Physique

CLASSE DE PREMIÈRE
S
Le : 21 mars 2002
Durée : 3 h 00
Physique-Chimie
DEVOIR SUR TABLE N° 5
L’épreuve a été conçue pour être traitée sans calculatrice.
L’usage des calculatrices est rigoureusement interdit.
TOUT DOCUMENT INTERDIT.
Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation.
I]
CHIMIE : sur 5 points.
DOSAGE D’UN COMPRIMÉ DE « VITAMINE C 500 »
La vitamine C, ou acide ascorbique, est vendue en pharmacie sous forme de comprimés. La molécule d’acide
-1
ascorbique a pour formule brute C6H8O6 et pour masse molaire moléculaire : MvitC = 176 g.mol .
L’acide ascorbique est un monoacide qui appartient à un couple acide / base d’une part, et à une couple oxydant /
réducteur d’autre part. Ce dernier est défini par : acide déshydroascorbique : C6H6O6 / acide ascorbique : C6H8O6.
On se propose de vérifier par dosage l’indication : « Vitamine C 500 » portée sur l’emballage d’un tube de comprimés.
1°) Dosage acido-basique.
Un comprimé de « Vitamine C 500 » est dissous dans un peu d’eau, dans un bécher. Le contenu du bécher est
transvasé dans une fiole jaugée de 200 mL. On complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge et on homogénéise
la solution obtenue, notée S1.
On prélève ensuite un volume : V1 = 20,0 mL de la solution S1 et on le verse dans un bécher sec et propre. On
réalise alors un dosage colorimétrique de l’échantillon prélevé, en présence d’un indicateur coloré de pH. L’équivalence du
dosage est obtenue lorsqu’on a versé : Véq = 15,0 mL d’une solution étalon d’hydroxyde de sodium, de concentration
-2
-1
molaire volumique : CB = 2,00.10 mol.L .
a) Écrire l’équation chimique de la réaction de dosage.
b) Définir l’équivalence d’un dosage.
c) Faire le schéma légendé du dispositif du dosage colorimétrique.
d) Déterminer la quantité de matière d’acide ascorbique contenu dans l’échantillon dosé.
e) En déduire la masse d’acide ascorbique contenu dans un comprimé.
f ) Justifier l’appellation « Vitamine C 500 » inscrite sur le tube de comprimés. Avec quel pourcentage d’écart cette
indication est-elle vérifiée ?
2°) Dosage d’oxydo-réduction.
On peut réaliser le même type de dosage en utilisant une réaction d’oxydo-réduction entre les couples :
–
I2 / I et : C6H6O6 / C6H8O6.
a) Établir l’équation chimique de la réaction de ce nouveau dosage.
b) Ce dosage nécessite-t-il un indicateur coloré de fin de réaction ? Justifier la réponse.
II ] CHIMIE : sur 5 points.
L ’ H E X A N E
On se propose d’étudier quelques propriétés structurales et autres transformations de la molécule d’hexane de
-1
formule brute : C6H14. On donne les masses molaires atomiques : C = 12,0 ; H = 1,00 g.mol .
1°) Structure de la molécule C6H14.
a) Proposer une représentation de Cram de la molécule d’hexane.
b) Représenter, avec des formule topologiques, tous les isomères de constitution de la molécule C6H14.
Nommer chaque isomère.
2°) Modification de la chaîne carbonée de l’hexane.
À 300°C, sous haute pression, l’hexane est transformé en un hydrocarbure A saturé et linéaire en C4 et en un
alcène B. Écrire l’équation de cette transformation chimique et donner un nom à ce type d’opération. Quels sont les noms
des produits A et B ?
3°) Modification de l’hydrocarbure A.
À 500°C, sous faible pression, l’hydrocarbure A est transformé par reformage en un alcène C dont la structure
moléculaire présente une symétrie axiale.
a) Écrire, en utilisant des formules semi-développées, l’équation de cette nouvelle transformation chimique.
Quel nom peut-on lui attribuer ?
b) L’alcène C présente une diastéréoisomérie. Faire une représentation de Cram des deux stéréo-isomères de
C et donner leurs noms.
... / ...
4°) Modification de l’alcène B.
