7a-Bac-blanc

V. MICHAU (TS1 : 33 élèves) J. ASTOLFI (TS3 : 33 élèves) M. KOUKABI (TS5 : 33 élèves)
V. DEUTSCH (TS2 : 31 élèves) B. BERNE (TS4 : 33 élèves)
BAC BLANC
PHYSIQUE – CHIMIE
Série S
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DURÉE DU DEVOIR : 3 heures 30
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L’usage d’une calculatrice est autorisé
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Mercredi 4 février 2015
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 EXERCICE 1 : Un peu de balistique
 EXERCICE 2 : Cinétique d’une réaction chimique
 EXERCICE 3 : Détermination du rapport (e/m) pour l’électron
 EXERCICE 4 : Le cor des alpes
Les élèves recevant l’enseignement de spécialité Physique-Chimie traiteront
l’exercice 4 à la place de l’exercice 3.

 EXERCICE 1 : Un peu de balistique (8 points)
1. Durée de visibilité de la fusée
Sur la notice des fusées éclairantes que l’on peut utiliser dans ce type de pistolet, on trouve les informations
suivantes : Cartouche qui lance une fusée éclairante s’allumant 1,0 seconde après son départ du pistolet et
éclaire d’une façon intense pendant 6 secondes environ.
Masse de la fusée éclairante : mf = 58 g.
On se place dans le référentiel terrestre supposé galiléen.
Le champ de pesanteur terrestre est considéré uniforme, de valeur g = 9,8 m.s–2.
On négligera toutes les actions dues à l’air ainsi que la perte de masse de la fusée pendant qu’elle brille et on
considèrera cette dernière comme un objet ponctuel.
1.1. Sur l’ANNEXE 1 donné en dernière page du devoir, que l’on détachera et que l’on rendra avec la
copie, représenter le vecteur champ de pesanteur sur le schéma et tracer qualitativement l’allure de
la trajectoire suivie par la fusée éclairante dans ce champ de pesanteur.
1.2. En utilisant une loi de Newton que l’on énoncera, déterminer les coordonnées du vecteur
accélération de la fusée éclairante : ax (t) suivant x et ay (t) suivant y.
Pistolet lance-fusées (d’après www.histoire-collection.com
Lors de fouilles préventives sur un chantier de travaux
publics, on a retrouvé ce qui ressemble à une arme à feu. Il
s’agit d’un ancien pistolet lance-fusées en bronze datant
probablement de la première Guerre Mondiale. Il est dans un
état de conservation assez remarquable.
Ce type de pistolet était très utilisé lors de cette guerre car,
en plus de lancer des fusées éclairantes, il pouvait servir de
moyen de communication. En effet, à l’époque très peu de
moyens étaient mis à disposition des troupes : les ondes
hertziennes étaient très peu utilisées et c’étaient des
kilomètres de câbles téléphoniques qui devaient être déroulés
pour permettre la transmission de messages divers et variés.
Ainsi les pistolets signaleurs se sont avérés très utiles.
On définit un repère (O,
i
,
j
) avec O au niveau du sol et tel que la
position initiale de la fusée éclairante à la sortie du pistolet soit à une
hauteur h = 1,8 m. Le vecteur vitesse initiale
0
v
est dans le plan (O,x,y) ;
Ox est horizontal et Oy est vertical et orienté vers le haut.
À l’instant t = 0 s, le vecteur vitesse de la fusée éclairante fait un angle α
égal à 55 ° avec l’axe Ox et sa valeur est v0 = 50 m.s–1. On pourra se
référer au schéma ci-contre.

1.3. En déduire les expressions des coordonnées vx (t) et vy (t) du vecteur vitesse de la fusée éclairante
et montrer que les équations horaires du mouvement de la fusée s’écrivent :
x(t) = v0 . cos() .t y(t) =
20.sin( ).
2
gt v t h
avec t en seconde, v0 en mètre par seconde et x(t), y(t) et h en mètre.
1.4. Déterminer la valeur de la durée du vol de la fusée éclairante.
On rappelle qu’une équation du second degré de la forme ax2+ bx + c = 0 admet deux solutions
b
xa
12
et
b
xa
22
si Δ = b² – 4a.c est positif.
1.5. Calculer l’altitude à partir de laquelle la fusée commence à éclairer puis l’altitude à laquelle elle
s’arrête. Ces valeurs paraissent-elles adaptées au but recherché ?
2. Pour aller un peu plus loin
Par souci de simplification, on ne considère que le système {fusée – pistolet} et on s’intéresse à sa quantité
de mouvement. La masse du pistolet à vide est mp = 0,98 kg.
2.1. Exprimer la quantité de mouvement totale
p0
du système {fusée - pistolet} avant que la fusée
ne quitte le pistolet puis montrer que celle-ci est équivalente au vecteur nul.
2.2. Éjection de la fusée
2.2.1. Que peut-on dire de la quantité de mouvement totale du système {fusée-pistolet} si l’on
considère ce système comme un système isolé au cours de l’éjection de la fusée du pistolet ?
2.2.2. En déduire dans ce cas l’expression vectorielle de la vitesse
p
v
de recul du pistolet juste après
l’éjection de la fusée en fonction de la masse du pistolet mp , de la masse de la fusée mf et du
vecteur vitesse initiale de la fusée
v0
. Calculer la valeur numérique Vp .
2.2.3. La valeur réelle de la vitesse est beaucoup plus faible que la valeur que l’on obtient à la
question précédente. Pourquoi observe-t-on une telle différence ? Justifier la réponse.

