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SESSION 2017
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CONCOURS BLANC
PCSI
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EPREUVE DE PHYSIQUE-CHIMIE
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DUREE : 4 H
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L’UTILISATION D’UNE CALCULATRICE EST AUTORISEE
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Aucun document ni autre matériel, quel qu'il soit, n'est autorisé. Les
téléphones portables doivent être éteints et placés sur le bureau du surveillant
de salle.
Si au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur
d'énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en
expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.
Les candidats doivent vérifier que le sujet comprend 10 pages.
Les candidats sont invités à porter une attention particulière à la rédaction :
les copies illisibles ou mal présentées seront pénalisées.
Toute application numérique ne comportant pas d'unité ne donnera pas lieu à
attribution de points.
Les parties chimie et physique doivent être rédigées sur des copies séparées.

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Partie CHIMIE : Le dioxygène dans la chimie de l’environnement (≈1h30)
(d’après banque PT 2014)
1. Autour de l’élément oxygène
Q1. Écrire la configuration électronique de l’oxygène (Z=8) dans son état fondamental. En déduire son numéro
de colonne et de ligne dans le tableau périodique, justifier brièvement.
Q2. Écrire la configuration électronique du soufre (Z=16) et indiquer le nombre d’électrons de valence qu’il
possède.
Q3. Proposer une représentation de Lewis du dioxyde et du trioxyde de soufre. On pensera à indiquer les
charges formelles s’il y en a.
2. Étude cinétique de la décomposition de l’ozone en solution aqueuse
Lors de la préparation d’eau potable, l’ozone O3 joue le rôle de désinfectant et dégrade les substances
organiques ce qui leur confère une meilleure biodégradabilité. D’un point de vue microscopique, ce
processus est permis par la dégradation de l’ozone en radical hydroxyle HO. Dont le pouvoir oxydant
assure la dégradation d’un grand nombre de polluants.
La cinétique de la dégradation de l’ozone selon l’équation
)(2)(3 2
3aqaq OO 
est très sensible aux conditions
opératoires et l’ordre par rapport à la réaction fait encore l’objet d’études ; il dépend en particulier du
mode d’initiation. On étudie ici les modes d’initiation thermique et par voie photochimique.
2.1. Initiation par voie thermique
On suppose que la réaction admet un ordre α par rapport à l’ozone. On note k la constante de vitesse.
Q4. Écrire et résoudre l’équation différentielle régissant l’évolution de la concentration d’ozone dans le temps
dans l’hypothèse où
1
. En déduire l’expression du temps de réaction :
k
t2ln
2/1 
Q5. Écrire et résoudre l’équation différentielle régissant l’évolution de la concentration d’ozone dans le temps
dans l’hypothèse où
2
. En déduire l’expression du temps de réaction :
kC
t
o
1
2/1 
, où Co est la concentration en ozone à t=0.

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Les résultats sont obtenus à T1=20°C pour diverses concentrations initiales en ozone dissous :
Q6. A partir des temps de demi-réaction, indiquer la valeur probable de α. En déduire la valeur de la
constante de vitesse k(T1).
A la température T2=30°C la constante de vitesse vaut
1
2min18,0 
Tk
.
Q7. Donner l’expression de l’énergie d’activation EA en fonction de R, la constante des gaz parfaits, T1, T2, k(T1)
et k(T2). Calculer EA en kJ.mol-1.
Donnée : R=8,314 J.mol-1.K-1
2.2 Initiation par voie photochimique
L’ozone en solution aqueuse absorbe les radiations UV (maximum d’absorption 254 nm), ce qui permet
d’initier la réaction selon le mécanisme réactionnel ci-dessous :
On note kj la constante de vitesse du mécanisme (j) et vj la vitesse associée. L’eau étant en large excès, on
pose :
311 Okv 
.
On cherche à établir la loi de vitesse de disparition de l’ozone :
dt
Od
v3
.

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Une simulation informatique donne l’évolution des concentrations en fonction du temps :
Q8. Énoncer l’approximation de l’état quasi-stationnaire. En utilisant le résultat de la simulation
informatique, indiquer en justifiant les espèces pour lesquelles cette approximation s’applique.
Q9. Justifier que :
321 vvvv 
Q10. Montrer que :
2/3
3
4
1
231 2O
k
k
kOkv 
.
Q11. Expliquer pourquoi le premier terme est négligeable devant le deuxième. En déduire l’ordre de la
réaction dans le cas où la réaction est initiée par voir photochimique.

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Partie PHYSIQUE (≈2h30)
Problème 1 : Impédance d’une bobine (Petites mines)
On dispose d’une bobine B que l’on assimilera à l’association série d’une inductance L et d’une
résistance r. (L et r sont des constantes positives, indépendantes de la fréquence).
Détermination de r et L à partir d’un oscillogramme.
On place, en série avec la bobine, un résistor de résistance R = 40  et un condensateur de capacité C =
10 µF.
Le GBF (générateur basses fréquences) est réglé pour délivrer une tension sinusoïdale de fréquence
f = 250 Hz (la pulsation sera notée ) et de valeur crête à crête de 10 V.
Deux tensions sont visualisées sur un oscilloscope numérique.
On obtient un oscillogramme équivalent au graphe suivant