Devoir de Physique

Devoir de Physique-Chimie
Première S
Date : vendredi 11 avril 2008
Durée : 3 h 30 min
M. Morin
Les calculatrices sont autorisées
VRAI/FAUX (de –5 points à +10 points)
I.
Répondez sur la feuille annexe par VRAI ou par FAUX (en toutes lettres) et justifier votre réponse.
Les justifications peuvent être :
- une définition
- un calcul pour confirmer ou infirmer la réponse choisie
- un exemple
- etc…
Il n’y a qu’une bonne réponse par question
Barême :
0,5 point par bonne réponse
0 si absence de réponse et/ou s’il n’y pas de justification.
-0,25 point par mauvaise réponse et/ou si la justification est fausse.
Questions :
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Au cours d’un freinage d’un véhicule, de l’énergie est détruite.
Il peut y avoir transfert d’énergie entre deux corps sans qu’il y ait de liaison matérielle entre eux.
Il ne peut y avoir de variation d’énergie interne d’un corps sans changement de température d’un corps.
Dans une forge, une pièce métallique reçoit des énergies de 300 J par martelage et de 700 J par chauffage.
Son énergie interne a varié de – 1000 J
La tension UAB est égale à au potentiel du point A soustrait au potentiel du point B.
Pour mesurer la tension UAB, il faut brancher la borne V du voltmètre au point B et la borne COM au point A.
L’énergie reçue par un récepteur de dépend pas de la durée d’utilisation.
La puissance électrique d’un générateur est proportionnelle à la tension entre ses bornes.
Quand on multiplie par 4 l’intensité du courant traversant une résistance, la puissance du transfert par effet joule
est multipliée par 16.
Pour une association en dérivation, la somme des conductances est égale à la résistance équivalente.
Si la résistance R2 est parcourue par un courant de 0,6 A, l’intensité du courant dans la résistance R3 vaut 0,6 A
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20.
La chimie organique de concerne que les espèces chimiques issues des êtres vivants.
Un atome de carbone engagé dans un liaison double et deux liaisons simples possède une géométrie plane.
La molécule de formule brute CH2O appartient à la famille des alcools.
La molécule de formule brute CH2O2 appartient à la famille des acides carboxyliques.
Le but-2-ène possède trois isomères.
Les alcools possèdent comme groupe caractéristique, le groupe hydroxyle.
Les températures d’ébullition de alcanes diminuent avec le nombre d’atomes de carbone.
Le principe de la distillation fractionnée repose sur la différence de densité des différentes espèces chimiques.
La molécule de formule brute C3H6 appartient à la famille des cyclanes.
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II. L’eau oxygénée. 1,5 points
NOM : ………………………
L’eau oxygénée est une solution de peroxyde d’hydrogène H2O2 (aq). C’est un oxydant en solution aqueuse.
Le couple mis en jeu est H2O2 (aq)./ H2O.
1. Ecrire la demi-équation associée à ce couple en milieu acide.
Quand on verse une solution d’iodure de potassium K+(aq) + I-(aq) dans de l’eau oxygénée acidifiée, on observe
l’apparition d’une couleur brune.
2. Ecrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction qui se produit quand les deux solutions sont en présence.
3. Expliquer l’apparition de la couleur brune.
II.
Titrage d’une solution de diiode. 4 points
On considère les couples oxydant/réducteur I2 (aq) / I- (aq) et
S4O62-(aq) / S2O32- (aq).
1. Ecrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction entre le diiode et les ions thiosulfate S2O32- (aq).
2. Cette réaction peut être utilisée pour doser le diiode en solution aqueuse.
-
on verse dans un bécher un volume V = 20,0 mL d’une solution aqueuse de diiode.
on prépare une burette de 25 mL avec une solution de thiosulfate de sodium de concentration molaire en
ion thiosulfate [S2O32-] = 8,0  10-2 mol.L-1
on effectue le titrage et on observe un changement de couleur pour un volume versé VE = 15,8 mL de
solution de thiosulfate de sodium.
2.1. Avec quelle verrerie mesure-t-on les 20,0 mL de la solution de diiode ?
2.2. Faire un schéma légendé du dispositif de titrage. Attention, certains matériels utilisés ne sont pas
indiqués dans l’énoncé.