 EXERCICE 2 : Cinétique d’une réaction chimique (7 points)
PARTIE 1 : Étude de la réaction de synthèse de la propanone
À une température de 30°C, le propan-2-ol est lentement oxydé par les ions permanganate MnO4-(aq) pour
former de la propanone. Cette réaction est TOTALE. À une date t = 0 , on introduit dans un erlenmeyer
1,00 mL de propan-2-ol pur et 50,0 mL d’une solution aqueuse de permanganate de potassium acidifié
(K+(aq) + MnO4-(aq)) de concentration molaire C0 = 0,200 mol.L-1.
Données : Masse volumique du propan-2-ol : C3H8O = 0,785 g.mL-1
Masses molaires du propan-2-ol : MC3H8O = 60,0 g.mol -1
Couples redox en jeu : C3H6O / C3H8O MnO4
- / Mn 2+
Seul l’ion MnO4
- donne une teinte colorée (violette) à la solution, les autres espèces sont incolores.
1.1. Établir l’équation chimique de cette réaction en passant par les demi-équations électroniques et
vérifier que l’on obtient :
5 C3H8O + 2 MnO4- + 6 H+aq  5 C3H6O + 2 Mn2+ + 8 H2O
1.2. On souhaite étudier les variations temporelles de la vitesse de cette réaction. La réaction démarre à
t = 0. À une date t, on prélève un volume du mélange réactionnel que l’on introduit dans un becher, puis on
détermine par dosage la concentration des ions permanganate contenus dans ce prélèvement afin de pouvoir
déterminer l’avancement x de la réaction étudiée. On renouvelle l’opération toutes les 2 mn et on obtient la
courbe (a) ci-dessous :
L’acétone est en chimie le composé le plus simple de la famille des cétones. De
formule chimique CH3-CO-CH3, elle est aussi connue sous les noms de
« propanone ». L'acétone est un liquide transparent, inflammable, d'odeur
caractéristique (plutôt fruitée).
L'acétone est un solvant très utilisé dans l'industrie et en laboratoire car elle a
l'avantage de solubiliser de manière particulièrement rapide de nombreuses
espèces organiques et parce qu'elle est miscible avec l'eau.
Un apprenti bricoleur (ou confirmé !) en trouve dans tous les magasins de
bricolage en bouteilles de 1 litre ou bidons de 5 litres. Il s’en sert pour enlever les
tâches de peinture, de vernis ou de colle. Il appartient à la famille des décapants.

1.2.1. Sur l’ANNEXE 2 donnée en dernière page du sujet (à détacher et à joindre à la copie), remplir
le tableau d’avancement complet de la réaction : on détaillera le calcul des quantités initiales des
réactifs, puis on déterminera le réactif limitant.
On ne fera pas apparaître les quantités des espèces H+(aq) et H2O(l) dans le tableau d’évolution.
1.2.2. Montrer que l’avancement final xf de cette réaction est en accord avec la courbe a.
1.2.3. Définir le temps de demi-réaction t1/2 , puis déterminer graphiquement sa valeur sur
l’ ANNEXE 3.
PARTIE 2 : Influence de quelques paramètres sur la cinétique de la réaction
On met maintenant en œuvre cette même réaction, mais en faisant varier les conditions expérimentales :
Quantité d’ions MnO4- introduits
Quantité de C3H8O introduit
Température
Expérience 2
1,00.10-2 mol
1,31.10-2 mol
20°C
Expérience 3
2,00.10-2 mol
1,31.10-2 mol
30°C
2.1. Toujours sur l’ANNEXE 3, compléter le graphe x = f(t) en traçant 2 courbes supplémentaires
correspondant aux expériences 2 et 3. Justifier clairement l’allure de chaque courbe tracée.
On représente ci-dessous la courbe (b) obtenue en réalisant toujours la même réaction chimique, mais dans
des conditions encore différentes.
2.2. Cette courbe (b) peut-elle être obtenue en ajoutant un catalyseur au milieu réactionnel de
l’expérience 3 ? Justifier la réponse.