BTS_Blanc_2010

BTS Blanc 2010 : Epreuve de Sciences physiques
Durée : 2h
coefficient : 1
Vous devez faire trois exercices.
Les exercices I et II sont obligatoires. Vous choisirez entre l’exercice III et l’exercice IV.
Vous rédigerez vos réponses de façon claire, vous donnerez les formules, les applications numériques et les résultats.
EXERCICE I). Chimie (8 points)
A : polyaddition
1) Quelle est la formule brute, développée et semi développée de la molécule constituée par 3 atomes de
carbone et 6 atomes d’hydrogène ? Est-ce un alcène ? Pourquoi ? Donner son nom. Est-ce un
hydrocarbure ? Pourquoi ?
2) Calculer sa masse molaire moléculaire ?
3) Ecrire l’équation bilan de sa polymérisation par polyaddition. Indiquer le motif du polymère obtenu.
4) Cette dernière réaction a un degré de polymérisation n=60000.
a. Quelle est la signification du degré de polymérisation ?
b. Quelle est la masse molaire du polymère obtenu ?
B : polycondensation
Une chaîne macromoléculaire provient de la polycondensation de 1000 unités « hexaméthylène diamine » et
1000 unités « acide adipique ».
H N-(CH ) -NH : hexaméthylène diamine
2
2 6
2
HOOC-(CH2)4-COOH : acide adipique
1) Quelle est la formule générale et le nom des groupes caractéristiques portés par ces deux molécules ?
2) Ecrire l’équation bilan de sa polymérisation par polycondensation. Indiquer le motif du polymère obtenu.
3) Quelle est la fonction chimique qui apparaît dans ce motif ? Comment appelle-t-on ce polymère ?
4) Calculer la masse molaire de cette chaîne macromoléculaire obtenue.
C : les molécules de la chimie organique
On considère un colorant de couleur violette dont la formule développée est donnée en annexe n°1 :
1) Dans cette formule chimique, nous distinguons plusieurs fois le groupement ci-dessous :
Quel est le nom de ce groupement ? Quelle est sa formule brute ? Quelles autres
espèces chimiques contiennent (autres que les colorants) ce groupement ?
1
2) Dans la molécule du colorant violet en annexe n°1, nous distinguons deux fonctions caractéristiques qui
apparaissent chacune deux fois.
Entourer ces fonctions et donner leur nom.
3) Ecrire la formule brute du colorant violet étudié ci-dessus. Dans quelle catégorie pouvons-nous classer
cette molécule ?
4) Calculer sa masse molaire moléculaire.
Données : M (C )  12 g.mol 1 ; M ( H )  1 g.mol 1 ; M (O)  16 g.mol 1 ; M ( N )  14 g.mol 1
EXERCICE II) : OPTIQUE (6 points)
Un tissu de polyamide est teint avec un colorant de couleur cyan.
1) Tracer l’allure de la courbe d’absorption (à compléter en annexe n°2 à rendre) du tissu cyan en fonction
de la longueur d’onde du domaine de la lumière visible : Expliquer votre démarche.
2) On éclaire le tissu avec une source monochromatique de longueur d’onde  = 420 nm.
a) à quel « tiers » de couleur du domaine de la lumière visible appartient cette radiation ?
b) De quelle couleur verra-t-on le tissu ?
c) Citer une source de lumière monochromatique.
d) Calculer la fréquence de la radiation de longueur d’onde  = 420 nm dans l’air. On donne la
célérité de la lumière dans l’air : c = 3.108 m.s1 .
3) Ce tissu de polyamide a été teint avec un colorant dont le bain de teinture a un pH = 4,3.
a) Déterminer la nature du bain de teinture.
b) Quelle est la valeur de la concentration des ions hydronium (= oxonium) H3O+ ?
c) Quelle est la valeur de la concentration des ions hydroxyde HO?
On donne le produit ionique de l’eau : Ke = 1014 = [H3O+ ]. [HO ].