Par polyaddition, l’alcène B donne un polymère, noté PEbd, utilisé dans la confection de sacs d’emballages légers.
a) Écrire l’équation chimique de l’opération de polymérisation.
b) Qu’appelle-t-on indice de polymérisation n ?
-1
c) Un échantillon du polymère obtenu a une masse molaire moléculaire moyenne : MPE = 140 kg.mol .
Déterminer une valeur numérique de l’indice n de polymérisation.
III ] PHYSIQUE : sur 5 points. V I V E L E S K I . . . D E P R I N T E M P S !
Un skieur, de masse m égale à 60 kg, assimilable à son centre
d’inertie G, glisse sur une portion de piste formée de trois parties AB, BC et
CD, situées dans un plan vertical. AB représente une portion de cercle de
rayon R et de centre O, BC est une partie rectiligne horizontale de longueur
3R et CD est un quart de cercle de rayon R et de centre O'.
Le skieur, démarre en A avec une vitesse nulle.
-1
On donne : R = 0,10 km ; α = 45° ; g = 10 m s .
1°) La piste est bien enneigée et une force de frottement constante,
opposée au vecteur vitesse de G, de valeur f, s'exerce tout le long du trajet ABC.
Exprimer en fonction de f, R, m, g et α la valeur VB de la vitesse de G en B.
Exprimer de même la valeur VC de la vitesse de G en C.
Définir l’énergie mécanique du skieur en C. Proposer une valeur numérique pour celle-ci.
L’énergie mécanique du skieur se conserve-t-elle au fil du temps et du trajet ABC ? Justifier la réponse.
Le skieur arrive en C avec une vitesse nulle. Montrer que l’on pourrait calculer la valeur de f sur le parcours
AC avec les valeurs numériques de l’énoncé. On ne demande pas d’effectuer ce calcul numérique.
2°) Le skieur G aborde avec une vitesse nulle la partie CD, qui est verglacée. Il perd contact avec la piste en un point
E repéré par l'angle β .
a)
b)
c)
d)
e)
a) Exprimer la valeur de sa vitesse VE, au point E en fonction de β , R et g.
b) L’énergie mécanique de G en E est-elle plus importante, égale ou plus faible que celle calculée en C ? Justifier.
c) Pourrait-on calculer la valeur VD de la vitesse de G au point D ? Justifier la réponse.
IV ] PHYSIQUE : sur 5 points.
C I R C U I T S
É L E C T R I Q U E S
Dans cet exercice, les résultats numériques seront donnés avec 3,00 chiffres significatifs.
1°) Caractéristique : UAB = f (I) d’un électrolyseur.
On construit expérimentalement la courbe : UAB = f (I) caractéristique d’un
électrolyseur L. On obtient le graphe ci-contre.
a) Dessiner le schéma conventionnel du montage électrique ayant permis cette
opération. On notera sur ce schéma l’intensité I du courant électrique ainsi
que les flèches des tensions aux bornes des dipôles présents.
b) À l’aide du graphe fourni, déterminer les valeurs numériques de la f.c.e.m. E’
et de la résistance interne r’ de L. On justifiera chaque détermination.
2°) Circuits en série.
Aux bornes d’un générateur de tension G, de f.e.m. : E = 9,00 V et de résistance
interne : r = 0,800 Ω , on place en série l’électrolyseur L précédent et un résistor A de
résistance : R = 59,2 Ω.
a) Déterminer une valeur numérique de l’intensité I du courant électrique
parcourant le circuit.
b) Représenter, sous forme d’un schéma, le bilan de puissance du montage en
calculant les différentes puissances mises en jeu.
c) Définir et calculer le rendement en puissance de l’électrolyseur.
3°) Circuits en parallèle.
L’électrolyseur L est maintenant associé en parallèle avec un résistor A’ de résistance : R’ = 60,0 Ω aux bornes du générateur G.
a) Dessiner le schéma conventionnel du montage électrique. On notera sur ce schéma les intensités des
courants électriques ainsi que les flèches des tensions aux bornes des dipôles présents.
b) En négligeant la valeur de r, trouver une valeur numérique pour chaque intensité de courant circulant dans
les branches du circuit.
c) Quel pourcentage d’erreur sur la valeur de la tension aux bornes de G a-t-on commis en négligeant r ? Conclure.