TS5 RATTRAPPAGE Devoir Surveillé de PHYSIQUE CHIMIE

TS5 RATTRAPPAGE
Devoir Surveillé de PHYSIQUE CHIMIE
Date : 29/03/16 Durée : 2h
Calculatrice : autorisée
Consignes :
La présentation sera soignée, les résultats demandés encadrés, tout résultat non justifié ne sera pas pris en
compte.
Chaque exercice sera rédigé sur une copie particulière
Aucun sujet ne sera introduit dans les copies dont chaque feuille sera nominative.
Les éventuels documents à compléter seront recopiés ou découpés et collés sur la copie, aucune feuille
volante ne sera prise en compte.
Exercice 1 : Chimie
L’acide nitrique, parfois appelé acide azotique, est un composé chimique de formule HNO3. Pur, c'est un liquide
incolore de densité 1,4. C'est un acide de pKa = -1,37 généralement utilisé en solution aqueuse, jadis appelée « eauforte » par les alchimistes puis les graveurs sur cuivre.
On introduit n0 = 50,0 mmol d'acide nitrique pur dans de l'eau distillée de manière à obtenir V0 = 200 mL d'une solution
aqueuse d'acide nitrique de concentration C0.
1.
2.
3.
4.
Justifier le fait que l'acide nitrique est un acide fort.
Déterminer le volume d'acide nitrique pur qu'il faut prendre pour disposer d'une quantité de 50,0 mmol.
Déterminer la concentration molaire C0 de la solution aqueuse obtenue.
Donner l'équation de la réaction qui s'effectue lorsqu'on introduit cet acide pur dans l'eau. Préciser les deux
couples acido-basiques mis en jeu.
5. La réaction de cet acide sur l'eau étant totale, quelle est la concentration finale des ions oxonium et des ions
nitrate dans la solution aqueuse obtenue ?
6. En déduire le pH de cette solution ainsi que la concentration des ions hydroxyde.
On fait maintenant réagir 3,210 5 mol d'acide chloroéthanoïque noté AH avec de l'eau en excès. En fin de réaction la
solution aqueuse obtenue de volume V = 50 mL a un pH de 3,3.
1. Si cet acide avait été fort, quel aurait dû être le pH final de la solution ?
2. Compléter le tableau d'avancement suivant sans faire aucun calcul :
Etat système
avancement
Initial
x=0
AH
+
H2O
Excès
Final
Excès
3.
4.
5.
6.
H3O +
+
A–
Excès
Intermédiaire x
xF

Exprimer en fonction de l'avancement final xF la concentration finale des ions oxonium et des ions A -.
Même question pour la concentration finale de l'acide chloroéthanoïque.
Calculer le pKA de cet acide.
En réalité pKA de l'acide chloroéthanoïque est de 2,8. Quelle est, de l'espèce AH et de l'espèce A - celle qui
prédomine ? Justifier sans calcul.
7. Déterminer la valeur du rapport
[ A ]
dans cette solution aqueuse.
[ AH ]
8. Cette solution peut-elle être qualifiée de solution tampon ?
9. Donner le nom et la formule topologique de la base conjuguée de cet acide.
Exercice 2 : Physique
Un enfant lance une voiturette bleue de masse m = 150 g en A d’altitude zA = 0 sur un plan incliné d’un angle α = 30°
par rapport à l’horizontale. La voiturette monte alors jusqu’au point C où elle s’arrête avant de redescendre en marche
arrière. Cette voiturette bleue n’est soumise à aucune force de frottement entre A et C.
1.1 Quelles sont les forces qui s’exercent sur la voiture durant son trajet de A vers C ?
1.2 Que peut-on dire de l’énergie mécanique de la voiture ? Pourquoi ?
1.3 Déterminer la vitesse vA avec laquelle l’enfant lance la voiturette en A sachant que le point C se trouve à l’altitude zC
= 0,80 m
L’enfant lance ensuite une voiturette rouge de même masse que la bleue avec une vitesse de 4,0 m/s. Cette voiture
n’atteint qu’une hauteur de 0,55 m.
2.1 Montrer que l’énergie mécanique pour cette voiture rouge ne se conserve pas.
2.2 En supposant que la force de frottement exercée sur cette voiture durant tout son trajet est constante, calculer le
travail de cette force notée f.
2.3 Déterminer alors la valeur de f.
Donnée :
Champ de pesanteur : g = 9,81 N/kg
Oscillateurs mécaniques
O
A
xm
x
On considère un ressort de masse négligeable et de longueur à vide l0 = AO. Cette longueur à vide correspond à la
longueur du ressort lorsque ce dernier n’est soumis à aucune force.
Le ressort est fixé au mur en A et une masse m est accrochée à son extrémité libre. Cette masse peut glisser sans
frottement sur une surface horizontale. O est l’origine du repère (xO = 0).
1. La période d’oscillation d’un tel système, appelé pendule élastique, est donnée par la relation :
T  2
m
avec k la raideur du ressort.
k
a. Que faut-il faire avec un ressort de raideur k donnée pour doubler sa période T d’oscillation ?
b. Montrer par une étude dimensionnelle que la raideur d’un ressort s’exprime en N∙m –1.
2. On considère un ressort de raideur 0,50 N∙m –1. On écarte la masse m de sa position d’équilibre O en la tirant
jusqu’au point M d’abscisse xm = 2,0 m et on la lâche sans la lancer.
a. Déterminer l’énergie potentielle élastique Epel stockée dans le ressort, donnée par la relation :
E pel 
1
k  x2
2
b. Soit F la force exercée par le ressort sur la masse m en xm. Déterminer la direction et le sens de F.
c. Sachant qu’il n’y a aucune force non-conservative qui travaille sur le trajet MO, déterminer en fonction de k, m et
xm l’expression de la vitesse v0 de la masse m lorsqu’elle passe par le point O.