1 7 Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 Discipline Physique-Chimie Durée 3h Option Science physique Coefficient 7 L’usage de la calculatrice scientifique non programmable est autorisé Le sujet comporte 4 exercices CHIMIE (7 points) Etude d’une solutions aqueuse de l’acide ibuprofène et d’une solution aqueuse de la base ammoniac. Physique (1) :(4,5 points) Propriétés des ondes ultrasonores. Physique (2) :(4,5 points) Etude de réactions de fusion nucléaire, fission nucléaire et la radioactivité. Physique (3) :(4 points) Propriétés des ondes lumineuses 2 Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 7 Chimie :(7pts) I- Les laboratoires Boots développent en 1960, l’ibuprofène de formule brute C13H18O2 L’ibuprofène est la substance active de nombreux médicaments (lutte contre la fièvre, les maux de tête ou encore les courbatures). On introduit un comprimé d’ibuprofène de masse m, dans un bécher et on ajoute environ V1 40 ml d’eau distillée, on obtient une solution ( S 1 ) de concentration molaire en 2 1 soluté C 1 10 mol .l et de PH 1 3,25 M ( C 15 H 18 O2 ) 206 g.mol 1) Définir un acide selon Bronsted et calculer m. 0,5pts 1 2) On note, l’ibuprofène par la formule RCOOH et sa base conjuguée par RCOO , écrire l’équation de la réaction entre RCOOH et l’eau puis dresser le tableau descriptif d’avancement. 0,75pts PH 1 10 3) Montrer que le taux d’avancement s’écrit sous la forme 1 C1 valeur et déduire la nature de la transformation. .Calculer sa 0,5pts 12 4) Définir la constante d’équilibre K , montre que K C 1 et calculer sa valeur. 1 1 0,75pts 5) Lorsqu’ on ajoute le volume Veau d’eau distillée au volume V1 40 ml de la solution ( S 1 ) , on obtient une solution ( S 2 ) de concentration C 2 10 3 mol .l 1 . 5-1) Calculer Veau . 0,5pts 5-2) Montrer que la nouvelle valeur du taux d’avancement est donnée par la relation suivante : K 4C 2 0,5pts 2 1 1 2C K 2 5-3) Calculer 2 et PH 2 . 0,5pts II- Etude d’une solution d’ammoniac NH 3 . On dissout dans un volume d'eau, un volume V ( NH 3 ) du gaz NH 3 . Le PH de la solution S obtenue vaut PH 10 ,6 , sa concentration en soluté ammoniac 2 apporté est C B 10 mol .l 1 et son volume est Vs 500 ml . On donne : Le volume molaire VM 24 l / mol et le produit ionique de l’eau : 14 Ke H 3O éq HO éq 10 à 25C .Le produit ionique de l’eau. 3 Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 7 1) 2) 0,5pts Calculer le volume V ( NH 3 ) . Ecrire l’équation de la réaction de dissolution de NH3 dans l’eau et construire le tableau descriptif de l'évolution du système. 0,5pts HO 10 PH 14 CB CB 3) Montrer que le taux d'avancement final peut s'écrire 4) 5) 0,5pts et déduire la nature de cette transformation. Calculer la constante d’équilibre K associée à l’équation de cette réaction. 0,5pts Calculer la conductivité de cette solution. On donne les conductivités molaires ioniques des ions majoritaires : 0,5pts HO 19,86 S .m 2 .mol 1 , NH 4 7 ,35 S .m 2 .mol 1 à 25C 6) Montrer qu’on peut écrire la vitesse volumique de réaction sous la forme : 1 V(t ) HO NH 4 d . . dt 0,5pts Physique1 :(4,5pts) L’écholocalisation des chauves-souris. La chauve-souris recourt aux ultrasons pour estimer la distance à un objet (obstacle fixe, proie…), les organes sensoriels de la chauve-souris enregistrent le retard de l’écho par rapport à l’émission du signal. Ainsi, pour qu’une proie soit détectable, elle doit avoir une dimension voisine du double de la longueur d’onde des ultrasons émis. 1 Vitesse du son (ou des ultrasons) dans l’air : C 340 m .s . 1) L’onde ultrasonore est une onde : 1-1) Longitudinale ou transversale ? 0,25pts 1-2) mécanique ou électromagnétique ? 0,25pts 1-3) la fréquence de l’onde ultrasonore est : ( a ) : 20 Hz f 20 KHz ou ( b ) f 20 KHz . Donner la réponse juste. 0,25pts 2) À partir du doc(1), déterminer la fréquence f du signal émis par les chauves-souris. 0,5pts 3) Calculer la longueur d’onde correspondante, puis en déduire la dimension d’une 0,5pts proie pour qu’elle soit détectable. 4) Sachant que la vitesse de propagation des ondes sonores et ultrasonores est donnée par la P m masse volumique du V milieu gazeux de propagation et une constante sans unité. On donne 1,4 pour l’air et l’équation des gaz parfaits : P .V n.R.T . relation suivante : C 5) avec P la pression du gaz, 4 7 Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 4-1) Trouver l’expression de la vitesse de l’onde sonore la masse molaire du gaz. 0,75pts C en fonction , R ,T et M 4-2) Calculer la température en degré Celsius sachant que M ( air ) 29 g.mol 6) Une chauve-souris émet à to 1 . 