DTL de Physique-chimie N°3

CLASSE DE TERMINALE D.T.L. de PHYSIQUE-CHIMIE N°4
P.E. BONNEAU ANNEE 2004-2005 Page 1/9
Nom : Classes de TS2
Prénom : le 13/05/2005
D.T.L. de Physique-chimie N°3
Durée : 3H00 - Coefficient 2
Calculatrice autorisée – Documents interdits
Ce sujet comporte 9 pages
TOUTES LES PAGES DU SUJET DOIVENT OBLIGATOIREMENT ETRE RENDUES
La rédaction s’effectue sur le sujet lui-même.
Exercice n°1 (4,5 points) : A propos de l’électrolyse
Cet exercice est un QROC (questions à réponses ouvertes et courtes). Toute réponse doit
être accompagnée de justifications ou de commentaires brefs (définitions, calculs, exemples
ou contre- exemples...).
I ) Dans l'industrie monétaire, on cuivre une rondelle d'acier appelée flan pour obtenir
certaines pièces de monnaie comme les pièces de 1, 2 et 5 centimes d'euros.
Après avoir subi plusieurs dégraissages chimiques et électrolytiques, suivis de différents
rinçages, le cuivrage du « flan » s'effectue par électrolyse d'une solution de nitrate de
cuivre (II) ( Cu2+(aq) + 2 NO3-(aq) ).
1) (0,5 pt) L'électrolyse est :
a) Une transformation chimique forcée ;
b) Une transformation chimique spontanée.
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2) (0,5 pt) La demi-équation électronique modélisant la réaction qui a lieu au niveau de la
rondelle métallique est :
a) Cu(S) = Cu2+(aq) + 2 e- ;
b) Cu2+(aq) + 2 e- = Cu (S) ;
c) NO3-(aq) + 4 H3O+(aq) + 3e- = NO(g) +6 H2O(l) .
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3) (0,5 pt) Cette rondelle est reliée :
a) à la borne + du générateur de tension continue ;
b) à la borne - du générateur de tension continue.
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4) (0,5 pt) Ce « flan » constitue donc :
a) l'anode de l'électrolyseur ;
b) la cathode de l'électrolyseur
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5) (0,5 pt) Pour maintenir constante la concentration en ions cuivre II ( Cu2+) dans
l'électrolyte :
a) on place une électrode de cuivre à l'anode ;
b) on place une électrode de cuivre à la cathode ;
c) on rajoute de l'eau pure dans l'électrolyseur.
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II ) En fait, le cuivrage s'effectue, à 60°C, sur un tonneau dans lequel peut se trouver
80 kg de rondelles d'acier, soit environ 18000 rondelles.
Pour une pièce de 5 centimes d'euros, la surface totale (les deux faces incluses !) à cuivrer
est d'environ 9,2 cm2 et on souhaite que l'épaisseur du dépôt soit d'au moins 25  m ± 5  m.
Données : Masse volumique du cuivre :  = 8960 kg .m-3.
Masses molaires atomiques : M(Cu) = 63,5 g.mol-1 , M(O) = 16,0 g.mol-1 , M(N) = 14,0 g.mol-1
Charge d'une mole d'électrons : 1 F = 96500 C
1) (0,5 pt) La masse de cuivre à déposer, sur une rondelle d'acier, est de :
a) 20,6 g ;
b) 2,06.10-4 kg ;
c) 206 mg.
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2) (0,5 pt) Pour le lot de 80 kg, il faut donc une quantité de cuivre d'environ :
a) 3,71.102 kg;
b) 3,71 kg ;
c) 16,5 g.
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3) (0,5 pt) La quantité d'électricité qui doit circuler pour réaliser ce dépôt est de :
a) 1,13.107 C;
b) 1,13.109 C;
c) 5,02.104 C.
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4) (0,5 pt) L’intensité du courant est constante et égale à 1200 A. La durée de l'opération est
donc d'environ :
a) 15700 min ;
b) 157 min;
c) 41,8 s.
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Exercice n°2 (7 points) : Satellites de Jupiter
Galilée commença à observer la planète Jupiter en janvier 1610 avec une lunette de sa
fabrication.
Il découvrit qu’autour de Jupiter tournaient « quatre lunes », auxquelles il donna le nom
d’astres médicéens ; ce sont quatre satellites de Jupiter : Io, Europe, Ganymède et Callisto.
Données :
G = Constante de gravitation universelle = 6,67.10-11 S.I.
Masse de Jupiter = MJ = 1,9.1027 kg rayon de Jupiter = RJ = 7,15.104 km
Période de révolution de Jupiter sur elle-même (ou rotation propre) = TJ = 9 h 55 min
Masse du satellite Europe (noté E) ME Rayon de l’orbite du satellite Europe = rE = 6,7.105 km
Période de révolution du satellite Europe autour de Jupiter = TE = 3 j 13 h 14 min
Tous les corps sont supposés à répartition de masse à symétrie sphérique.
On supposera que chaque satellite n’est soumis qu’à l’influence de Jupiter.
I.1) (1 pt) Représenter sur un schéma la force de gravitation FJ->E exercée par Jupiter sur
Europe et celle FE->J exercée par Europe sur Jupiter.
Donner l’expression vectorielle de FJ->E, les centres des deux astres étant séparés d’une
distance d.

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2) a) (0,25 pt) Définir un mouvement uniforme.
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b) (1,25 pt) Le mouvement du satellite Europe (noté E) est étudié dans le référentiel
«jupitocentrique».
Par analogie avec le référentiel géocentrique, donner les caractéristiques d’un référentiel
«jupitocentrique ».
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Montrer que le mouvement du satellite Europe en orbite circulaire est uniforme dans le
référentiel « jupitocentrique ».
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c) (1 pt) Comparer les vecteurs vitesses V1 et V2 et l’accélération a1 et a2 du satellite aux
points E1 et E2. Reproduire le schéma ci-dessous sur la copie et y tracer ces vecteurs (avec
les mêmes échelles en E1 et E2)
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II . 1) (0,75 pt) Etablir que la valeur de la vitesse d’un satellite de Jupiter est telle que : V2 =
G.MJ /r où r désigne le rayon de l’orbite du satellite.
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2) (0,5 pt) En déduire l’expression de la période T de révolution du satellite en fonction de G, MJ et r.
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3) a) (0,75 pt) Montrer que le rapport
3
2
r
T
est constant pour les différents satellites de
Jupiter (ce résultat correspond à la troisième loi de Kepler).
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b) (1 pt) La période de révolution de Io autour de Jupiter est TIo = 1 j 18 h 18 min.
Thébé autre satellite de Jupiter possède une orbite de rayon moitié de celui de l’orbite de
Io. Déterminer la période de révolution TTh de Thébé autour de Jupiter.
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4) (0,5 pt) Par analogie avec la définition d’un satellite géostationnaire, un satellite fixe par
rapport à Jupiter. Europe est-il «jupitostationnaire» ? Justifier sans calculs à l’aide des
données fournies.
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