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LYCEE SECONDAIRE SIJOUMI Date : 17 / 05 / 2011 MATHEMATIQUES COEF. : 4 SECTIONS

LYCEE SECONDAIRE SIJOUMI Date : 17 / 05 / 2011 MATHEMATIQUES COEF. : 4 SECTIONS : SCIENCES EXPERIMENTALES COEF. : 4 ÉPREUVE : SCIENCES PHYSIQUES Proposé par : Mme Mermech Mrs Mejri & Benaich DURÉE : 3 heures A 25°C , on dose un volume VA = 20 mL d'une solution aqueuse (SA) d'acide méthanoïque ( monoacide de formule HCOOH ) de concentration molaire CA inconnue par une solution aqueuse (SB) d'hydroxyde de sodium ( monobase forte de formule NaOH ) de concentration molaire CB = 0,1 moℓ ℓ ℓ ℓ.L-1 . A l'aide d'un pH –mètre , on suit l'évolution du pH du mélange réactionnel en fonction du volume VB de la solution basique ajoutée . On obtient la courbe de la figure ci-contre . 1°) Faire le schéma annoté du dispositif du dosage . 2°) a) L’acide méthanoïque est un acide faible . Justifier . b) Ecrire l’équation de dissociation qui intervient lors de sa mise en solution . 3°) a) Définir l’équivalence acido-basique . b) En utilisant la courbe , déterminer les coordonnées du point d’équivalence E . c) Justifier le caractère basique , acide ou neutre du mélange au point d’équivalence E . d) Déterminer la concentration initiale CA de l’acide méthanoïque . 4°) a) Déterminer , en le justifiant , la valeur du pKa du couple acide-base HCOOH / HCOO- . b) Ecrire l’équation chimique traduisant le bilan de la réaction qui se produit lors de ce dosage et montrer , en calculant la valeur de sa constante d’équilibre K , que cette réaction est pratiquement totale . On donne Ke = 10-14 à 25°C . 5°) On prélève à l'aide d'une pipette un volume VA = 20 mL de la solution aqueuse de l'acide méthanoïque afin de préparer une solution (SA’) en ajoutant dans un bêcher un volume x d'eau pure à la prise d'essai VA . On dose la solution (SA’) de volume total V = (VA + x) , par la même base que précédemment Préciser en le justifiant si , à la suite de cette dilution , chacune des trois valeurs suivantes reste inchangée , subit une augmentation ou une diminution : - Volume de la solution basique VBE ajoutée pour atteindre l’équivalence , - pHE du mélange réactionnel à l’équivalence , - pH½ du mélange réactionnel à la demi-équivalence . L’épreuve comporte deux exercices de chimie et trois exercices de physique répartis sur quatre pages numérotées de 1/4 à 4/4 . Courbe (2) pH 10 8,3 5 3,8 2,4 0 10 20 30 VB ( cm3 ) E T Voir suite au verso Voir suite au verso Voir suite au verso Voir suite au verso page 1/4 13 km A B On réalise la pile symbolisée par : Sn | Sn2+ ( 10-1 moℓ.L-1 ) || Ni2+ ( 10-1 moℓ.L-1 ) | Ni . 1°) La mesure de la fem E de cette pile , à 25°C , donne E = - 0,12 V . a) Déterminer , en le justifiant , la valeur de la fem standard E° de cette pile . b) Comparer , en le justifiant , le pouvoir réducteur des deux couples Sn2+/Sn et Ni2+/Ni . 2°) a) Sachant que le potentiel standard d’électrode du couple Sn2+/Sn est E°( Sn2+/ Sn ) = - 0,14 V , déterminer la valeur de E°( Ni2+ / Ni ) . b) Schématiser avec toutes les indications nécessaires la pile permettant de mesurer le potentiel standard d’électrode E°( Ni2+ / Ni ) . Donner son symbole . 3°) On réalise maintenant une seconde pile symbolisée par : Sn | Sn2+ ( 10-1 moℓ.L-1 ) || Ni2+ ( 1 moℓ.L-1 ) | Ni . a) Déterminer la valeur de la fem E de cette pile . b) Calculer la constante d’équilibre de la réaction correspondant au sens possible spontanément . c) Dresser le tableau d’avancement relatif à ce système et déduire les concentrations [Ni2+]f et [Sn2+]f lorsque la pile cesse de débiter du courant . Les volumes des solutions dans les deux compartiments de la pile sont égaux . Etude d’un document scientifique « Sur le lac Leman , en 1826 , le physicien Jean-Daniel Colladon et le mathématicien Charles-François Sturm désirent déterminer la célérité du son dans l’eau à l’aide de deux bateaux séparés de 13 km . A l’un des bateaux est suspendu une cloche de bronze , frappée par l’expérimentateur (A) par un marteau articulé . Une lance à feu fixée au