BAC 2017 série C-SI Corrigé 3

BAC 2017
-
SERIE C
Page
1
/
8
CORRIGE DE L
’EPREUVE DE SCIENCES PHYSIQUES BAC SERIE C
–
SESSION DE JUILLET
201
7
CHIMIE
On se propose de déterminer le pH d'une solution obtenue en mélangeant
une solution aqueuse
d'acide chlorhydrique et une solution aqueuse
d'hydroxyde de sodium.
1
-
On dispose d'une solution commerciale d'acide chlorhydrique dont
l'étiquette porte les
indications suivantes :
-
densité par rapport à l'eau d= 1,1 ;
-
pourcentage en masse d'acide pur .7 = 20%
A partir de cet acide on prépare une solution aqueuse SA de
vo
lume V = 200 mL et de
concentration molaire CA = 1,0.10
-
1
mol
.L
-
1
.
1.1
-
Définir une solution.
1.2
-
Ecrire l'équation
-
bilan de la réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau.
1.3
-
Déterminer le volume initial V
o
de la solution commerciale qu'il faudra
prélever.
2
-
On prépare une solution aqueuse S
B
d'hydroxyde de sodium de
pH = 12 et de volume
V'e=100 mL
2.1
-
Donner la formule statistique de l'hydroxyde de sodium.
2.2
-
Ecrire l'équation
-
bilan de la réaction de sa di
ssolution.
2.3
-
Déterminer la masse m
B
d'hydroxyde de sodium nécessaire pour
préparer cette solution.
3
-
On mélanze les deux solutions aqueuses SA de concentration
molaire CA = 1,010
-
1
mol.L
-
1
.
et de volume VA =200 mL
et Se de concentration molaire
CB de concentration
CB = 1,0.10
-
2
mol. L
-
1
de volume VB = 100 mL
3.1
-
Définir une réaction acido
-
basique.
3.2
-
Ecrire l'équation
-
bilan simplifiée de la réaction qui a lieu.
3.3
-
Déterminer le
pH
du mélange obtenu.
Données : Masses molaires atomiques en
g.mol
-
1
:
M(Cl)
35,5 ; M(H) = 1,0 ; M(Na) = 23,0 ; M(0) = 16,0.
Masse volumique de l'eau
p
eau = 1,0 g. cm
-
3
.
ITEMS
Pondé
-
ration
É
NONC
É
1 (36 points)
1.1
Mélange
Liquide
(
homogène
)
obtenu par dissolution
d’un
ou plusieurs solutés
dans un solvant
4
1.2
HCl + H
2
O
→ H
3
O
+
+ Cl
-
4
1.3
Loi de conservation
: n
0
= n
A
(a)
⇒
C
0
V
0
=C
A
V or
M(HCl).
P.d.a
C
eau
0
D’où
eau
A
0
P.d.a
V
100.MC
V
ou
eau
A
0
P.d.a
V
.MC
V
(b)
V
0
=3,3.10
-
3
L=3,3mL
(c)
4
2.1
NaOH
4
2.2
OH
Na
NaOH
O
H
2
4
2.3
On a
:
n
=
୫
୑
et
C
=
୬
୚
(a)
B
'
B
B
'
B
'
B
B
.M
.V
OH
.M
.V
C
m
soit
B
'
B
pKe)
(pH
B
M
V
10
m
(b)
A.N.
g
4,0.10
m
2
B
(c)
4
3.1
C’est une réaction de transfert de protons
d’un acide
vers la base
.
4
3.2
H
3
O
+
+ OH
-
→ 2H
2
O
.
