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Physique Chimie Durée : 3 heures - 1 - 1ère S Sujet 84 (1ère partie) Enoncé du

Physique Chimie Durée : 3 heures - 1 - 1ère S Sujet 84 (1ère partie) Enoncé du devoir _______________________________________________ Aucun document n’est autorisé. La calculatrice est indispensable. La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction seront prises en compte dans l’appréciation du travail. Les 5 exercices demandés sont indépendants. CHIMIE (9 points) Exercice 1 __________________________________________________________ (4,5 points) Préparation d’une solution ionique d’hydroxyde de sodium Données : masse d’une pastille de soude : m = 8,0.10–2g ; MNa = 23,0g.mol–1 ; MH = 1,0g.mol–1, MO = 16g.mol–1 • Par dissolution L’hydroxyde de sodium, de formule chimique NaOH, plus communément appelé soude, se présente sous forme de pastilles blanches. La solution obtenue par dissolution est incolore et est constituée d’ions Na+ et HO–. 1) Ecrire l’équation de dissolution de l’hydroxyde de sodium dans l’eau. (0,5 point) 2) L’eau est le solvant utilisé. On dit que cette molécule est polaire, que cela signifie-t-il ? (0,5 point) 3) Décrire rapidement le phénomène de dissolution. (0,5 point) 4) On possède 5 pastilles de soude et on désire obtenir une solution d’un volume de 100 mL. (0,5 point) Etablir l’expression littérale permettant de déterminer la concentration c de la solution préparée en fonction de la masse molaire, de la masse d’une pastille, et du volume. Faire l’application numérique. 5) Décrire le mode opératoire permettant d’obtenir cette solution. (0,5 point) 6) En déduire les concentrations molaires effectives des ions en solution en fonction de c. (0,5 point) Donner leurs valeurs numériques. • Par dilution On possède une solution mère d’hydroxyde de sodium de concentration c = 1,0.10–1 mol.L–1 On désire préparer 3 solutions de 100mL chacune à partir de la solution mère, de concentrations respectives : 1,0.10–2 mol.L–1 ; 5,0.10–3 mol.L–1 ; 1,0.10–3 mol.L–1. 7) Rappeler le principe de la dilution. (0,5 point) 8) Décrire le mode opératoire permettant d’obtenir la première solution diluée (on utilisera des schémas) (0,5 point) 9) Pour les solutions suivantes, indiquer les différents volumes à prélever. (0,5 point) Physique Chimie Durée : 3 heures - 2 - 1ère S Sujet 84 Exercice 2 : Conductimétrie ____________________________________________ (4,5 points) Dans tout l’exercice, les solutions sont prises à 25°C. Données : conductivités molaires ioniques à 25°C : + λK = 7,35 mS.m2.mol–1 ; − λcl = 7,63 mS.m2.mol–1 ; + λNa = 5,01 mS.m2.mol–1. Pour vérifier la valeur de la constante de cellule k d’un conductimètre de laboratoire, on plonge la cellule du conductimètre dans un volume de solution S de chlorure de potassium (K+(aq) + Cl–(aq) de concentration c = 1,0.10–2 mol.L–1. Le conductimètre indique alors une conductance G = 0,76 mS. 1) Calculer les concentrations de chaque ion en solution. (0,5 point) 2) Exprimer la conductivité σ de cette solution en fonction des conductivités molaires ioniques des ions présents en solution et de la concentration c. (0,25 point) 3) Calculer la valeur de la conductivité de la solution. (0,25 point) 4) En déduire la valeur (en m) de la constante de la cellule conductimétrique. (0,25 point) 5) La comparer à la valeur fournie par le constructeur : 5,0.10–3 m. (0,25 point) 6) Les électrodes planes et parallèles de la cellule sont distantes de L = 5,0 mm. Quelle est la surface des électrodes ? (0,25 point) 7) A 50 ml de la solution S on ajoute 50ml d’eau distillée. a) Quelle est la concentration de la solution obtenue ? (0,5 point) b) Quelle conductance indiquera le conductimètre ? Justifier. (0,5 point) 8) A 50mL de la solution S on ajoute 50 mL d’une solution de chlorure de sodium (Na+(aq)+Cl–(aq)) de même concentration. Aucune réaction n’a lieu. a) Calculer les quantités de matière de chaque ion présent dans le mélange. (0,5 point) b) Calculer les concentrations de chaque ion présent dans le mélange. (0,5 point) c) Calculer la valeur de la conductivité du mélange. (0,5 point) d) Quelle conductance indiquera le conductimètre ? (0,25 point) Physique Chimie Durée : 3 heures - 3 - 1ère S Sujet 84 PHYSIQUE (11 points) Exercice 3 : Pèse-personne _______________________________________________ (2 points) Un pèse-personne est un dynamomètre, mais il est gradué en kg. 1) Quelle est la grandeur réellement mesurée par le pèse-personne ? (0,5 point) 2) Sur Terre, un astronaute monte avec son équipement sur le pèse-personne. Celui-ci indique alors une masse de 100 kg. (0,5 point) Quel est le poids de l’astronaute ? Donnée : g = 10 N.kg–1. 