et S2 ? On justifiera clairement la réponse à l’aide du tableau.
10) Quel est le volume du mélange (on suppose qu’il ne varie pas au cours de la réaction) ?
11) *Déterminez la conductivité du mélange une fois la réaction terminée, c’est-à-dire dans l’état final (on
notera les étapes nécessaires permettant d’aboutir au résultat).
Données : couple CO2,H2O(aq)/HCO3-(aq) ; M(NaHCO3) = 84 g.mol-1 ; λ(Cl-(aq)) = 76,3×10-4 S.m².mol-1
; λ(HCO3-(aq)) = 4,45×10-3 S.m².mol-1 ; λ(Na+(aq)) = 50,1×10-4 S.m².mol-1 ; volume molaire dans les
conditions normales Vm = 24 L.mol-1.