4

BAC 2017
-
SERIE C
Page
2
/
8
3.3
On
a
:
pH
=
−
log
[
H
ଷ
O
ା
]
et
n
(
H
ଷ
O
ା
)
୰ୣୱ୲ୟ୬୲
=
n
(
H
ଷ
O
ା
)
୧୬୧୲୧ୟ୪
−
n
(
OH
ି
)
୧୬୧୲୧ୟ୪
(a)
avec
B
A
initial
B
initial
3
A
B
A
restant
3
3
V
V
)
(OH
n
)
O
(H
n
V
V
)
O
n(H
O
H
B
A
B
B
A
A
3
V
V
V
C
V
C
O
H
(b)
B
A
B
B
A
A
V
V
V
C
V
C
log
pH
A.N:
pH
=1,2.
(c)
4
Lors d'une séance de cours, un enseignant organise une expérience
de
démonstration afin de réaliser la synthèse
d'un composé organique à
odeur de banane. Pour cela,
l'enseignant désigne l'élève MOUKETOU qui
fait réagir
selon le protocole établi, l'acide ét
hanoïque et l'alcool de
formule
sem
i développée ci
-
contre :
1
-
MOUKETOU ajoute un peu d'acide sulfurique au mélange et le chauffe.
1.1
-
Nommer la réaction qui a lieu.
1.2
-
Justifier l'utilité d'ajouter l'acide sulfurique puis de chauffer le
mélange.
1.3
-
Ecrire l'équation bilan de cette réaction.
2
-
MOUKETOU a mélangé une masse m
1
= 16,0 g d'acide éthanoïque
pur et une masse
rn
2
= 8,0 g d'alcool.
2.1
-
Donner les caractéristiques de cette réaction.
2.2
-
Montrer que le mélange ainsi réalisé n'est pas
équimolaire.
2.3
-
Calculer le rendement r de cette réaction sachant qu'on a
obtenu une masse d'ester
m
e
= 8,2 g.
3
-
Afin de parvenir à une réaction totale, l'enseignant ordonne à
MOUKETOU de faire réagir
une masse d'alcool m
ai
= 8,0
g
et une masse
É
NONC
É
2
(
36
points
)
1.1
Réaction
d’estérification (estérification
-
hydrolyse)
4
(2)
1.2
Pour rendre la réaction plus rapide
4
1.3
CH
3
COOH
+
CH
3
-
CH(CH
3
)
-
CH
2
-
CH
2
-
OH
⇄
CH
3
COO
-
CH
2
-
CH
2
-
CH(CH
3
)
-
CH
3
+H
2
O
4
2.1
Réaction lente, limitée et athermique.
4
(2)
2.2
On a
:
1
1
1
M
m
n
et
2
2
2
M
m
n
(a)
0,27mol
60,0
16,0
M
m
n
1
1
1
0,091mol
88,0
8,0
M
m
n
2
2
2
Le mélange non
équimolaire car n
1
≠n
2
(
0,
27
≠
0,091
)
(b)
4
2
.3
0,69
130
0,091
8,2
.M
n
m
)
(théorique
m
m
r
ester
2
e
e
e
soit
69%
r
4

BAC 2017
-
SERIE C
Page
3
/
8
d'un chlo
rure d'acyle tu, = 4,0 g.
3.1
-
Donner la formule générale d'un chlorure d'acyle.
3.2
-
Ecrire la formule semi
-
développée du chlorure d'acyle que
MOUKETOU peut utiliser à la
place de
l'acide
éthanoïque pour
avoir une réaction totale.
3.3
-
Déterminer, dans ce
cas
la
masse m
e
' d'ester obtenue
Données : Masses molaires atomiques en g. mol' :
M(C) = 12,0 ; M(H) = 1,0 ; M(0) =
16,0 ; M(C1) = 35,5 ;
Masse
molaire de l'ester M
ester
= 130 g.
mol'.
3.1
R
-
COCl
4
3.2
CH
3
-
COCl
4
3.3
ester
c
'
'
'
e
M
n
r
ue)
me(théoriq
r
m
(a)
Donc
c
ester
c
'
e
M
M
m
r'
m
(b)
A.N.
6,6g
78,5
130
4,0
1
m
'
e
.
