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Corrigé du contrôle de sciences physiques n°5
I) Solides ioniques
1.
[
/8,5]
Calculer la valeur de la force exercée par un anion chlorure sur un cation de potassium et préciser si cette force est attractive ou
répulsive en justifiant votre réponse. (/3,5)
La force est attractive car l'ion chlorure et l'ion potassium sont de signes opposés. (/1)
L'intensité de cette force vaut :
FCl /K  
qCl qK
d2
k (/1)
e2
k
d2
(1,6  10 19 )2

9,0  10 9 (/0,5)
-9 2
(0,3147 × 10 )
FCl /K  
FCl /K 
FCl /K   2,3  10 9 N (/1 : 0,5 pour le résultat et 0,5 pour l'unité et les chiffres significatifs)
L'intensité de la force exercée par un anion Cl- sur un cation K+ est d'environ 2,3 nN.
Le cyclohexane est un solvant apolaire.
2. Indiquer si le chlorure de potassium est soluble dans le cyclohexane en justifiant votre réponse. (/1)
Le chlorure de potassium est un solide ionique. Il se dissoudra a priori dans les solvants polaires où les interactions entre molécules de
solvant et de soluté seront suffisantes pour disloquer le cristal ionique. Le cyclohexane est un solvant apolaire. Par conséquent, le
chlorure de potassium sera très peu soluble dans le cyclohexane.
Le nitrate de fer est un solide ionique utilisé en joaillerie pour graver l'argent et patiner les bronzes. On souhaite préparer une solution aqueuse
de nitrate de fer (III) de volume V = 250 mL.
Pour cela, on dissout une masse m = 24,2 g d'un solide ionique de nitrate de fer de formule Fe(NO3)3 (s).
3. Écrire l'équation de dissolution de ce solide ionique sachant qu'on forme notamment des ions Fe3+. (/1)
Fe(NO3)3 (s) → Fe3+ (aq) + 3 NO3-(aq)
4.
Calculer C, la concentration molaire en soluté apporté : Fe(NO3)3. (/2)
La concentration en soluté apporté vaut :
C=
m
M V
C=
24,2
241,8  250.10 3
C=
n
m
Ici, on ne connaît pas n, mais la masse des solutés dissous en solution. Comme n =
M
V
C = 4,00.10 -1 mol.L1
5.
La concentration molaire en nitrate de fer III apporté est de 0,400 mol.L -1.
Calculer les concentrations effectives en ions fer et en ions nitrates. (/1)
D'après l'équation de dissolution, lorsqu'on dissout une mole de nitrate de fer, on produit une mole d'ions Fer III et 3 moles d'ions
nitrates. Par conséquent,
[Fe3+] = C = 0,400 mol.L-1 et [NO3-] = 3C = 1,200 mol.L-1
II) Polarité de l'eau et du méthanol
1.
[
/4]
Indiquer si les molécules d'eau (H2O) et de méthanol (molécule représentée ci-dessous ; formule semi développée CH3-OH) sont polaires ou
apolaires. Si certaines molécules sont polaires, vous préciserez l'emplacement du barycentre des charges positives (noté G+) et du
barycentre des charges négatives, noté (G-) (/2)
Atome d'oxygène
Molécule polaire
Molécule polaire
2.
Le méthanol est très soluble dans l'eau puisqu'il est même miscible dans l'eau en toutes proportions. Expliquer pourquoi. (/1)
La molécule de méthanol est polaire du fait de la présence du groupement hydroxyle - OH et de la faible longueur de sa chaîne carbonée.
L'eau est un solvant polaire. Les interactions entre les molécules d'eau et les molécules de méthanol seront donc importantes (Il pourra
d'ailleurs se former des liaisons hydrogène entre molécules d'eau et molécules de méthanol). Ainsi, du fait de ces forces intermoléculaires
importantes, les molécules d'eau vont facilement entourer les molécules de méthanol. Le méthanol est ainsi très soluble dans l'eau.
