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CLASSE DE TERMINALE S Le : 21 janvier 2004 Durée : 3 h 30 Physique-Chimie D E V

CLASSE DE TERMINALE S Le : 21 janvier 2004 Durée : 3 h 30 Physique-Chimie D E V O I R S U R T A B L E N ° 4 L’épreuve a été conçue pour être traitée sans calculatrice. L’usage des calculatrices est rigoureusement interdit. TOUT DOCUMENT INTERDIT. Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral. La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation. L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points. I ] CHIMIE : sur 4 points. Exercice destiné aux candidats n’ayant pas choisi l’enseignement de spécialité. R É A C T I O N E N T R E L ’ É T H A N O Ï Q U E E T L ’ É T H A N O L On veut étudier l’évolution et les facteurs cinétiques de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’éthanol. Pour cela, on dispose d’une enceinte thermostatée, de la verrerie courante de laboratoire et de substances en flacons. L’équation chimique de la réaction lente, qui conduit à un état d’équilibre, entre les deux réactifs s’écrit : CH3COOH + CH3CH2OH = CH3COOCH2CH3 + H2O Le produit organique obtenu est un ester nommé éthanoate d’éthyle. 1. Le mélange réactionnel. Un élève réalise le mélange réactionnel suivant : ! Acide éthanoïque : 11,4 mL d’acide liquide pur (densité : 1,05 ; Méthanoïque = 60 g.mol-1). ! Éthanol : 11,7 mL d’éthanol liquide pur (densité : 0,79 ; Méthanol = 46 g.mol-1). ! Acide sulfurique concentré : quelques gouttes. Déterminer les quantités de matière des réactifs. On prendra : 395 / 23 = 17,2. 2. Évolution de la réaction. L’élève prépare 5 tubes contenant chacun 4,0 mL du mélange réactionnel précédent. Il adapte un réfrigérant à air sur chaque tube et place tous les échantillons dans l’enceinte thermostatée. Il prélève, à des intervalles de temps choisis, un tube qu’il met dans la glace. Puis il dose le contenu du tube à l’aide d’une solution d’hydroxyde de sodium. Il détermine alors la concentration en ester formé et trace la courbe : [ester] = f (t). 2.1. Pour quelle raison utilise-t-on une enceinte thermostatée ? 2.2. Pourquoi, préalablement à chaque dosage, place-t-on le tube échantillon dans la glace ? 2.3. Faire un schéma légendé du dispositif de dosage de l’échantillon prélevé. 3. Vitesse volumique de réaction. 3.1. Établir le tableau d’avancement de la transformation étudiée à l’instant t. 3.2. Définir la vitesse volumique de la réaction et l’exprimer en fonction de [ester]. 3.3. Déterminer une valeur numérique de cette vitesse à l’instant t = 0. Justifier précisément la détermination en utilisant la Courbe 1. 3.4. Comment évolue au fil du temps cette vitesse ? Proposer une explication à cette évolution. 3.5. L’expérience précédente est recommencée dans l’enceinte thermostatée en sélectionnant une température supérieure. Tracer sur la Courbe 2 l’allure de la courbe obtenue, sachant que le taux d’avancement final de la transformation n’est pas modifié par cette opération. Justifier le tracé. Courbe 1 Courbe 2 .../... II ] CHIMIE – PHYSIQUE : sur 7 points. A ] Couple acide-base 1. 1.1. Écrire l’équation chimique de la réaction d’autoprotolyse de l’eau. 1.2. Calculer, à partir des données fournies, la valeur de la conductivité σ0 de l’eau pure à 25°C. 2. À 25°C, la conductivité d’une solution aqueuse d’acide fluorhydrique de concentration molaire volumique : C = 0,100 mol.L-1 est : σ = 0,330 S.m-1. 2.1. Écrire l’équation de la réaction entre l’acide fluorhydrique et l’eau. Donner l’expression de la constante d’acidité du couple HF / F–. 2.2. Comparer σ et σ0 et proposer une conclusion. 