Livre des exams nationaux Science Expérimentales Option Science Physiques 2008-

Livre des exams nationaux Science Expérimentales Option Science Physiques 2008-2019 Prof MARWANE CHARGUI 1 1 L’usage des calculatrices programmables ou d’ordinateurs n’est pas autorisé Donner les applications littérales avant les applications numériques Le sujet comporte quatre exercices Chimie : (07 points) Etude des caractéristiques d’un acide carboxylique. Physique : (13 points)  Exercice 1 (02 points) : Physique nucléaire Applications dans le domaine médical.  Exercice 2 (05 points) : Electricité Les utilisations du condensateur  Exercice 3 (06 points) : Mécanique Etude de la chute d'un solide dans le champ de pesanteur uniforme Les parties de tous les exercices sont indépendantes 2 :::3&0$ 2 Barème 0,75 1,25 0,5 1 0,75 0,75 0,5 Chimie : Propriétés d'un acide carboxylique L'Ibuprofène est un acide carboxylique de formule brute C13H18O2. Il est considéré parmi les médicaments anti-inflammatoires qui soulagent les douleurs et la fièvre. On le trouve dans les pharmacies sous forme de sachets qui portent l’indication 200 mg soluble dans 1'eau. On note l'acide Ibuprofène par RCOOH et sa base conjuguée par RCOO-. Données :  M(RCOOH) = 206 g.mol-1  Toutes les mesures ont été effectuées à la température 25°C. 1- Partie 1 : Détermination de la constante d'équilibre de l'acide Ibuprofène avec l'eau: On dissout, dans l'eau pure, un échantillon de masse m = 200 mg d'acide RCOOH, contenu dans un sachet d'Ibuprofène, pour obtenir une solution aqueuse (S0) de concentration C0 et de volume V0 = 100 mL. 1-1- Calculer C0. 1-2- La mesure du pH de la solution S0 a donné la valeur : pH = 3,17. a- Vérifier, à l'aide du tableau d'avancement, que la réaction de l’Ibuprofène avec l'eau est limitée. b- Donner l'expression du quotient de réaction Qr de cette transformation. c- Montrer que l’expression de Qr à l’équilibre s’écrit sous la forme : 2 max r,eq 0 x .τ Q = V (1-τ) . avec - τ : Le taux d'avancement final de la réaction ; et - xmax : L'avancement maximal exprimé en mol. d- Déduire la valeur de la constante d'équilibre K de la réaction étudiée. 2- Partie 2 : Vérification de l’indication prescrite sur le sachet : Pour vérifier la valeur de la masse prescrite sur le sachet, on dissout la même masse (200 mg) dans un volume VB = 60,0 mL d'une solution aqueuse (SB) d'hydroxyde de sodium (Na+ aq + HO- aq) de concentration CB = 3,0.10-2 mol.L-1, pour obtenir une solution aqueuse (S). (On considère que le volume de la solution (S) est VB) 2-1- Etablir l'équation de la réaction entre l'acide RCOOH et la solution (SB), en considérant que la réaction est totale. 2-2- Montrer que la quantité de matière ni(HO-) des ions HO-, initialement présents dans la solution (SB) est plus grande que la quantité de matière ni(RCOOH) dissoute. (On considère que la valeur prescrite sur le sachet est exacte). 3 3 0,5 0,5 0,5 0,25 0,5 0,25 0,5 2-3- Pour doser les ions HO- restants dans la solution (S), on ajoute à un volume V=20,0 ml de cette solution (S), une solution aqueuse (SA) d'acide chlorhydrique de concentration CA= l,0.10-2 mol.L-1. On obtient l'équivalence après avoir versé VAE = 27,7 ml de la solution (SA). Au cours du dosage, seuls les ions HO- restants dans la solution (S) réagissent avec les ions H3O+ issus de la solution (SA), selon la réaction modélisée par l'équation : H3O+ (aq) + HO- (aq) ⇌ 2H2O(ℓ) (1) a- Trouver la quantité de matière des ions HO- qui ont réagis avec l'acide RCOOH contenu dans le sachet. b- Calculer la masse d'acide Ibuprofène contenu dans le sachet. Conclure. Physique Exercice 1 : Transformations nucléaires-Applications dans le domaine médical La médecine est l'un des principaux domaines ayant connu plusieurs applications de la radioactivité. On utilise dans ce domaine plusieurs éléments radioactifs pour diagnostiquer et traiter quelques maladies. Parmi ces éléments, on trouve le Sodium 24 11 Na qui permet de suivre la circulation sanguine dans le corps humain. 1- Le nucléide Sodium 24 11 Na se désintègre en Magnésium 24 12 Mg . 1-1- Ecrire l’équation de désintégration du Sodium 24 en précisant la nature de cette radioactivité. 1-2- Calculer la constante radioactive λ de ce nucléide, sachant que la demi-vie du Sodium 24 est : t1/2 = 15 h. 2- A la suite d’un accident de route, une personne a perdu un volume de sang. Pour déterminer ce volume, on injecte à ce blessé, à l’instant t0 = 0, un volume V0 = 5 ml d’une solution de sodium 24 de concentration molaire C0 = 10-3 mol.L-1. 