Exercice 1
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Classe 1ère S4 DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE – CHIMIE N°1 Vous porterez une attention particulière à la rédaction et la présentation de votre copie ainsi qu’à la précision lors de l’écriture des résultats (chiffres significatifs). Les formules et lois utilisées seront indiquées. PHYSIQUE EXERCICE 1 : MOUVEMENT D’UN MOBILE ACCROCHE A UN RESSORT Une patineuse tourne autour de son partenaire. Celui-ci la lance et elle continue seule son mouvement. On enregistre sur une vidéo sa trajectoire. Entre deux marques consécutives, la durée écoulée est = 40 ms. La flèche indique le sens du déplacement sur la trajectoire. 0n étudie le mouvement du point A dans le référentiel de la feuille. La marque A0 a été faite à la date t = 0. 1m = 40 ms A0 1- A quelle date ont été faites les marques A8 ; A12 ? 2a- Quelle est la durée du mouvement de A8 à A12 ? Calculer la vitesse moyenne du point A lorsqu'il se déplace de A8 à A12. 2b- Calculer les vitesses instantanées v1, v4 et v12. Décrire le mouvement de la patineuse. (uniforme, accéléré ou décéléré). 2c. Représenter les vecteurs vitesse v1 ,v 4 et v12 . (préciser l’échelle) Donner les caractéristiques du vecteur vitesse au point A4. 3- Avant le lancé, le mouvement de la patineuse est circulaire. 3a- Repérer le centre O du cercle. Que vont son rayon R ? 3b- Quel est la vitesse de rotation de la patineuse lors de ce mouvement ? Donner le résultat en rad/s et en trs/s. EXERCICE 2 : Voici deux mouvements : B’ B’ B A’ A Mouvement 1 1) Définir la nature de ces mouvements ? Justifier. B A Mouvement 2 A’ 2) Les propositions suivantes sont-elles vraies ? Corriger ou compléter celles qui sont faussent. a. b. c. d. e. f. Tous les points d'un solide en mouvement de translation ont le même vecteur vitesse au même instant. Tous les points d'un solide en mouvement de translation ont toujours une vitesse constante. Tous les points d'un solide en mouvement de translation ont nécessairement une trajectoire rectiligne. Un point d'un solide en mouvement de translation peut avoir une trajectoire circulaire. Tous les points d’un solide en rotation ont des trajectoires circulaires identiques (superposables). Tous les points d'un solide en mouvement de rotation uniforme ont toujours une vitesse constante. CHIMIE EXERCICE :. Silicium et soude Données : constante des gaz parfaits: R = 8,314 Pa.m3.K-1. mol-1. M(Si) =28,1 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 ; M(Na) = 23,0 g.mol-1 On chauffe à 80 °C, sous une pression de 1,013.105 Pa, un système constitué de silicium et d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude). Il y a formation d'un composé de formule Na2SiO3 (aq) et dégagement de dihydrogène. L'équation chimique est la suivante: Si (s) + 2 Na+ (aq) + 2 HO- (aq) + H20 (l) Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) Pour réaliser la transformation chimique, on utilise 12,5 g de silicium et 120 mL d'eau, dans laquelle on dissout 28,8 g d'hydroxyde de sodium NaHO (s). Aide : les quantités de matière de Na+ et HO- sont égales à la quantité de matière de NaHO. 1. Calculer la quantité de matière initiale de chaque réactif.