Physique

CLASSE DE PREMIÈRE
S
Le : 03 décembre 2008
Durée : 2 h 00
Physique-Chimie
DEVOIR SUR TABLE N° 4
TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L’usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation.
L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points.
I]
CHIMIE : sur 8,0 points.
C H L O R U R E
D E
S O D I U M
1. Synthèse du chlorure de sodium.
On fait brûler : mNa = 2,00 g de sodium solide, Na(s), dans un flacon contenant : V = 900 mL de dichlore gazeux,
Cl2(g), à 18,0°C, sous la pression : P = 102 kPa. Au fond du flacon, il y a 100 mL d’eau distillée. La transformation fait
apparaître des fumées blanches qui se dissolvent dans l’eau distillée.
Après refroidissement du réacteur, on ajoute à la solution contenue dans le flacon quelques gouttes de nitrate
d’argent. Un précipité blanc se forme et devient grisâtre lorsqu’on l’expose à la lumière du jour.
1.1. Quel est l’ion caractérisé par le test au nitrate d’argent ? Écrire l’équation chimique de cette réaction de test.
1.2. Écrire l’équation chimique de la réaction de combustion du sodium solide.
1.3. Présenter l’évolution du système chimique au cours de la transformation dans un tableau descriptif.
1.4. Faire le bilan des quantités de matière des espèces chimiques dans l’état final.
1.5. Représenter, par un schéma légendé, l’organisation des ions sodium dans un cristal de chlorure de sodium.
2. Sérum physiologique.
On cherche à vérifier la composition d'un flacon qui contient 1,00 L d’une solution de
chlorure de sodium, dont l'étiquette est reproduite ci-contre. On dispose d'une solution mère
-2
-1
de chlorure de sodium, de concentration en soluté apporté égale à 1,00.10 mol.L .
Afin de tracer une courbe d'étalonnage, on prépare dix solutions filles dont les
-3
-1
-2
-1
concentrations molaires en soluté apporté, C, varient de 1,00.10 mol.L à 1,00.10 mol.L .
Pour chacune de ces solutions filles, on mesure la conductance G.
Les résultats sont consignés dans le tableau suivant.
C
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
G (en mS)
0,550
1,07
1,63
2,15
2,70
C
6,00
7,00
8,00
9,00
10,0
G (en mS)
3,20
3,73
4,20
4,78
5,25
(en mmol.L-1)
(en mmol.L-1)
2.1. Décrire, sous forme de schémas légendés, le protocole de préparation d’une solution millimolaire à partir de la
solution mère de chlorure de sodium.
-3
-1
-2
-1
2.2. Pourquoi avoir choisi des solutions de concentrations molaires variant de 1,00.10 mol.L à 1,00.10 mol.L ?
2.3. Dans quel ordre doit-on mesurer les conductances des solutions filles ? Justifier.
2.4. Tracer sur papier millimétré la courbe d'étalonnage : G = f (C).
2.5. Établir l’équation numérique de la droite d’étalonnage obtenue.
2.6. Compte tenu des indications de l'étiquette du flacon, quelle est la concentration molaire volumique en soluté apporté
dans la solution contenue dans le flacon ? En déduire les concentrations effectives en ions sodium et chlorure.
2.7. Ces valeurs sont-elles en accord avec les indications de l'étiquette du flacon ?
2.8. Pour quelles raisons faut-il diluer la solution contenue dans le flacon pour déterminer sa concentration par
conductimétrie ?
2.9. La solution à analyser est diluée vingt fois. La valeur mesurée de sa conductance est égale à 4,00 mS. Quelle
est la concentration en soluté apporté de la solution à analyser ? Le pharmacien qui a préparé cette solution
s'est-il trompé ? Justifier par un calcul de pourcentage d’écart.
Données : Masses molaires atomiques : Na = 23,0 ; Cl = 35,5 g.mol .
Constante des gaz parfaits : R = 8,31 uSI.
-1
... / ...
II ] PHYSIQUE :
sur 8,0 points.
M O U V E M E N T S
E T
A C T I O N S
1. Mouvement d’un mobile.
Le document ci-dessous représente la chronophotographie d'un bâton lancé sur une table à coussin d'air horizontale.
Dans les conditions du mouvement (pas de frottement) le centre d'inertie G du bâton décrit un mouvement rectiligne uniforme.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
Retrouver la position du centre d'inertie G.
Le bâton est-il constitué d'un matériau homogène ? Justifier.
Calculer la valeur VG de la vitesse du centre d'inertie G.
Dans le référentiel du centre d'inertie (référentiel galiléen lié au centre d'inertie) le bâton décrit un mouvement de
rotation uniforme autour d'un axe passant par le centre d'inertie. Calculer la vitesse angulaire de ce bâton.
e
On donne : Fréquence des éclairs : 10,0 Hz ; échelle du document : 1 / 10 .
-3
-2
2. Plein ou creux ?
On donne : Masse volumique de l'aluminium : ρAl = 2,7 g.cm ; g = 10 m.s .
Un morceau d'aluminium est suspendu par un fil à un dynamomètre. Lorsque l'aluminium est dans l'air, le
dynamomètre indique 2,0 N. Lorsque l’aluminium plonge complètement dans l'eau, le dynamomètre n'indique plus que 0,80 N.
2.1. Quel est le poids P du morceau d'aluminium ? En déduire sa masse.
2.2. Quelle est la valeur de la poussée d'Archimède ? En déduire le volume du morceau d'aluminium.
2.3. Calculer la masse volumique du solide.
2.4. Le morceau d'aluminium est-il plein ou creux ? Justifier la réponse.
3. Étalonnage d’un ressort.
Au cours d'une séance de TP, on souhaite fabriquer un
dynamomètre à l'aide d'un ressort à spires non jointives.
Pour étalonner ce dynamomètre, on accroche le ressort à une
potence par l'une de ses extrémités, puis on suspend des « masses
marquées » à l'autre extrémité comme le montre le schéma ci-contre.
Pour mesurer l'allongement du ressort, on forme l'ombre du
dispositif sur un écran recouvert de papier millimétré à l'aide d'une source
de lumière fixe (lampe à verre clair). L'axe du ressort est placé à égale
distance (1,00 m) de la lampe et de l'écran (voir schéma). On repère alors
l'ombre de l'extrémité du ressort sur le papier millimétré.
3.1. Pourquoi faut-il utiliser une source de lumière ponctuelle ?
3.2. À quel allongement x du ressort correspond un déplacement d de l'ombre de 1,00 cm sur le papier millimétré ?
3.3. Un groupe d'élèves obtient les résultats suivants où d représente le déplacement de l'ombre de l'extrémité du ressort.
m (en g)
0,00
20,0
40,0
60,0
80,0
100
d (en cm
0,00
0,800
1,60
2,50
3,10
4,00
x (en cm)
F (en N)
3.3.1. Compléter la troisième ligne du tableau.
3.3.2. Quelle est l’expression de l’intensité F de la force exercée sur l'extrémité libre du ressort par la masse m ?
-2
3.3.3. Compléter la dernière ligne du tableau en prenant : g = 9,81 m.s .
3.3.4. Tracer sur papier millimétré la courbe d'étalonnage F = f (x).
3.3.5. En déduire la raideur k du ressort utilisé. Justifier précisément la détermination.
4. Frottements.
-1
Une motocyclette roule à la vitesse constante : V = 90,0 km.h sur une route
horizontale. La masse de l’engin et du pilote est évaluée à 250 kg.
Représenter sur un schéma, sans souci d’échelle, les actions subies par le système
{motocyclette + pilote}. On précisera les points d’application de ces actions.