Contrôle de sciences physiques n°5 - Physique

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Contrôle de sciences physiques n°5
Calculatrice autorisée. Les exercices peuvent être traités dans le désordre. Le sujet est recto-verso.
I) Solides ioniques [ /8,5]
Le chlorure de potassium est un solide ionique qui est utilisé dans les denrées alimentaires
en remplacement du sel de cuisine car il possède une saveur salée proche de celle du
chlorure de sodium.
C'est aussi l'un des composés utilisé comme poison pour les injections létales dans certains
pays pratiquant la peine capitale.
La structure d'une maille du cristal (en 3D et de face) est schématisée ci-contre.
Les ions potassium K+ et chlorure Cl- sont en contact et la distance d entre deux ions plus
proches voisins vaut 0,3147 nm.
1. Calculer la valeur de la force exercée par un anion chlorure sur un cation de
potassium et préciser si cette force est attractive ou répulsive. (/3,5)
Le cyclohexane est un solvant apolaire.
2. Indiquer si le chlorure de potassium est soluble dans le cyclohexane en justifiant votre réponse. (/1)
Le nitrate de fer est un solide ionique utilisé en joaillerie pour graver l'argent et patiner les bronzes. On souhaite préparer une solution aqueuse
de nitrate de fer (III) de volume V = 250 mL.
Pour cela, on dissout une masse m = 24,2 g d'un solide ionique de nitrate de fer de formule Fe(NO3)3 (s).
3. Écrire l'équation de dissolution de ce solide ionique sachant qu'on forme notamment des ions Fe3+. (/1)
4. Calculer C, la concentration molaire en soluté apporté : Fe(NO3)3. (/2)
5. Calculer les concentrations effectives en ions fer et en ions nitrates. (/1)
Données :
 Valeur de la constante intervenant dans le calcul de la force électrostatique : k = 9,0.109 USI
 e = 1,6.10-19 C
 M(Fe(NO3)3) = 241,8 g.mol-1
II) Polarité de l'eau et du méthanol [ /4]
1. Indiquer si les molécules d'eau (H2O) et de méthanol (CH3-OH) représentées ci-dessous sont polaires ou apolaires. Si certaines molécules
sont polaires, préciser l'emplacement du barycentre des charges positives (noté G+) et du barycentre des charges négatives, noté (G-) (/2)
Atome d'oxygène
□ Polaire
□ Apolaire
□ Polaire
□ Apolaire
Données :
Élément
H
C
N
O
Cl
Électronégativité
2,2
2,5
3,0
3,4
3,2
On considère que 2,5 et 2,2 sont deux valeurs d'électronégativités très proches permettant de négliger la polarité des liaisons C-H.
2. Le méthanol est très soluble dans l'eau puisqu'il est même miscible dans l'eau en toutes proportions. Expliquer pourquoi. (/1)
3. Indiquer quel type de liaisons peuvent s'établir entre les molécules d'eau et de méthanol. Un schéma est attendu. (/1)

III) Champ magnétique terrestre [ /2,5]
Pour modéliser la source de champ magnétique terrestre, on peut en première
approximation considérer qu'il est créé par un aimant situé au centre de la Terre.
1. Outre les aimants et la Terre, indiquer une autre source de champ magnétique.
(/0,5)
2. Le schéma ci-contre représente les lignes du champ magnétique terrestre.
Indiquer sur le schéma le pôle nord et le pôle sud de l'aimant. (/1)
3. Représenter sans souci d'échelle le champ magnétique aux points A et B. ( /1)
IV) Déviation d'un électron dans un oscilloscope [ / 5]
Dans un oscilloscope analogique, le signal lumineux que l'on voit à l'écran est créé grâce à un faisceau d'électrons qui bombardent un écran
enduit d'une substance fluorescente. Ces électrons sont déviés verticalement en fonction de la tension appliquée en entrée de l'oscilloscope.
Cette déviation des électrons est opérée grâce à un condensateur plan. Un condensateur plan est constitué par deux armatures métalliques.
Lorsque ces armatures sont chargées, il existe entre ces armatures un champ électrique uniforme (si l'on néglige les "effets de bords", à la
périphérie des armatures, ce qui est le cas ici).
1. Expliquer ce que signifie l'expression "le champ électrique est uniforme entre les deux armatures métalliques." (/1)
L'intensité du champ électrique régnant entre les armatures du condensateur est de E = 60 V.m-1.
2. Sachant que le champ électrique est uniforme entre les armatures du condensateur dessiner sur la copie le champ électrique au
point M et le champ électrique au point N. (Les pointillés indiquent que les armatures se prolongent et que l'on a dessiné
seulement une partie du condensateur). (/2)
Vous prendrez comme échelle pour représenter le champ électrique : 1,0 cm = 40 V.m-1.
3. Calculer l'intensité de la force électrique s'exerçant sur un électron situé au point M et la représenter sans souci d'échelle. (/2)
Données : mélectron = 9,1 × 10-31 kg ; g = 9,8 N.kg-1 ; e = 1,60 × 10-19 C