( sauf l'eau) 2. compléter le tableau d'avancement ci-dessous : avancement Si (s) + 2 Na+ (aq) + 2 HO- (aq) + H2O (l) Etat initial Excès (En mol) Etat Excès intermédiaire (en mol) Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) 0,500 3. Remplir le tableau d'avancement ci-dessous et déterminer l'avancement maximal ainsi que le réactif limitant. On ne tiendra pas compte de l'évolution de la quantité de matière de l'eau au cours de la transformation (très large excès). avancement Si (s) + 2 Na+ (aq) + 2 HO- (aq) + H2O (l) Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) Etat initial Excès (En mol) Etat Excès intermédiaire (en mol) Etat final 3. Calculer le volume de dihydrogène dégagé. 1 CORRECTION DS 2 : PHYSIQUE EXERCICE 1 : MOUVEMENT D’UN MOBILE ACCROCHE A UN RESSORT 1 – Date de la marque A8 : t8 = 8 x 40 = 320ms Date de la marque A12 : t12 = 12 x 40 = 480 ms 2a- durée entre A8 et A12 : t = t12 - t8 = 160 ms vm = A8 A12 5,5 / 3 11,5m.s 1 t 160.10 3 A 0 A6 échelle 1,7 / 3 7,1m.s 1 2 2 40.103 A A échelle 1,7 / 3 v4 = 3 5 7,1m.s 1 2 2 40.10 3 A A échelle 3,6 / 3 v12 = 11 13 15m.s 1 3 2 2 40.10 2b- v1 = De A0 à A7, le mouvement est circulaire uniforme. De A7 à A13, le mouvement est rectiligne accéléré. 2c- échelle : 1cm 5m.s-1 Caractéristiques du vecteur vitesse v4 : Point d’application : le point A4 Direction : tangent à la trajectoire au point A4 Sens : sens du mouvement Norme : v4 = 7,1m.s-1 A0 A1 v1 O A12 A4 v12 v4 3a- R = 3,1/3 = 1m 3b- = v 7,1 7,1rad .s 1 R 1 = 7,1/(2) = 1,1 trs/s. EXERCICE 2 : Voici deux mouvements : 1) Mouvement 1 : translation curviligne car un segment joignant deux points du solide demeure constamment parallèle à lui-même au cours du mouvement. Mouvement 2 : rotation autour d’un axe fixe. 2) a. Vrai b. Faux sauf si la tranlation est rectiligne uniforme. c. Faux, il existe des translation curviligne d. Vrai. e. Faux, le rayon peut varier. f. vrai. CHIMIE EXERCICE : Silicium et soude 1. nSi = mSi/MSi = 12,5/28,1 = 0,445mol nNa+ = nHO- = nNaHO = mNaHO / MNaHO = 28,8 / (23,0+1,0+16,0) = 0,72 mol. 2. avancement Si (s) + 2 Na+ (aq) + Etat initial x=0 0,445 0,72 (En mol) Etat x = 0,250 0,445 – x = 0,72 – 2x = intermédiaire 0,445 – 0,250 = 0,72 –2x0,250 = (en mol) 0,195 0,22 Calcul de x à l’état intermédiaire : On 2x mol de H2 formées : 2x = 0,500 donc x = 0,500/2 = 0,250 mol 3. Calcul de xmax : Etat initial (En mol) Etat intermédiaire (en mol) Etat final (en mol) avancement x=0 Si (s) 0,445 + 2 Na+ (aq) 0,72 + H2O (l) 0,720 Excès 0,72 – 2x = 0,72 –2x0,250 = 0,22 Excès 2 HO- (aq) + 0,72 x = 0,360 H2O (l) Excès Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) 0 0 x = 0,250 0,500 Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) 0 0 Excès 0,445 – x 0,72 – 2x 0,445 – x = 0,445 – 0,36 = 0 8,5.10-2 Si Si est réactif limitant, 0,445 – xmax = 0 donc xmax = 0,445 mol Si NaHO est réactif limitant, 0,72 – 2xmax = 0 donc xmax = 0,72/2 = 0,36 mol 4. VH2 = + 2 HO- (aq) 0,72 – 2x x 2x 0 0,36 2 x 0,36 = 0,72 xmax = 0,360 nH2RT 0,728,314(80273) = 2,1.10-2m3 = 21L P 1,013.105 Classe 1ère S4 DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE – CHIMIE N°1 Vous porterez une attention particulière à la rédaction et la présentation de votre copie ainsi qu’à la précision lors de l’écriture des résultats (chiffres significatifs). Les formules et lois utilisées seront indiquées. PHYSIQUE EXERCICE 1 : MOUVEMENT D’UN MOBILE ACCROCHE A UN RESSORT Une patineuse tourne autour de son partenaire. Celui-ci la lance et elle continue seule son mouvement. On enregistre sur une vidéo sa trajectoire. Entre deux marques consécutives, la durée écoulée est = 30 ms. La flèche indique le sens du déplacement sur la trajectoire. On étudie le mouvement du point A dans le référentiel de la feuille. La marque A0 a été faite à la date t = 0. 1m = 30 ms A0 1- A quelle date ont été faites les marques A7 ; A13 ? 2a- Quelle est la durée du mouvement de A7 à A13 ? Calculer la vitesse moyenne du point A lorsqu'il se déplace de A7 à A13. 2b- Calculer les vitesses instantanées v1, v4 et v12. Décrire le mouvement de la patineuse. (uniforme, accéléré ou décéléré). 2c. Représenter les vecteurs vitesse v1 ,v 4 et v12 . (préciser l’échelle) Donner les caractéristiques du vecteur vitesse au point A4. 3- Avant le lancé, le mouvement de la patineuse est circulaire. 3a- Repérer le centre O du cercle. Que vont son rayon R ? 3b- Quel est la vitesse de rotation de la patineuse lors de ce mouvement ? Donner le résultat en rad/s et en trs/s. EXERCICE 2 : Voici deux mouvements : B’ B’ B A’ A Mouvement 1 3) Définir la nature de ces mouvements ? Justifier. B A Mouvement 2 A’ 4) Les propositions suivantes sont-elles vraies ? Corriger ou compléter celles qui sont faussent. a. Tous les points d'un solide en mouvement de translation n’ont pas le même vecteur vitesse au même instant. b. Tous les points d'un solide en mouvement de translation ont toujours une vitesse constante. c. Tous les points d'un solide en mouvement de translation ont nécessairement une trajectoire rectiligne. d. Un point d'un solide en mouvement de translation ne peut pas avoir une trajectoire circulaire. e. Tous les points d’un solide en rotation ont des trajectoires circulaires identiques (superposables). f. Tous les points d'un solide en mouvement de rotation uniforme ont toujours un vecteur vitesse constant. CHIMIE EXERCICE :. Silicium et soude Données : constante des gaz parfaits: R = 8,314 Pa.m3.K-1. mol-1. M(Si) =28,1 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 ; M(Na) = 23,0 g.mol-1 On chauffe à 80 °C, sous une pression de 1,013.105 Pa, un système constitué de silicium et d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude). Il y a formation d'un composé de formule Na2SiO3 (aq) et dégagement de dihydrogène. L'équation chimique est la suivante: Si (s) + 2 Na+ (aq) + 2 HO- (aq) + H20 (l) Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) Pour réaliser la transformation chimique, on utilise 10,5 g de silicium et 120 mL d'eau, dans laquelle on dissout 26,8 g d'hydroxyde de sodium NaHO (s). Aide : les quantités de matière de Na+ et HO- sont égales à la quantité de matière de NaHO. 4. Calculer la quantité de matière initiale de chaque réactif.