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Bac blanc de physique-chimie corrigé 19/03/2017 p. 1 Exercice 1 : Le monde selo

Bac blanc de physique-chimie corrigé 19/03/2017 p. 1 Exercice 1 : Le monde selon Hubble (8 points) PARTIE A : Étude du satellite Hubble (5,25 points) 1. Intérêt du satellite 1.1..La partie visible du spectre électromagnétique s’étend, en longueurs d’onde, de 400 nm à 800 nm. 0,25 1.2. Comme le montre le document 2, l’atmosphère terrestre absorbe une partie des rayonnements électromagnétiques issus de l’espace. Le télescope Hubble situé au-dessus de l’atmosphère terrestre n’est pas gêné pour observer l’espace. 0,25+0,25 1.3. Les étoiles émettent toutes un rayonnement situé entre autres dans le domaine des ultra-violets. C’est aussi le cas des trous noirs supermassifs. 0,25 2. Mouvement du satellite 2.1. Force d’interaction gravitationnelle / T H F exercée par la Terre sur le satellite H Figure 1 : 0,25 ⃗ T/S accepté 2.2.1. Deuxième loi de Kepler Tout énoncé correct de la deuxième loi de Kepler 0,5. 0,25 pour le schéma complété Les rayons vecteurs doivent être tracés mais « S1 » et « S2 » ne doivent pas obligatoirement figurer 2.2.2. 0,25+0,25+0,25 Pendant la durée Δt, le satellite parcourt l’arc ̂ à la vitesse v1 ̂ Pendant cette même durée, le satellite parcourt l’arc ̂ à la vitesse v2 ̂ D’après la deuxième loi de Kepler les aires S1 et S2 sont égales alors les arcs ̂ et ̂ sont égaux. Donc v1 = v2, le mouvement du satellite est uniforme. 0,25/ 0,75 seulement si utilisation de la 2ème Loi de Newton Altitude h H RT Terre / T H F H2’ Terre H1’ H2 H1 1 TH ' 1 TH ' 2 TH 2 TH S2 S1 Bac blanc de physique-chimie corrigé 19/03/2017 p. 2 2.3. Le système {satellite} de masse m étudié dans le référentiel géocentrique considéré galiléen n’est soumis qu’à l’attraction gravitationnelle de la Terre. 0,25 D’après la deuxième loi de Newton appliquée au satellite : / T H F = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ m. a 0,25 (m constante pas exigé, ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ non plus) 0,25 pour l’expression dans le repère correct, 0,25 pour l’expression algébrique 2 . . . ( ) T M m G n R h  = m . a et a = 2 . . ( ) T M G n R h  avec n vecteur unitaire Toutes autres notations sont acceptées si elles sont introduites correctement 2.4. Pour un mouvement circulaire et uniforme, on a  2 . v a n r avec r = RT + h Alors 2 .( ) T M G R h  = 2 T v R h  donc 2 . T M G v R h   . On retrouve l’expression proposée : . T M v G R h   . 0,5 ( -0,25 si r est utilisé à la place de RT + h sans être défini) De plus le satellite est en mouvement circulaire uniforme et donc et donc √ 0,5 2.5. D’après le document 1, le satellite Hubble parcourt une circonférence de d = 42 000 km en une durée de T= Δt = 100 minutes. v = d t  = 42000 100 60  = 7,00 km.s-1 0,25 . Ce résultat est compatible avec la donnée v = 7×103 m.s-1 = 7 km.s-1. 0,25 PARTIE B : Edwin Hubble et l’expansion de l’Univers (2,75 points) 3.1. D’après le document 3, si le corps s’éloigne alors la fréquence de l’onde diminue. Le son possède alors une hauteur plus faible, il est perçu plus grave que lorsque la source est immobile. 0,5 Lien hauteur plus faible ou son plus grave>> fréquence + basse exigé 3.2. L’extrait du spectre d’émission de la galaxie NGC 3627 montre que la raie d’hydrogène de la galaxie possède une plus grande longueur d’onde que celle obtenue au laboratoire (donc immobile). La longueur d’onde est décalée vers le rouge, la galaxie s’éloigne de la Terre. 0,5. Tout ou rien. Utilisation de f ou λ acceptées 3.3. Hubble mesure les vitesses d’éloignement des galaxies à l’aide de l’effet Doppler. Il obtient le graphique de la vitesse d’éloignement en fonction de la distance Terre-galaxie. Il constate que ce graphe ressemble à une droite passant par l’origine, qui peut être modélisée par une fonction linéaire du type v = k.d. 0,5 droite passant par l’origine ou fonction linéaire ou fonction du type v = kD acceptées 3.4.1. On a v = H0.d avec H0 constante de Hubble égale au coefficient directeur de la droite moyenne passant au plus près de tous les points expérimentaux. Bac blanc de physique-chimie corrigé 