Bac blanc GSEM 2014

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Cette épreuve comporte trois (03) pages numérotées 1/3 ; 2/3 et 3/3.
EXERCICE I : Charge massique et charge de l’électron (05 points)
Le montage ci-dessous comprend un tube à vide dans lequel un faisceau d'électrons est dévié entre deux plaques
chargées P et N. On mesure la déviation verticale, notée h, du faisceau lors de la traversée des plaques sur une
longueur L, afin de déterminer le rapport e
m, appelé charge massique.
Les électrons sortent du canon avec une vitesse  v
0. Le poids des électrons est négligeable devant la force
électrostatique.
Données : | | E| | = 15.10
V m  ; L = 8,50 cm ; h = 1,85 cm ; | | 
v
0| | = 2,27.10 m.s  ; e = 1,6.10  C
1. Représente le vecteur champ électrostatique E ainsi que la force  F que subi un électron entre les plaques. (0,5 pt)
2. Justifie que les électrons sont chargés négativement. (0,25 pt)
3. Écris la relation entre le vecteur force électrostatique  F et le vecteur champ électrostatique  E. (0,25 pt)
Justifie que le sens de déviation des électrons est cohérent avec le sens de  F. (0,25 pt)
4. Équation cartésienne de la trajectoire de l’électron
4.1 Dans le repère de la figure, détermine les coordonnées du vecteur accélération  a. (0,25 pt)
4.2 Établis l’équation cartésienne de la trajectoire d’un électron entre P et N. Donne sa nature. (1,5 pts)
5. Utilisation de l’équation cartésienne
À la sortie des plaques, au point T, la déviation verticale des électrons est h.
5.1 Établis l'expression du rapport e
m en fonction de E, L, h et v
0. (1 pt)
5.2 Calcule sa valeur. On précisera son unité dans le système international. (0,5 pt)
5.3 Sachant que la masse de l’électron est m = 0,91.10 
kg, détermine sa charge q. (0,5 pt)
v
0
h
Groupe Scolaire Edoukou Miezan de
Grand-Bassam
BP : 618 Tel : [phone]
SERIE: D
PHYSIQUE-CHIMIE
Durée : 3 heures
SESSION : Février 2014 Coefficient : 4
BAC BLANC
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EXERCICE II : Spectrographe de masse (05 points)
Afin de déterminer si un patient a consommé de la codéine, de l’héroïne ou de la morphine, des échantillons
moléculaires, prélevés sur ce patient, sont confiés pour analyse à un laboratoire spécialisé.
Pour mesurer avec une très grande précision, la masse des particules, le laboratoire utilise le spectrographe de
masse constitué de deux dispositifs basés sur l’étude des mouvements de particules chargées soumises à des
forces électriques et (ou) magnétiques, dans un vide très poussé.
Dans tout l’exercice on négligera le poids des particules devant les autres forces qui interviennent.
On considère le référentiel d’étude comme galiléen.
Dans la chambre (I), les molécules X à analyser vont être ionisées par bombardement électronique et donner des
ions X
de charge q= + e = 1,6.10  C.
Dans la chambre (II), entre les plaques (P
) et (P ) planes et parallèles, on applique une tension accélératrice
U
P
1P 2 = U = 8000V permettant de donner aux ions X
une vitesse v.
1.
1.1 Représente sur le schéma, les sens du vecteur champ électrique  E et du vecteur la force électrique  F
e pour
que des ions positifs, sortant de la chambre d’ionisation en O
 avec une vitesse nulle, aient, dans la
chambre d’accélération, un mouvement rectiligne uniformément accéléré suivant la direction O
O . (0,5pt)
1.2 Déduis, en justifiant, le signe de la tension accélératrice U
P
P . (0,25pt)
1.3 En appliquant le théorème de l’énergie cinétique à l’ion X
, détermine son énergie cinétique E C
 lorsqu’il
pénètre en O
 dans la chambre de déviation. (0,5pt)
1.4 Justifie que la vitesse de passage de l’ion en O
 a pour expression v = 2eU
m. (0,25pt)
2. Enfin dans la chambre (III), il existe un champ magnétique de direction orthogonale au plan de figure
et de norme | | B| | = 1,8T. L’ion X
, animé de la vitesse 
v pénètre en O
 dans cette zone suivant l’axe (O x).
2.1 Rappelle l’expression de la valeur de la force de Lorentz  F
m
s’exerçant sur l’ion X
. (0,25pt))
2.2 Indique sur la figure, le sens du vecteur  F
m
au point O
 pour que la déviation à partir de O  se fasse du
côté positif de l’axe (O
y). (0,25pt)
Précise sur la figure le sens du vecteur champ magnétique  B. (0,25pt)
2.3 Démontre que le mouvement de l’ion X
dans la chambre (III) est uniforme. (0,5pt)
2.4 Montre que l’ion X
décrit dans cette zone un arc de cercle de rayon R = mv
eB. (0,5pt)
3. Établis l’expression du rayon du cercle trajectoire en fonction de U, m, e et B . (0,5pt)
4. L’ion X
est recueilli au point A tel que : O A = 0,242m.