manche du marteau allume une masse de poudre à l’instant du coup sur la cloche . Dans l’autre bateau , l’expérimentateur (B) porte un cornet acoustique plongé dans l’eau , dont le pavillon est dirigé vers le premier bateau . l’expérience se déroule la nuit , de manière à ce que l’observateur (B) muni du cornet acoustique voit la lueur de l’éclair afin de déclencher un chronomètre à cet instant et de l’arrêter juste à l’instant de la perception du son » . D’après « Le monde des sons » Dossier hors-série « Pour la science » paru en Juillet 2001 page 2/4 1°) Quelle grandeur les deux physiciens désirent-ils déterminer ? 2°) a) Expliquer la raison pour laquelle l’expérimentateur (B) muni du cornet acoustique doit voir l’éclair . b) Préciser la grandeur physique mesurée par l’expérimentateur (B) . c) Déduire la valeur de cette grandeur sachant que la célérité du son fournie par cette expérience est v = 1,5.103 m.s-1 . 3°) Si l’expérimentateur (B) place le cornet acoustique dans l’air , comment va évoluer la valeur de la grandeur mesurée ? On donne : célérité du son dans l’air : v = 340 m.s-1 . On dispose d'un laser hélium-néon de longueur d'onde λ λ λ λ = 632,8 10-9 m . On interpose une fente fine horizontale entre le laser et un écran E comme l’indique la figure ci-contre . 1°) a) Représenter sur votre copie la figure obtenue sur l’écran E vu de face . b) Nommer le phénomène observé . c) Quel caractère de la lumière ce phénomène est mis en évidence ? 2°) En s’aidant d’un schéma , exprimer le demi-angle θ θ θ θ en fonction de D et de la largeur L de la tâche centrale . ( D > > > >> > > > L ) . 3°) Sachant que θ θ θ θ = a λ , montrer que la largeur L de la tâche centrale est donnée par la relation : L = 2 a D . λ . 4°) On remplace la fente fine par un cheveu tendu horizontalement sur un support . Pour la même distance D = 4,3 m du support à l'écran , on observe une figure analogue à celle obtenue avec la fente . Une mesure de la largeur de la tâche centrale donne L = 2,6 cm . En admettant que la relation donnée à la question précédente reste valable pour le cheveu , calculer son diamètre . Partie A Les figures ci-dessous représentent les spectres du mercure et celui du laser formés de raies colorées sur un fond noir . 1°) a) Indiquer si ces spectres sont des spectres d’émission ou bien des spectres d’absorption et s’ils sont continus ou bien discontinus . Justifier . b) Préciser , en le justifiant , si le même spectre du mercure peut être obtenu avec l’analyse de la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium . c) Décrire en s’aidant d’un schéma le dispositif permettant d’obtenir un tel spectre . 2°) Comment qualifier la lumière émise par le laser . Justifier . page 3/4 Voir suite au verso Voir suite au verso Voir suite au verso Voir suite au verso Support D Fente de largeur a Laser Ecran E Mercure Laser Partie B Le 13 Mai 2002 , alors qu’ils observaient une supernova dans une galaxie éloignée , à l’aide du VLT ( Very Large Telescope ) à l’observatoire de Paranal au Chili , des astronomes ont eu la chance de voir une étoile filante traverser le champ du télescope et ont pu ainsi enregistrer le spectre de la lumière émise . On donne le digramme des niveaux d’énergie d’un des éléments mis en évidence par le spectre ci-dessus . Une transition à l’une des raies de ce spectre y est représenté par une flèche . 1°) a) La raie correspondante est-elle une raie d'absorption ou d'émission ? Justifier . b) Dire si après cette transition l'atome de cet élément chimique retrouve son état fondamental ou pas . 2°) Au cours de cette transition , il y'a eu un échange d'énergie entre l'atome et le milieu extérieur . a) Sous quelle forme cet échange d'énergie a-t-il eu lieu ? b) Calculer sa valeur . 3°) Exprimer puis calculer la longueur d'onde λ λ λ λ correspondant à cette transition . 4°) On donne les tableaux de quelques longueurs d'onde λ λ λ λ de raies de différents éléments . Identifier uploads/Litterature/ devoir-de-synthese-n03-sciences-physiques-bac-sciences-exp-2010-2011-mr-benaich-pdf 1 .pdf