19/03/2017 p. 3 Soit le point A (d = 2 Mpc ; v = 1000 km.s-1), H0 = v d ; H0 = 1000 2 = 5×102 km.s-1.Mpc-1 0,5+ 0,25 (unité correcte) Les premiers 0,5 ne sont attribués que si la mesure est faite à v supérieur ou égale à 500 km/s et qu’un point de la droite sert de repère et non un point du nuage 3.4.2. Hubble a établi sa loi en observant des galaxies situées à des distances inférieures à 2 Mpc. Le document 5 montre une droite passant par l’origine, on en déduit que la loi de Hubble reste valable pour des galaxies très éloignées. On peut déterminer la valeur actuelle de la constante de Hubble avec le point B B (D = 400 Mpc ; v = 25 000 km.s-1). H0 = v d ; H0 = 25000 400 = 250 4 = 62 km.s-1.Mpc-1 0,25 Pas d’exigence sur l’unité On trouve une valeur beaucoup plus faible que celle de Hubble. 0,25 B A Bac blanc de physique-chimie corrigé 19/03/2017 p. 4 Exercice 2 : Autour des acides (7 points) A : L’acide formique en milieu biologique (2,5 points) 1. Piqûre de fourmi 1.1. L’acide formique est un acide selon Brönsted car il peut céder un proton H+ 0,5 suivant la demi-équation : HCO2H = H+ + HCO2 – (équation non exigée) 1.2. L’acide formique réagissant avec l’eau des tissus, l’équation de la réaction chimique à l’origine des brûlures est : HCO2H (aq) + H2O(l) HCO2 – (aq) + H3O+ 0,25+0,25(indices et/ou double flèche) (c’est un équilibre car l’acide formique est un acide faible - cf données 2.2) 2. L’estomac du tamanoir 2.1. Dans l’estomac des tamanoirs (pH = 2) donc l’espèce prédominante est l’acide formique car pH < pKa (HCO2H) / HCO2 –). 0,5 tout ou rien. Axe pH non exigé. 2.2. Méthode 1 (version mathématique) D’après les données, pH > – log (c) pour une solution aqueuse d’acide faible de concentration c en soluté apporté donc 10–pH < c (par application de la fonction 10–x qui est décroissante d’où le changement de signe) Dans l’estomac, le pH est proche de 2 donc c > 10–2 mol.L-1 Méthode 2 (version « j’ai compris la notion d’acide faible ») Si l’acide formique était un acide fort, on pourrait écrire pH = – log c avec c concentration en acide formique apporté donc c = 10–pH soit c = 10–2 mol.L-1 car pH = 2. Cependant, l’acide formique est un acide faible : sa réaction avec l’eau n’est pas totale ; pour arriver à un pH aussi acide, la concentration en acide formique apporté doit être supérieure à 10–2 mol.L-1. 0,5 2.3. Les tamanoirs se nourissant presque exclusivement de fourmis, ils écrasent les fourmis dans leur bouche et c’est l’acide formique des fourmis qui permet leur propre digestion en maintenant le pH de l’estomac du tamanoir à une faible valeur. 0,5 B : l’acide citrique ( 4,5 points) 1. La molécule d’acide citrique 1.1. Le groupe hydroxyle (entouré) est caractéristique de la fonction alcool. 0,25 1.2. Les trois groupes caractéristiques carboxyle COOH sont responsables de l’acidité de l’acide citrique. En effet chaque groupe COOH peut céder un proton H+, et il y a trois groupes carboxyle, donc la possibilité de libérer trois protons : l’acide citrique est un triacide. 0,5 si « –COOH » à la place de « carboxyle » OK HOOC CH2 C OH COOH CH2 COOH pH = 2 pH pKA = 3,8 HCO2H HCO2 – Bac blanc de physique-chimie corrigé 19/03/2017 p. 5 2. L’acide citrique, un détartrant 2.1.1. On effectue un titrage pH-métrique de l’acide citrique par une solution d’hydroxyde de sodium cb = 1,00×10-1 mol.L-1. Le volume à l’équivalence est déterminé grâce à la courbe : il correspond à l’abscisse du point d’ordonnée maximale de la dérivée dpH/dv = f(v) (on peut utiliser la méthode des tangentes). A visualiser dans tous les cas sur l’annexe. 0,25 pour citer la méthode utilisée 0,25 pour la visualisation sur l’annexe 0,5 pour la lecture correcte de l’équivalence 0,25 pour la définition de l’équivalence 0,5 pour l’expression des quantités de matière 0,5 pour le calcul de CA . Points donnés aussi dans la suite si l’expression des quantités de matière est fausse mais que la suite est cohérente par rapport à l’expression donnée On lit Véq = 31,0 mL. On accepte Véq = 30,5 mL À l’équivalence les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques (ou toute l’espèce titrée a réagi ..), uploads/s3/ bac-blanc-spc-lfjm-2015-2-corrige 1 .pdf