( sauf l'eau) 5. compléter le tableau d'avancement ci-dessous : avancement Si (s) + 2 Na+ (aq) + 2 HO- (aq) + H2O (l) Etat initial Excès (En mol) Etat Excès intermédiaire (en mol) Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) 0,500 6. Remplir le tableau d'avancement ci-dessous et déterminer l'avancement maximal ainsi que le réactif limitant. On ne tiendra pas compte de l'évolution de la quantité de matière de l'eau au cours de la transformation (très large excès). avancement Si (s) + 2 Na+ (aq) + 2 HO- (aq) + H2O (l) Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) Etat initial Excès (En mol) Etat Excès intermédiaire (en mol) Etat final 3. Calculer le volume de dihydrogène dégagé. 1 CORRECTION DS 2 : PHYSIQUE EXERCICE 1 : MOUVEMENT D’UN MOBILE ACCROCHE A UN RESSORT 1 – Date de la marque A7 : t7 = 7 x 30 = 210ms Date de la marque A13 : t13 = 13 x 30 = 390 ms 2a- durée entre A7 et A13 : t = t13 – t7 = 180 ms 8,55/3 15,8m.s1 vm = A7 A13 3 t 180.10 A 0 A6échelle 1,7/3 9,4m.s1 2 230.103 1,7/3 9,4m.s1 v4 = A3 A5échelle 2 230.103 3,6/3 20m.s1 v12 = A11A13échelle 2 230.103 2b- v1 = De A0 à A7, le mouvement est circulaire uniforme. De A7 à A13, le mouvement est rectiligne accéléré. 2c- échelle : 1cm 5m.s-1 Caractéristiques du vecteur vitesse v4 : Point d’application : le point A4 Direction : tangent à la trajectoire au point A4 Sens : sens du mouvement Norme : v4 = 9,4m.s-1 A0 A1 v1 O A12 A4 v12 v4 3a- R = 3,1/3 = 1m 3b- = v 9,4 9,4rad.s1 R 1 = 9,4/(2) = 1,5 trs/s. EXERCICE 2 : Voici deux mouvements : 1) Mouvement 1 : translation curviligne car un segment joignant deux points du solide demeure constamment parallèle à lui-même au cours du mouvement. Mouvement 2 : rotation autour d’un axe fixe. 2) a. faux b. Faux sauf si la tranlation est rectiligne uniforme. c. Faux, il existe des translation curviligne d. Faux ; les translations circulaires existent. e. Faux, le rayon peut varier. f. Faux, il est constant en norme mais pas en direction et sens. CHIMIE EXERCICE : Silicium et soude 1. nSi = mSi/MSi = 10,5/28,1 = 0,374mol nNa+ = nHO- = nNaHO = mNaHO / MNaHO = 26,8 / (23,0+1,0+16,0) = 0,670 mol. 2. avancement Si (s) + 2 Na+ (aq) + Etat initial x=0 0,374 0,670 (En mol) Etat x = 0,250 0,374 – x = 0,670– 2x = intermédiaire 0,374 – 0,250 = 0,670–2x0,250 = (en mol) 0,124 0,170 Calcul de x à l’état intermédiaire : On 2x mol de H2 formées : 2x = 0,500 donc x = 0,500/2 = 0,250 mol 3. Calcul de xmax : Etat initial (En mol) Etat intermédiaire (en mol) Etat final (en mol) avancement x=0 Si (s) 0,374 + 2 Na+ (aq) 0,670 + + H2O (l) 0,670 Excès 0,670 – 2x = 0,670 –2x0,250 = 0,170 Excès 2 HO- (aq) 2 HO- (aq) + 0,670 x = 0,360 0 0 x = 0,250 0,500 Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) 0 0 Excès 0,374 – x 0,670 – 2x 0,670 – 2x 0,374 – x = 0,374 – 0,335 = 0 3,90.10-2 Si Si est réactif limitant, 0,374 – xmax = 0 donc xmax = 0,374 mol Si NaHO est réactif limitant, 0,670 – 2xmax = 0 donc xmax = 0,670/2 = 0,335 mol Donc NaHO est limitant. 4. VH2 = H2O (l) Excès Na2SiO3 (aq) + 2 H2 (g) x 2x 0,335 2 x 0,335 = 0,670 xmax = 0,360 nH2RT 0,6708,314(80273) = 1,94.10-2m3 = 19,4L P 1,013.105 0