0,5pts une impulsion sonore alors qu'elle se trouve à une distance D , d'un mur et qu'elle se déplace vers cet obstacle avec une vitesse V . Elle le capte à l’instant t après réflexion sur le mur. On donne les signaux émis et reçus par la chauve-souris après réflexion sur le mur : Document (2) 5-1) Trouver graphiquement le décalage horaire entre l’émission et la réception de l’onde ultrasonore t t t o . 0,25pts 5-2) En utilisant le document (3), démontrer, que l’expression de la distance D est donnée par la relation suivante : D ( C V ). t 2 0,75pts 5-3) Calculer V et d. 0,5pts Document (1) : Signal émis par les chauves-souris. 200 s 3 Document (2) : Signaux émis et reçu par la chauve-souris après réflexion sur un mur. 5 Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 7 Document (3) Onde émise Obstacle Onde reçue D d d D 34 ,5m Physique2 :(4,5pt s) I- la fusion nucléaire contrôlée. L’équation nucléaire de la fusion nucléa ire contrô lée DT dans un réacteur nucléaire , 2 3 c'est-à-dire de la fusion entre un noyau de deutérium 1 H et un noyau de tritium 1 H , au 4 cours de laquelle se forme un noyau d'hélium 2 He est la suivante : 2 1 H 1 H 3 4 2 He 0 n 1 2 3 Pour que la fusion ait lieu, il faut que les noyaux 1 H et 1 H entrent en contact. Celui-ci n'est possible que si l'agitation thermique, c'est-à-dire l'énergie cinétique EC des noyaux, est suffisamment importante : EC 0,35 MeV , donc la température doit atteindre au 9 minimum la valeur 2,7.10 K . 0,5pts 1-1) Définir les isotopes. 0,25pts 1-2) Calculer E l’énergie libérée au cours de la formation d’un noyau d’hélium 2 He 4 1-3) La réaction nucléaire qui se produit au Soleil est la fusion nucléaire et sa température 6 interne n'est que de 15.10 K .Quelle conclusion vous inspire la comparaison de ces deux températures ? 0,25pts II- La fission nucléaire. Le bombardement d'un noyau d'uranium 235 par un neutron peut produire un noyau de strontium et un noyau de xénon selon l'équation suivante / 235 92 U 01 n 94 Z A Sr 54 Xe 3( 01 n ) 1) Qu'appelle-t-on réaction de fission ? 0,25pts 2) Quelle est la condition nécessaire pour réaliser la réaction de fission ? 0,25pts 6 3) 4) Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 7 Déterminer les valeurs des nombres A et Z. 0,5pts Calculer en MeV l'énergie libérée par la réaction de fission de 4,7g d'uranium 235 On donne : 1u 1,66.10 27 Kg 931,5 Mev / C 2 1 Noyaux et neutron H 2,01355 Masses en u Uranium 235 235 92 U 234,9942 III- L’américium 241 95 2 0,75pts 3 1 4 2 H 3,01550 Xénon A 54 Xe 138,8892 1 0 He 4 ,0015 n 1,00866 Strontium 94 Z Sr 93,8945 Am est noyau radioactif émetteur de particules ,son noyau fils Np et sa demi-vie est t 1/ 2 433ans. 1) Donner la loi décroissance radioactive et démontrer que t 1/ 2 ln( 2 ) . 0,5pts est le neptunium A Z 2) Calculer l’activité ao d’un échantillon de masse mo 4,82g de 241 95 Am . 0,5pts On donne :masse molaire de l'américium 241 : M(241Am) = 241 g.mol-1 constante d'Avogadro : NA = 6,0 x 1023 mol-1. 3) On pose à l’instant t : r N ( Am ) A avec : N ( Np ) nombre de noyau Z Np formés et N (Np) N (Am) nombre de noyau 95 Am restant. Montrer que t 241 t 1/ 2 1 ln( 1 ) . 0,75pts ln( 2 ) r Physique3 :(4 pts) On utilise les rayons lasers dans plusieurs domaines, parce qu’ils ont des propriétés optiques et énergétiques intéressantes. Un faisceau laser, émettant une radiation monochromatique de longueur d’onde est placé devant une plaque ayant une fente horizontale de largeur a. Sur un écran (E) placé à une distance D 1,5m de la fente, on observe une figure constituée de taches lumineuses dont la tache centrale a une largeur L 3cm (voir schéma ci-dessous), 7 7 Examen normalisé premier semestre. Année scolaire : 2017-2018 L 1) Donner le nom de ce phénomène et quelle est la nature de la lumière que montre cette expérience ? 0,5pts 2) Donner la condition nécessaire que doit vérifier a pour réaliser cette expérience? 0,5pts 3) Montrer que a.L 0,75pts 2D 4) La figure (2) est la représentation Figure (2) 1 a graphique de la fonction : L f 4-1) Trouver graphiquement la valeur de la longueur d’onde et calculer a . 0,75pts , 4-2) Calculer la fréquence de cette onde. 0,25pts 4-3)Calculer E l’énergie de cette radiation. 8 0,5pts On donne : C 3.10 m / s 34 h 6 ,63.10 J .s constante de Planck 5) Un faisceau lumineux formé de deux radiations , l’une rouge de longueur d’onde oR 750nm et l’autre violette de longueur d’onde oV 450nm , se propage dans un milieu dont l’indice de réfraction est donné par la relation de Louis Cauchy suivante : n A Calculer B et nV . 0,75pts On donne : nR 1,618 et A 1,6 B avec A et B sont des constantes. o2