2-1- Calculer n1, la quantité de la matière de sodium 24 qui reste dans le sang du blessé à l’instant t1 = 3h. 2-2- Calculer l’activité de cet échantillon à cet instant t1. (La constante d’Avogadro NA = 6,02.1023 mol-1) 2-3- L’analyse d’un volume V2 = 2,00 ml prélevé du sang du même patient, à l’instant t1 = 3 h, a montré qu’il contient n2 = 2,1.10-9 mol de Sodium 24. Déduire la valeur du volume VP du sang perdu, sachant que le corps humain contient 5 L de sang, où le Sodium est répartit uniformément. 4 4 1 0,5 0,5 0,75 0,75 Exercice 2 : Electricité-Utilisations d’un condensateur Les condensateurs sont caractérisés par la capacité d’emmagasiner l’énergie électrique, à fin de la récupérer en cas de besoin. Cette propriété permet d’utiliser les condensateurs dans différents appareils comme les flashs d’appareils photos. Partie1 : Charge du condensateur On réalise le montage représenté ci-contre et qui est constitué d’un condensateur de capacité C, initialement déchargé, monté en série avec un conducteur ohmique de résistance R et un interrupteur K. Le dipôle RC est soumis à un échelon de tension défini comme suit : - Pour t < 0, U = 0, - Pour t ≥ 0, U = E, tel que : E = 12V. On ferme le circuit à l’instant t = 0 et on visualise, en utilisant une interface informatique sur l’écran d’un ordinateur les variations de la tension uc aux bornes du condensateur en fonction du temps. Le graphe de la figure 2 représente la courbe uc = f(t). Figure 2 1-1- Etablir l’équation différentielle vérifiée par la tension uc(t). 1-2- Vérifier que l’expression t τ C u (t) E(1 e )    , est solution de l’équation différentielle pour t ≥ 0. τ est la constante de temps. 1-3- Déterminer l’expression de τ, et montrer par analyse dimensionnelle que τ est homogène à un temps un temps. 1-4- Noter graphiquement la valeur de τ, et vérifier que la valeur de la capacité du condensateur est C = 100 μF. On donne R=10 kΩ. 1-5- Calculer l’énergie électrique emmagasinée par le condensateur en régime permanent. 5 5 1 0,5 Partie 2 : décharge du condensateur Le fonctionnement du flash de l’appareil photo nécessite une énergie très grande que le générateur précèdent ne peut pas assurer. Pour obtenir l’énergie nécessaire le condensateur précédent est chargé par un circuit électronique permettant d’appliquer une tension continu entre ses bornes de valeur Uc = 360V. On décharge le condensateur, à l’instant t = 0, dans la lampe du flash d’un appareil photo qu’on modélise par un conducteur ohmique de résistance r. (Figure 3) La tension aux bornes du condensateur varie selon l’équation t τ' C u = 360.e  . τ’ est la constante de temps, et uc(t) exprimée en volt (V). 2-1- Calculer la résistance r de la lampe du flash de l’appareil photo, sachant que la tension aux bornes du condensateur prend la valeur uc(t) = 132,45 V à l’instant t = 2ms. Figure 3 2-2- Expliquer comment faut-il choisir la résistance r, de la lampe du flash de l’appareil photo, pour assurer une décharge plus rapide du condensateur. Exercice 3 : Mécanique-Chute d’un solide dans le champ de pesanteur uniforme Les hélicoptères sont parfois utilisés pour approvisionner, d’aides humanitaires, les zones sinistrées non joignables par voies terrestres. Un hélicoptère vole à une altitude H constante par rapport au sol, avec une vitesse horizontale 0 V constante. Il fait tomber un paquet d’aliments de centre de gravité G0, qui tombe sur le sol au point T. (Figure 1) On étudie le mouvement de G0 dans un repère orthonormé(R,O,i, j) supposé galiléen. On donne : g = 10 m.s-2 ; H = 405 m. On néglige les dimensions du paquet. Figure 1 Partie 1 : Etude de la chute libre On néglige les forces liées à l’action de l’air sur le paquet. Le paquet tombe, à l’instant t = 0, à partir du point A(xA = 450 m, yA = 0), avec une vitesse initiale horizontale 0 V de valeur V0 = 50 m.s-1. 6 6 1,5 0,75 0,5 1,25 0,5 0,5 1 1-1- Par application de la deuxième loi de Newton, trouver les équations horaires x(t) et y(t) du mouvement de G0 dans le repère(R,O,i, j). 1-2- Déterminer l’instant d’arrivée du paquet au sol. 1-3- Trouver l’équation de la trajectoire du mouvement de G0. Partie 2 : Etude de la uploads/Sante/ les-exams-nationaux-pc-2008-2019.pdf

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• Détails
• Publié le Fev 17, 2021
• Catégorie Health / Santé
• Langue French
• Taille du fichier 20.8746MB