4) On souhaite réaliser un sac avec ce tissu. Le mode d’assemblage des coutures se fait par soudure par
ultrasons : La matière fond grâce à l’énergie ultrasonore de la machine à ultrasons.
a) Citer le domaine en fréquence des ultrasons.
b) Pourquoi deux tissus de polyamide peuvent se souder ensemble par ultrasons ?
c) Est-ce que deux tissus de laine peuvent se souder par ultrasons ? Justifier.
d) Citer une autre application des ultrasons autre que la soudure.
5) On souhaite connaître l’armure du tissu de polyamide (c’est-à-dire le mode de tissage des fils entre-eux).
a) Quel est le nom du système optique que vous allez utiliser ?
b) Quel est son principe de fonctionnement ou son rôle ?
c) Compléter le schéma annexe n°3 à rendre avec la copie : vous tracerez au minimum deux rayons afin de
déterminer l’image A’B’ de l’objet AB (portion du tissu de polyamide).
2
EXERCICE III) : MECANIQUE (6 points)
Le dispositif étudié est un convoyeur
permettant de déplacer des colis
renfermant des tshirts du poste
d’emballage (poste 1) au poste de
chargement (poste 2). Les colis sont
posés sur un tapis horizontal (3)
entrainé par deux rouleaux (1) et (2).
Le colis se déplace à 24 m.min Le diamètre des rouleaux (1) et (2) est de 76 mm.
1) Déterminer la vitesse angulaire de rotation du rouleau moteur (1).
2) Calculer la fréquence de rotation du rouleau moteur.
3) L’arbre A du moteur est solidaire du rouleau moteur (1). L’arbre (A) a un diamètre de 20 mm. Que vaut
la fréquence de rotation de l’arbre (A) ?
4) Calculer la vitesse linéaire d’un point situé à la périphérie de l’arbre (A).
5) Que vaut l’accélération du colis situé sur le tapis ?
6) Que vaut l’accélération d’un point situé sur la périphérie du rouleau moteur (1) ?
7) Sachant que le colis contient 100 tshirts, que la masse d’un tshirt est de 150 g et celle de l’emballage est
de 500 g, calculer le poids d’un colis. On donne : g = 9,81 N.kg1.
8) Redessiner le colis et représenter le vecteur poids du colis. Indiquer l’échelle choisie.
9) Quelle est le nom de l’autre force qui s’exerce sur le colis ? Quelle est sa valeur ? Justifier.
EXERCICE IV) : LES GAZ (6 points)
Une bouteille de dioxygène comprimé a pour volume utile V= 5,0 L.
La pression indiquée par le manomètre fixé sur le détenteur est P = 120 atm, à la température
= 27°C.
1°) Convertir le volume V, la pression P et la température dans les unités du Système International.
2°) Calculer la quantité de matière n ( en moles) de dioxygène contenu dans cette bouteille en
utilisant l’équation d’état du gaz parfait : P.V = n .R.T
3°) En déduire la masse m de dioxygène contenu dans la bouteille.
4°) Calculer le volume de dioxygène gazeux Vo à prélever à l’extérieur, dans les conditions de
température  = 20°C et de pression Po = 1,0 atm, afin de remplir cette bouteille avec une quantité
de dioxygène n =24,4 mol.
5°) En s’appuyant sur l’équation d’état des gaz parfaits, expliquer brièvement pourquoi une bouteille
de gaz sous pression présente un risque d’explosion en cas d’incendie.
6°) donner le nom des réactions de changements d’état de la matière entre les trois états : solide,
liquide et gazeux. (il y a 6 transformations à donner sous forme d’un schéma)
Données :
1 L = 10-3 m3 ; 1 atm = 1,013*105 Pa ; T (en Kelvin)= degré Celsius
Constante des gaz parfaits : R = 8.31 J.K-1.mol-1 .
Masse molaire atomique de l’oxygène : M(O) = 16 g.mol-1
3
NOM et PRENOM :
H
Annexe n°1 : formule semi-développée du colorant violet :
O
OH
NH
H
CO
H
H
H
H
H
H
H
CO
H
H
H
O
HN
OH
H
H
Annexe n°2 : courbe d’absorption du tissu cyan : (allure de la courbe et compléter l’axe des abscisses)
 (unité ? )
valeurs ?
Annexe n°3 : compléter le schéma (2 rayons au minimum et l’image A’B’)
lumière
B
Fo
A
O
Fi
4