3.
Indiquer quel type de liaisons peuvent s'établir entre les molécules d'eau et de méthanol. Un schéma est attendu. (/1)
Il pourra se former des liaisons hydrogène entre molécules d'eau et molécules de méthanol. (0,5)
Schéma : (/0,5)
III) Champ magnétique terrestre
[
Pour modéliser la source de champ magnétique terrestre, on peut en première
approximation considérer qu'il est créé par un aimant situé au centre de la Terre.
1.
B(A)
Outre les aimants et la Terre indiquer une autre source de champ magnétique.
(/0,5)
Les courants électriques sont des sources de champ magnétique.
2.
Le schéma ci-contre représente les lignes du champ magnétique terrestre.
Indiquer sur le schéma le pôle nord et le pôle sud de l'aimant. (/1)
3.
Représenter sans souci d'échelle le champ magnétique aux points A et B. ( /1)
/2,5]
S
N
Les vecteurs champ magnétiques représentés sont dans une direction tangente au
champ magnétique et pointent dans le sens indiqué par celui des lignes de champ.
B(B)
IV) Déviation d'un électron dans un oscilloscope
[
/ 5]
Dans un oscilloscope analogique, le signal lumineux que l'on voit à l'écran est créé grâce à un faisceau d'électrons qui bombardent un écran
enduit d'une substance fluorescente. Ces électrons sont déviés verticalement en fonction de la tension appliquée en entrée de l'oscilloscope.
Cette déviation des électrons est opérée grâce à un condensateur plan. Un condensateur plan est constitué par deux armatures métalliques.
Lorsque ces armatures sont chargées, il existe entre ces armatures un champ électrique uniforme (si l'on néglige les "effets de bords", à la
périphérie des armatures, ce qui est le cas ici).
1.
Expliquer ce que signifie l'expression "le champ électrique est uniforme entre les deux armatures métalliques." (/1)
Un champ électrique est uniforme dans une région de l'espace si ses caractéristiques (direction, sens et intensité) sont les mêmes
en tout point de cette région de l'espace.
L'intensité du champ électrique régnant entre les armatures du condensateur est de E = 60 V.m-1.
2.
Sachant que le champ électrique est uniforme entre les armatures du condensateur dessiner sur la copie le champ électrique au
point M et le champ électrique au point N. (Les pointillés indiquent que les armatures se prolongent et que l'on a dessiné
seulement une partie du condensateur). (/2)
Vous prendrez comme échelle pour représenter le champ électrique : 1,0 cm = 40 V.m-1.
Le champ électrique est uniforme : il a donc même direction, même sens et même intensité en tout point de l'espace, entre les
armatures du condensateur.
Par ailleurs, le champ électrique créé par une charge négative pointe vers une charge négative et le champ électrique créé par une
charge positive pointe vers une charge positive. On en déduit qu'en M et en N, les vecteurs champ électrique doivent être
verticaux et pointer vers l'armature chargée négativement.
Enfin pour déterminer la longueur du vecteur, on utilise l'échelle qui est donnée : le vecteur doit mesurer 1,5 cm.
E(M)
E(N)
F
3.
Calculer l'intensité de la force électrique s'exerçant sur un électron situé au point M et la représenter sans souci d'échelle. (/2)
La force électrique est dirigée verticalement. Comme la charge électrique d'un électron est négative, la force électrique pointe
dans un sens opposé à celui du champ électrique (on vérifie d'ailleurs que la force électrique a tendance à attirer l'électron du côté
de l'armature chargée positivement et à le repousser l'armature chargée négativement.
Son intensité vaut F = eE (attention, l'intensité d'une force est toujours une grandeur positive)
F  q.E  e.E
F = 1,6 × 10-19 × 60
F = 9,6 × 10-18 N
Données : mélectron = 9,1 × 10-31 kg ; g = 9,8 N.kg-1 ; e = 1,6 × 10-19 C