2.3. Calculer le taux d’avancement final de la réaction entre l’acide fluorhydrique et l’eau. 2.4. Donner une valeur numérique de la constante d’acidité du couple HF / F–. Données : 8,25 / 92 = 0,090. λH3O+ = 35.10-3 S.m2.mol-1 ; λHO– = 20.10-3 S.m2.mol-1 ; λF– = 5,0.10-3 S.m2.mol-1. B ] Le monde des sons D O C U M E N T Extrait du magazine « Pour la Science » de juillet/octobre 2001. « Si un son est caractérisé par la ou les fréquences qu’il contient, il l’est aussi par les longueurs d’onde qui leur correspondent et qui ne sont autre chose que la distance parcourue par le son pendant une période. La vitesse du son dans l’air étant de 340 mètres par seconde, la longueur d’onde à 1 000 Hz est de 34 centimètres. On en déduit que les ondes audibles sont « décamétriques » pour les sons les plus graves et « centimétriques » pour les sons les plus aigus. Le son audible, lorsque sa longueur d’onde est plus grande que l’objet, contourne l’objet (au lieu d’être réfléchi par ce dernier) et envahit sans problème tout l’espace. On entend le son d’une pièce voisine dont la porte est ouverte. De surcroît, le son se réfléchit de nombreuses fois sur les parois d’une pièce ; pire, le son est transmis d’une pièce à l’autre en traversant les parois, d’où les problèmes de voisinage … Les ondes ultrasonores ont de faibles longueurs d’onde, et, pour ausculter des objets de plus en plus petits, il faut prendre des fréquences de plus en plus élevées. L’industrie microélectronique espère prochainement utiliser des ultrasons de fréquence 1012 Hz et de durées extrêmement courtes pour étudier les propriétés de couches métalliques d’épaisseur 10 nm, déposées sur la galette de silicium des puces électroniques. Cette technique est appelée « échographie picoseconde » ». 1. Compréhension du texte. 1.1. Quel phénomène physique permet d’interpréter le paragraphe : « Le son audible, … , dont la porte est ouverte. » 1.2. Que se passe-t-il lorsqu’une onde sonore rencontre un objet dont les dimensions sont : ! très inférieures à la longueur d’onde ? ! très supérieures à la longueur d’onde ? 1.3. Quelle phrase du texte montre que le son se propage dans les solides ? Expliquer le phénomène décrit par cette phrase. 2. Analyse scientifique. 2.1. Écrire la relation mathématique qui illustre la première phrase du texte. 2.2. D’après le texte, quel est le domaine des fréquences des sons audibles ? 2.3. Justifier l’appellation : « échographie picoseconde ». 2.4. Pour réaliser une échographie d’une couche métallique, la longueur d’onde ultrasonore doit-elle être grande ou petite devant les dimensions de l’objet à visualiser ? Justifier. 2.5. Évaluer la vitesse moyenne des ultrasons dans les couches métalliques étudiées, si l’on admet un rapport 10 entre longueur d’onde et dimension de l’objet. Conclure. III ] PHYSIQUE : sur 5 points. C A R A C T É R I S T I Q U E S D ’ U C A R A C T É R I S T I Q U E S D ’ U C A R A C T É R I S T I Q U E S D ’ U C A R A C T É R I S T I Q U E S D ’ U N E B O B I N E N E B O B I N E N E B O B I N E N E B O B I N E Le but de l’exercice est de déterminer les caractéristiques d’une bobine réelle. On donne ci-contre le schéma du montage réalisé. Le signal créneau délivré par le Générateur Basse Fréquence (G.B.F.) est tel que : uG = 4,0 V sur une demi-période et : uG = 0 V sur l’autre demi-période. On donne : R = 1 000 Ω ; le sens pris arbitrairement comme sens positif du courant est indiqué par i. .../ p. 3 Terminale S D.S.T. N° 4 Page 3 1. Étude expérimentale à partir des oscillogrammes. 1.1. On visualise simultanément sur l’écran d’un oscilloscope les tensions uG et uR. Les oscillogrammes sont donnés ci-dessous. Les réglages de l’appareil sont : courbe 1 : gain vertical : 2 V / division ; courbe 2 : gain vertical : 1 V / division ; base de temps : 0,2 ms / division ; ligne de zéro pour la courbe 1 en décalage bas de 3 divisions. Recopier le schéma du montage donné plus haut et indiquer les branchements à effectuer vers l’oscilloscope pour visualiser uG sur la voie 1 de l’appareil et uR sur la voie 2. 1.2. Identifier chacune des courbes obtenues. Justifier la détermination. 1.3. Expliquer pourquoi la courbe uR (t) permet de connaître l’allure de la courbe i (t). 1.4. Interpréter l’évolution de la fonction i (t) sur chaque demi-période. 1.5. Déterminer graphiquement une valeur de la constante de temps τ du dipôle étudié. On précisera la méthode mise en œuvre. 1.6. Déterminer une valeur numérique de l’intensité non nulle I0 du courant dans le circuit lorsque le régime permanent est atteint. 2. Détermination de la résistance r de la bobine. Dans les conditions de la question 1.6., déterminer l’expression littérale de r, résistance de la bobine. Faire l’application numérique. 3. Détermination de l’inductance L de la bobine. 3.1. Quelle est uploads/Finance/ dst-04-ts-03-04.pdf