6,6g
m
'
e
(c)
4
PHYSIQUE
On se propose de déterminer la vitesse du centre d'inertie (G)
d'une
barre au cours de son
mouvement de rotation. Pour cela,
on considère une tige homogène (OA) de longueur f, de
masse
m = 200 g, mobile sans frottement dans un plan vertical, autour
d'un axe horizontal fixe
(A) passant par son extrémité
O.
1
-
On exerce à l'extrémité A de la tige u
ne force f d'intensité f
orthogonale à la tige. Celle
-
ci
pivote et prend une position
d'équilibre. L'angle entre la tige (OA) et la verticale est
a =
40°
(figure 3 feuille annexe)
1.1
-
Donner la condition d'équilibre d'une barre susceptible d'être
en mouvem
ent de rotation
autour d'un axe A.
1
.2
-
Exprimer le moment d'une force
F
ሬ
⃗
par rapport à (
∆
) en
précisant les grandeurs qui
interviennent.
1.3
-
Déterminer
l'intensité de la force f qui maintient la tige en
équilibre.
2
-
On considère toujours la tige en
équilibre.
2.1
-
Enoncer le théorème des moments.
2.2
-
Représenter, sur le schéma en
annexe, les
forces qui agissent sur la
barre.
2.3
-
Déterminer l'intensité de la réaction
R
exercée par
l'axe (A) sur la tige sachant que
f=0,63N.
É
NONC
É
3
(
36
points)
1.1
0
)
F
(
M
ext
Δ
4
1.2
F.d
)
F
(
M
Δ
(a)
F intensité de la force et d la distance entre
la droite
d’action et l’axe de rotation de la force (
ou bras de
levier).
(b)
4
1.3
La barre est soumise à son
poids
P
, à la force
f
et à la
réaction normale
R
de l’axe.
A l
’
équilibre, (sens de rotation de
f
0
)
R
(
M
)
P
(
M
)
f
(
M
Δ
Δ
Δ
(a)
⟹
0
0
.sin
α
2
OA
mg
f.OA
On obtient
:
.mg.sin
α
2
1
f
(b)
A. N
:
0,63N
f
(c)
4
2.1
La
somme
des moments algébriques de forces qui
s’exercent sur un solide susceptible de tourner autour
d’un axe est nulle.
4

BAC 2017
-
SERIE C
Page
4
/
8
3
-
On
supprime la force ? qui maintient la tige en équilibre.
3
.1
-
Enoncer le théorème de l'énergie cinétique.
3.2
-
Montrer que le travail de la réaction R est nul.
3.3
-
Déterminer la vitesse V
G
du centre d'inertie (G) de la barre
lorsque la direction de celle
-
ci
fait un angle a'
20° avec la
verticale sachant que f
---
1,0m
Donnée : accélération de la pesanteur g = 9,8 m. s
-
2
2.2
2+2
2.3
A l’équilibre,
0
R
P
f
.
(a)
Par projection dans le
R.O.N (
)
AO
;
Af
(
y
x
On a
;
mgsin
α
f
R
x
et
mgcos
α
R
y
Donc
2
2
mgcos
αg
(
mgsin
αg
(f
R
(b)
A.N.
R=1,6N
(c)
4
3.1
Dans un référentiel galiléen, la variation de l’énergie
cinétique d’un solide (système) entre deux instants t
1
et
t
2
est égale à la somme (algébrique) des travaux des
forces appliquées à ce solide (système) entre ces deux
instants.
4
3.2
0J
).