Détermine la masse m de l’ion X
et identifie la substance X. (0,75pt)
On donne : masse du proton : m 1,661.10 
kg ; Charge élémentaire : e = 1,6.10  C
Masses molaires moléculaires en g.mol 
: héroïne : 369 ; codéine : 299 ; morphine : 285
B
v
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EXERCICE III : Dosage acide - base. (05 points)
Les expériences sont réalisées à 25°C.
1. On dispose d’une solution d’acide méthanoïque HCOOH de concentration C
A = 0,1mol.L  et de pH = 2,4.
1.1 Vérifie que l’acide méthanoïque est un acide faible. (0, 25 pt)
1.2 Écris l’équation-bilan de la réaction de cet acide avec l’eau. (0,25 pt)
1.3 Calcule les concentrations de toutes les espèces chimiques présentes dans la solution. (1 pt)
2. Dans un bécher, on prend un volume V
A = 20 mL de cet acide. On y ajoute un volume V B d’une solution
aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration C
B = 0,25 mol.L  .
2.1 Écris l’équation–bilan de la réaction (0,25 pt)
2.2 Calcule le volume V
BE d’hydroxyde de sodium qu’il faut verser pour obtenir l’équivalence. (0,25 pt)
2.3 Le pH de la solution à l’équivalence vaut alors 8,3.
Justifie le caractère basique de la solution à partir des espèces chimiques présentes. (0,5 pt)
2.4 Quand on a versé un volume de soude V
B = V
BE
2, le pH vaut 3,8.
2.4.1 Montre en utilisant les approximations habituelles, que cette valeur du pH est égale à celle du pKA
du couple HCOOH / HCOO
. (1 pt)
2.4.2 Donne le nom et la définition de la solution obtenue lorsque V
B = V
BE
2. (0,5 pt)
2.5 Quand V
B devient très largement supérieur à V BE, calcule la valeur limite du pH de la solution. (0,25 pt)
3. En tenant compte des points remarquables rencontrés précédemment, trace l’allure de la courbe de variation
du pH en fonction du volume V
B de solution d’hydroxyde de sodium versé dans le bécher. (0,75 pt)
EXERCICE IV : Détermination de la formule d’un alcène (05 points)
On dispose d’un alcène X de formule brute C
H  dont on veut déterminer la formule semi développée par des tests
expérimentaux.
1. On réalise l’hydratation de cet alcène.
Indique la formule brute et la fonction des composés que peut donner cette réaction. (0,5 pt)
2. L’hydratation a donné en fait deux composés A et B qui ont été séparés. L’un des composés s’obtient en
grande quantité, l’autre en faible quantité. Le composé A n’est pas oxydable à froid par les oxydants usuels.
2.1 Indique la formule semi développée et le nom de A. (0,5 pt)
2.2 Donne par conséquent les deux formules semi développées possibles de l’alcène de départ X. (0,5 pt)
3. Le composé B, oxydé par le permanganate de potassium (K
; MnO  ) en milieu acide, donne un composé C.
Traité par la 2,4-DNPH, le composé C donne un précipité solide jaune vif. De plus le composé C n’est pas
oxydable par les oxydants usuels comme le nitrate d’argent ammoniacal (réactif de Tollens) ou la liqueur de
Fehling.
3.1 Précise les fonctions chimiques de C et B. (0,5 pt)
3.2 En déduis la formule semi développée et le nom de l’alcène X. (0,5 pt)
3.3 Donne la formule semi développée et le nom des composés B et C. (0,5 pt)
3.4 On désire écrire l’équation bilan de la réaction de transformation de B en C par le permanganate de
potassium.
3.4.1 Écris les demi-équations redox ou électroniques. (0,5 pt)
3.4.2 En déduis l’équation bilan de cette réaction.(0,5 pt)
4. On fait réagir du sodium sur une masse m
B = 2,53g du composé B. Il se forme un composé organique D et du
dihydrogène.
4.1 Écris l’équation bilan de la réaction qui s’est produite et la formule semi développée de D. (0,5 pt)
4.2 Calcule le volume de dihydrogène dégagé. (0,5 pt)
Données : masse molaires atomique en g/mol : C : 12 ; H : 1 ; Na : 23 ; O : 16
couple oxydant/réducteur : MnO
/Mn ; volume molaire : v m = 22,4 L/mol
B O N N E C H A N C E !
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