Exercice 3 : Descente olympique

Classe 1ère S2 DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE – CHIMIE N°7
CHIMIE
EXERCICE 1 : DETERMINATION DE LA TENEUR EN SOUFRE D’UN FIOUL
La teneur massique maximale légale en soufre dans le fioul est de 0,3 %. Afin de déterminer la teneur en soufre d'un
fioul, on en prélève m =100,0 g que l'on brûle complètement. Les gaz de combustion, uniquement constitués de
dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre et d'eau, barbotent dans V0 = 500,0 mL d'eau. On admet que tout le
dioxyde de soufre formé est dissous dans la solution. On prélève V= 10,0 mL de cette solution que l'on dose avec
une solution de permanganate de potassium concentration C’ = 5,00. 10-3 mol.L-1 . On admet que seul le dioxyde de
soufre est alors dosé. On obtient Veq = 12,5mL.
Les couples mis en jeu lors du dosage sont SO42- / SO2 et MnO4- / Mn2+.
1- Décrire avec un schéma annoté le montage utilisé , en précisant le réactif titrant et la solution à doser.
2- Ecrire les demi-équations électroniques correspondant à chacun des couples impliquées dans la réaction d’oxydo-
réduction. Préciser l’oxydation , la réduction , l’ oxydant et le réducteur. En déduire l’équation–bilan de la réaction
de dosage.
3- Quelles sont les caractéristiques de cette réaction de dosage ?
4- Comment repère-t’-on l’équivalence ?
5- A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer la relation liant les concentrations et les volumes des réactifs à
l’équivalence. Déterminer la concentration C du dioxyde de soufre dans la solution.
6- Quelle est la quantité de dioxyde de soufre qui s'est dissoute dans V0 ?
7- En déduire le pourcentage massique en soufre du fioul. Est-il conforme à la législation ?
PHYSIQUE
EXERCICE 2 : ENERGIE POTENTIELLE ET ENERGIE CINETIQUE
Un logiciel donne les courbes représentatives des énergies
potentielle et cinétique d'une balle de masse 100 g,
considérée comme un point matériel et lancée
verticalement vers le haut à l'instant : t = 0.
On donne g = 9,8 N.kg-1. le niveau de référence des
énergies potentielles est le sol.
1-a) Parmi les figures représentées en annexe, quelle est
celle qui correspond à la courbe représentative de l'énergie
cinétique de la balle ? Justifier.
b) Même question pour la courbe représentative de
l'énergie potentielle de pesanteur.
2a- Tracer la courbe représentative de la somme de
l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle de la balle
sur l'un des graphiques ci-dessous. Que remarque-t-on?
b- Existe-t-il des forces de frottements ? Justifier.
3- Déterminer la vitesse de la balle lorsqu'elle est au
sommet de sa trajectoire .
4- Quelle est alors son altitude par rapport au sol, pris
comme niveau de référence?
EXERCICE 3 : DESCENTE OLYMPIQUE
La piste de descente olympique "La face de Bellewarde", à Val d'Isère, est longue de 3000 m et présente un dénivelé
de 900 m. Un skieur de masse m = 80 kg s'élance sans vitesse du sommet et descend la piste.
On prendra g= 9,8 N.kg-1
1- En prenant pour origine de l'énergie potentielle la position du skieur à l'arrivée, calculer l'énergie potentielle de
pesanteur du skieur au départ.
2- Quelle est la valeur de la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle du skieur au départ?
3- En supposant les frottements négligeables, quelle serait la vitesse du skieur en bas de la piste?
4- En réalité, la vitesse maximale enregistrée à l'arrivée est de 140 km.h-1 . Calculer :
a. l'énergie cinétique du skieur à l'arrivée ;
b. L’énergie mécanique au dépard et à l’arrivée.
c. le travail des forces de frottement.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
2,75
3
t(s)
E(J)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
2,75
3E(J)
a
b

CORRECTION DS N°7 :
EXERCICE 1 : DETERMINATION DE LA TENEUR EN SOUFRE D’UN FIOUL
1-
3- Cette réaction est totale, rapide et unique.
4- On observe un changement de couleur : on passe de l’incolore au violet persistant.
5-
SO2
MnO4-
EI
n(SO2) = CV
n(MnO4-) = C’V’
EF equiv
CV – 5xmax = 0
C’Veq – 2xmax = 0
xmax =
2
VeqC'
5
CV 
Donx C =
mol/L1,56.10
10212,55.105 2V
Veq5C' 2
3
5- n(SO2) = CV0 = 1,56.10-2 x 0,5 = 7,81.10-3 mol.
6- n(S)tot = n(SO2) = 7,81.10-3 mol
m(S)tot = n(S)tot x M(S) = 7,81.10-3 x 32,1 = 0,25g
Donc 100g de Fioul contient 0,25g de S : %massique = 0,25%
EXERCICE 2 : ENERGIE POTENTIELLE ET ENERGIE CINETIQUE
1- a) La balle monte vers le haut puis redescent ; sa vitesse donc
son Ec diminue dans un premier temps puis augmente dans un
deuxième temps. C’est donc la courbe b qui représente l’énergie cinétique.
b) La balle monte vers le haut puis redescent. Son altitude donc son Ep
augmente dans un premier temps puis diminue. C’est donc la courbe a
qui représente l’énergie potentielle.
2a- Elle est constante.
b- Non, car l’Em est constante et donc la balle ne peut être soumis qu’à des
forces, exceptée le poids, qui ne travaillent pas.
3- Au sommet de la trajectoire, Ec = 0 donc v = 0.
4- Ep = mgz = 3J donc z =
8,91,0 3 mg
Ep
= 3,1m.
EXERCICE 3 : DESCENTE OLYMPIQUE
1- Ep = mgz = 80 x 9,8 x 900 = 7,1.105J
2- Au départ la vitesse est nulle donc Ec = 0 ; Ec + Ep = Ep = 7,1.105J
3- En bas de la piste, Ep = 0.
Comme il n’y pas de frottement, la somme des énergie potentielle et cinétique reste constante donc Ec = 7,1.105J.
Ec = 1/2mv2 donc v =
8010.1,72
25
m
Ec
= 1,3.102 m.s-1.
4- a) Ec’ = 1/2mv2 = ½ x 80 x (140.103 / 3600)2 = 6.104 J
b) Em(dépard) = Ec +Ep = 0 + 7,1.105 = 7,1.105J
Em (arrivée) = Ec’ +Ep = 6.104 + 0 = 6.104 J
c) W(
f
) = Em = Em (arrivée) - Em(dépard) = 6.104 - 7,1.105 = - 6,5.105 J
Solution de MnO4- (réactif titrant)
C’ = 5.10-3mol/L
Veq = 12,50 mL
Solution de SO2 (solution à doser)
C = ?
V = 10 mL
2- 5 x (SO2 + 2H2O = SO42- + 2é + 4H+) oxydation
2 x (MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O) réduction
5SO2 + 10H2O + 2MnO4- + 16H+  5SO42- + 20H+ +
2Mn2+ + 8H2O
5SO2 + 2H2O + 2MnO4-  5SO42- + 4H+ + 2Mn2+
SO2 : réducteur MnO4- : oxydant
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
2,75
3
t(s)
E(J)
Ec + Ep