α
R
(
M
)
R
W(
Δ
car
R
rencontre l’axe ,donc
0N.m
)
R
(
M
Δ
( ou le point d’application de
R
ne se déplace pas)
4
3.3
D’après
TEC
:
∆
E
େ
=
mgh
=
ଵ
ଶ
mgl
(
cos
α
ᇱ
−
cos
α
)
⇒
mgh
ω
J
2
1
2
Δ
⟹
ω
=
ට
ଶ୫୥୦
୎
∆
=
ඨ
ଶ୫୥
భ
మ
(
ୡ୭ୱ
஑
ᇲ
ି
ୡ୭ୱ
஑
)
୫
ౢ
మ
య
4

BAC 2017
-
SERIE C
Page
5
/
8
V
ୋ
=
ට
ଷ୥୪
ସ
(
cos
α
ᇱ
−
cos
α
)
A.N
:
1
G
1,1m.s
V
On se propose d'étudier le modèle très simplifié d'un oscilloscope
électronique, dans lequel il
règne un vide quasi
-
absolu. On se limitera à
l'étude de la déviation verticale. (Voir figure 4
feuille annexe).
La cathode (C) de cet oscilloscope électronique émet des électrons dont la
vitesse à la sortie du
métal est pratiquement nulle. Les électrons arrivent à
l'anode (P) et la traversent par l'ouverture
0
1
avec une vitesse vo. On
établit une différence de poten
tiel entre l'anode et la cathode
U
0
=
Vp
-
Vc
1.1
-
Enoncer le théorème de l'énergie cinétique.
1.2
-
Donner le signe de la tension U
0
pour que les électrons soient
accélérés. Justifier la
réponse.
1.3
-
Calculer la vitesse v
o
des électrons à leur passage en 0
1
.
2
-
Les électrons pénètrent en O entre les armatures horizontales (A) et (B)
d'un condensateur
avec la vitesse Vo.
Les armatures, de longueur
f,
sont distantes de d. On établit, entre les
armatures, une tension positive U
e =
VA
—
VB.
2.1
-
Enoncer le théorème
du centre d'inertie.
2.2
-
Montrer que l'équation de la trajectoire est de la forme :
2
2
0
x
2mdv
eU
y
2.3
-
Déterminer la tension maximale U
n
, qu'il faut appliquer entre les
armatures (A) et (B)
pour que les électrons sortent du condensateur.
3
-
Le faisceau d'électrons arrive ensuite sur un écran fluorescent en un point
H. Cet écran (E) est
situé à la distance L du point I.
3.1
-
Définir la déflexion électrostatique.
3.2
-
L'angle α
est l'angle de déviation électrostatiq
ue. Donner
l'expression de ta
nα
en
fonction de L
et
Y = O'H.
3.3
-
Déterminer la distance Y.
Données:
U
0
1270 V ; U +110 V ; d = 3,00 cm ; = 8,00 cm ; L 18,0 cm.
charge élémentaire e = 1,6.10
-
19
C ; masse de l'électron m
vo=/010
-
7
ms
-
1
1.1
É
NONC
É
4
(
36
points)
Dans un
référentiel galiléen, la variation de l’énergie
cinétique d’un solide (système) entre deux instants t
1
et
t
2
est égale à la somme (algébrique) des travaux des
forces appliquées à ce solide (système) entre ces deux
instants.
4
1.2
Les électrons q<0 sont
accéléré de C vers P , donc
V
P
> V
C
; par conséquent V
p
-
V
C
=U
0
>0.
2+
2
1.3
D’après
TEC
:
0
P
C
2
C
2
P
eU
)
V
e(V
mv
2
1
mv
2
1
(a
)
m
2eU
v
0
0
(b)
A N
:
1
7
0
m.s
2,1.10
v
(c)
4
2.1
Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des
forces extérieures appliquées à un solide est égale au
produit de sa masse par le vecteur accélération de son
centre d’inertie.
4
2.2
L’électron est soumis à
E
q
F
e
Appliquons le
théorème du centre d'inertie :
E
q
a
m
d’où
E
m
q
a
(a)
Dans le repère
)
j
,
i
(O,
E
m
e
E
m
q
a
0
a
a
y
x
(b)
Et
m
e
v
v
v
v
y
0
x
2
0
t
2m
eE
y
t
v
x
OG
(
c)
4