3) L’astronaute refait l’expérience sur la Lune : le pèse-personne indique alors une masse de 17 kg. a) S’agit-il réellement de sa masse ? Justifier votre réponse. (0,5 point) b) Justifier l’indication du pèse-personne. (0,5 point) Exercice 4 : Etude d’un pendule __________________________________________ (5,5 points) On considère un pendule comportant une bille d’acier quasi-ponctuelle de masse m = 10 g, attachée à un fil de suspension de longueur l = 30 cm. On prendra : g = 10 N.kg– 1. Dans tout ce qui suit, on s’intéresse au système constitué par la bille seule. 1) Le pendule est initialement au repos. a) Donner le diagramme des interactions. (0,25 point) b) Enoncer la condition d’équilibre d’un tel système dans un référentiel galiléen. (0,5 point) c) Faire un schéma et donner toutes les caractéristiques des forces exercées sur la bille. (0,5 point) 2) Un aimant est approché de ce pendule et exerce une force horizontale F : à l’équilibre, le fil de suspension fait alors un angle α = 30° avec la verticale (voir annexe). a) Donner le diagramme des interactions. (0,25 point) b) Enoncer les conditions d’équilibre d’un tel système dans un référentiel galiléen. (0,5 point) c) Faire un schéma et déduire de la condition précédente les normes respectives de T (tension du fil) et de F (force horizontale exercée) (1 point) d) Que deviendrait l’angle d’inclinaison du pendule si la même force horizontale était appliquée à un pendule de longueur double (60 cm) ? (0,25 point) 3) On retire l’aimant et on abandonne le pendule à lui-même à partir de la position d’équilibre précédente (α = 30°) a) Montrer que le pendule ne peut rester en équilibre dans cette position. (0,25 point) On réalise alors une chronophotographie du mouvement de la bille : On obtient le document représente annexe, document réalisé à l’échelle 3 1 . La durée qui sépare deux positions consécutives du mobile est τ = 68 ms. Physique Chimie Durée : 3 heures - 4 - 1ère S Sujet 84 b) Indiquer les phases du mouvement de la bille entre l’instant t = 0 (bille en G0) et l’instant où celle-ci revient à sa position initiale (on néglige donc la résistance de l’air). Décrire les caractéristiques du mouvement au cours de chacune de ces phases. (0,5 point) c) Calculer les vitesses instantanées v3 et v5 (en G3 et G5) et représenter sur la chronophotographie les vecteurs 3 v et 5 v en utilisant une échelle qu’on précisera. (0,5 point) d) Construire le vecteur variation de vitesse en G4 Que remarquez-vous ? Cette remarque est-elle conforme à la seconde loi de Newton ? Justifiez. (0,5 point) e) Pouvez-vous calculer la valeur de la tension T du fil au moment précis où le pendule passe par la position verticale (point G4) ? (0,5 point) Exercice 5 : Déplacement d’un objet (voir schéma en annexe)______________________ (3,5 points) Pour déplacer, sur un plancher, une caisse en bois de masse m = 100 kg, contenant un gros équipement domestique, un manutentionnaire se propose de tirer la caisse à l’aide d’une corde accrochée à la caisse et passant par-dessus son épaule. La corde tendue fait ainsi un angle de β = 30° avec l’horizontale. Le coefficient de frottement entre cette caisse et le sol est noté µ = 0,50. on prendra g = 10 ms–2. on rappelle que si une surface exerce sur une autre une réaction de contact R , on appelle coefficient de frottement µ entre les 2 surfaces la valeur atteinte par le rapport n t R R lorsque les surfaces sont sur le point de glisser l’une sur l’autre. 1) Préciser le diagramme des interactions. (0,25 point) 2) Le manutentionnaire exerce une force de traction F = 400N, qui s’avère être insuffisante pour faire bouger la caisse. a) Représenter sur le schéma fourni en annexe les diverses forces qui s’exercent sur la caisse (0,5 point) b) Déterminer toutes les caractéristiques de la réaction exercée par le sol ; on utilisera 2 méthodes Méthode analytique : (1,5 point) — on exprime une condition vectorielle d’équilibre du système, — on projette cette égalité vectorielle sur un système d’axes convenablement choisi — on en déduit l’expression et la valeur des composantes tangentielle et normale Rt et Rn de la réaction R , puis la norme de R , et enfin son orientation (angle d’inclinaison par rapport à la verticale). Méthode graphique : (0,75 point) — on construit le dynamique des forces exercées (en précisant l’échelle) — on mesure la valeur de R. 3) Vérifier que la condition de non glissement est satisfaite. (0,5 point) Physique Chimie Durée : 3 heures - 5 - 1ère S Sujet uploads/Finance/ 1eres-physiques084.pdf