Collège Stanislas

Collège Stanislas
Baccalauréat blanc n°2
Année 2002-2003
Épreuve de Sciences physiques et chimiques
fondamentales et appliquées
Sujet pour les élèves n’ayant pas choisi la
spécialité physique-chimie
Le 17 avril 2003
Durée : 3Heures 30
Instructions.
Ce sujet comporte deux exercices de PHYSIQUE et deux exercices de CHIMIE présentés sur 8 pages, y
compris celle-ci.
Chaque exercice sera traité sur une copie séparée.
L’usage de la calculatrice est autorisée.
Composition et barème.
Exercice I
Exercice II
Exercice III
Oscillations mécaniques et électriques.
Juste une goutte d’eau…
Étude d’une pile de concentration.
-1-
5
4,5
2,5
pts.
pts.
pts.
Exercice IV
Suivi de la cinétique d’une réaction par spectrophotométrie.
Le barème de ce sujet est sur 16 points.
-2-
4
pts.
I Oscillations mécaniques et électriques (5 points).
-3-
-4-
-5-
II Juste une goutte d’eau …. (4,5 points).
Une goutte d’eau supposée sphérique, de rayon r = 1 mm, tombe de la base d’un nuage situé à 1000 m au
dessus du sol. On suppose qu’à l’instant initial, la vitesse de la goutte est nulle. On prendra comme
origine des temps l’instant où la goutte quitte le nuage et comme origine des distances (noté O) l’endroit
où la goutte quitte le nuage.
1- En supposant que seul le poids de la goutte s’exerce sur elle, établir l’équation horaire de
mouvement de la goutte.
2- Comment s‘appelle un mouvement dans lequel seul le poids intervient ?
3- Calculer la valeur de la vitesse de la goutte lorsqu’elle atteint le sol. Cette valeur paraît elle
acceptable ?
4- En fait, la goutte arrive au sol avec une vitesse de 10 m / s. Comment appelle–t-on cette vitesse ?
5- Présenter clairement et simplement l’évolution du mouvement réel de la goutte, en précisant les
causes de cette évolution, afin d’expliquer la différence entre la valeur de la vitesse au sol réelle et
celle calculée précédemment
6- Donner l’expression de la poussée d’Archimède s’exerçant sur la goutte et la calculer.
7- Comparer la valeur de la poussée d’Archimède avec la valeur du poids de la goutte. Quelle
approximation peut-on faire ?

8- On modélise les frottements qui s’exercent sur la goutte par une force unique f , dont l’expression
est donnée par f = krv, où k est un coefficient à déterminer, r est le rayon de la goutte et v est la
vitesse atteinte.
8-a) Faire le bilan des forces qui s’exercent sur la goutte (schéma), et établir l’équation différentielle du
mouvement
8-b) En déduire l’expression littérale de la vitesse limite .
8-c) Calculer la valeur de k.
Données :
 ( eau ) = 103 kg / m3
;
 ( air ) = 1,2 kg / m3
-6-
;
g = 9,8 m.s-2
III Étude d’une pile de concentration (2,5 points).
-7-
-8-
IV Suivi de la cinétique d’une réaction par spectrophotométrie. ( 4 points)
Les solutions de peroxodisulfate de sodium et d’iodure de potassium sont incolores. On mélange une
solution aqueuse de peroxodisulfate de sodium (2Na+aq + S2O82-aq) avec une solution d’iodure de
potassium (K+aq + I-aq). L’ion peroxodisulfate S2O82- appartient au couple S2O82-/ SO42-. Il réagit
lentement avec l’ion iodure I- du couple I2 / I-.
1.a. Ecrire les demi- équations électroniques et l’équation de la réaction.
b. Montrer que l’on peut suivre cette réaction par spectrophotométrie.
2. Le spectrophotomètre est réglé sur la longueur d’onde max = 350 nm correspondant au maximum
d’absorbance du diiode en solution. Dans la cuve du spectrophotomètre, on introduit rapidement 3,0 mL
d’une solution d’iodure de potassium, de concentration I  aq = 6,0.10-2 mol.L-1, ainsi qu’un volume de
0,50 mL d’une solution de peroxodisulfate de sodium, de concentration S 2 O82 ( aq) = 4,0.10-5 mol.L-1.




Immédiatement, on déclenche le suivi de la réaction par le spectrophotomètre. On relève les valeurs de
l’absorbance , et on obtient les résultats suivants :
t(s)
I
A
2 ( aq )
 *10-6 mol.L-1
0
0
0
30
0,32
1,26
90
0,76
3,00
150
1,03
4,07
240
1,22
4,82
300
1,30
5,14
450
1,38
5,45
600
1,41
5,57
900
1,42
5,61
Ces résultats ont été utilisés pour tracer le graphe ci-dessous.
[I2°] en mol./L


Déduire des résultats indiqués dans le tableau la loi mathématique qui lie A et I 2( aq) .
3. Montrer que l’ion peroxodisulfate constitue le réactif limitant.
4. Quelle quantité maximale de diiode obtiendra-t-on (en considérant la réaction totale)?
5. Quelle sera alors la concentration du diiode ?
6. Comparer ce résultat à la concentration obtenue à la date 900 s. Conclure.
7. Définir la vitesse de la réaction.
8. Etablir l’expression de cette vitesse en fonction de la concentration en diiode formé.
9. Déterminer la vitesse de réaction à la date t = 150 s. A l’aide de la simple observation de la courbe,
indiquer comment varie la vitesse au cours du temps et donner une explication à cette évolution.
-9-