2.3. Définir l’équivalence.
2.4. En déduire la relation à l’équivalence entre [I2], [S2O32-], V et VE. (Vous pouvez vous aider d’un
tableau d’évolution du système). Calculer la concentration [I2].
III.
Compléter les fiches suivantes (à rendre avec la copie) : 4,5 points
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IV.
Détermination de la formule d’une molécule. 3 points.
Un alcane gazeux contient (en masse) 82,75 % de carbone.
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Donner la formule générale d’un alcane en fonction de n (n étant le nombre de carbone).
En déduire le nombre d’atomes de carbone présent dans cet alcane.
Ecrire les formules semi-développées des différents isomères de cet alcane.
Lequel aura la température d’ébullition la plus élevée ?
Données : MC= 12,0 g.mol-1
V.
MH = 1,0 g.mol-1
Détermination des grandeurs caractéristiques d’une pile. 4,5 points.
Au cours d’une séance de travaux pratiques, on veut déterminer les paramètres (E,r) d’une pile de 4,5V.
1. Montage :
1.1. Proposez un montage électrique pour tracer cette caractéristique. On dispose de la pile, d’une résistance
variable (0 à 100 , 2 A max), d’une résistance de protection RP (12 , 2 W), de deux multimètres et d’un interrupteur.
1.2. Faites apparaître sur ce circuit les deux bornes de chaque multimètre, la tension aux bornes de la pile ainsi que
l’intensité du courant.
1.3. Quel est le rôle de la résistance de protection (12 , 2 W) ?
1.4. Quel serait alors le courant maximum dans le circuit si la valeur de la résistance variable était ramenée à 0 ?
2. On a obtenu les valeurs et la courbe ci-dessous
En justifiant, déduisez-en la force électromotrice E et la résistance interne r de cette pile.
3. Pour une tension U = 4,21 V, déterminez :
3.1. La puissance électrique fournit au circuit extérieur.
3.2. La puissance chimique transformée en puissance électrique.
3.3. La puissance dissipée sous forme d’effet Joule dans la pile.
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VI. Moteur d’une grue. 7 points.
Le moteur électrique d’une grue est alimenté par une tension continue de UAB = 365 V.
Lorsque la grue soulève une charge, l’intensité du courant électrique traversant le moteur est I = 15,0 A,. la
puissance mécanique développée par le moteur à la sortie de l’arbre est alors de Pm = 4,20 kW.
Pour cette étude, on ne tient pas compte des phases de démarrage et d’arrêt de la charge au cours de sa montée.
La durée de la montée est de Δt = 17,0 s.
1) Durant la montée de la charge, calculez l’énergie électrique reçue par le moteur We.
2) Calculez le rendement énergétique du moteur : η = W utile
W reçue
3) Au cours de la montée de la charge, le transfert thermique Q libéré par le moteur dans l’environnement
est réalisé par les pertes :
- dans les circuits électriques : Q1 = 78% Q
- dans les circuits magnétiques : Q2 = 12% Q
- des divers frottements des pièces en mouvement Q3 = 10% Q
a. Recopier et compléter le diagramme énergétique ci-dessous décrivant le fonctionnement du moteur de la grue.
b. Calculez la valeur de Q.
c. Calculez la puissance P1, P2 et P3 de ces différentes pertes.
Diagramme énergétique :
VII. Circuit avec un électrolyseur. 5,5 points.
Une pile de force électromotrice E = 6,0 V et de résistance interne r = 2,0 , est associée en série avec un électrolyseur de
force contre électromotrice E’ = 2,0 V et de résistance interne r’ = 0,10 .
1.Faire un schéma du circuit en indiquant le sens du courant I et en représentant la tension UPN aux bornes du générateur.
2. Exprimer littéralement l’intensité I en fonction de E, E’, r et r’et calculer sa valeur.
3. Donner l’expression et calculer la valeur de la puissance électrique engendrée par le générateur.
4. Montrer que la puissance transmise par la pile et reçue par l’électrolyseur a pour valeur Preçue = 4,2 W.
5. Donner l’expression et calculer la valeur de la puissance électrique utile, utilisée pour réaliser des transformations
chimiques.
6. Calculer le rendement de l’électrolyseur.
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FEUILLE ANNEXE
Q
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2
3
4
5
6
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8
9
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VRAI / FAUX
Justification