Sujet de physique-chimie du BAC 2022, séries C et E, avec corrigé

Exercice 1 · 5 points

1. A.1-2

   Partie A (3 points)

   1. Donne les couples redox mis en jeu dans l'oxydation ménagée de l'éthanal par l'ion permanganate en milieu acide.
   2. Écris l'équation-bilan de la réaction chimique en milieu acide entre les couples $\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}/C{\mathrm{r}}^{3+}$ et $\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_{2}H/C{\mathrm{H}}_3\mathrm{OH}$.

2. Recopie et relie par une flèche chaque alcool du diagramme A à son produit d'oxydation ménagée dans le diagramme B, l'oxydant étant en défaut.

   

   1. Alcool primaire →

   2. Alcool secondaire →

   1. acétone
   2. bacide carboxylique
   3. caldéhyde

3. 4. Écris l'équation-bilan de l'estérification de l'éthanol par l'acide propanoïque.
   5. Donne les caractéristiques de la réaction entre le méthanol et le chlorure d'éthanoyle.
   6. Recopie et complète la phrase suivante par l'expression qui convient :
   L'oxydation ménagée d'un alcool tertiaire ……………………(est possible / n'est pas possible)

   1. 4. L'équation :

   2. 5. La réaction est…

   3. 6. L'oxydation ménagée d'un alcool tertiaire…

4. Recopie, pour chacune des propositions suivantes, la lettre correspondant à la proposition puis écris V en face si la proposition est vraie ou F si elle est fausse.

   1. a. La liqueur de Fehling chauffée en présence d'un aldéhyde donne un précipité rouge brique.

   2. b. La 2,4-DNPH donne un test négatif avec les cétones.

   3. c. Les aldéhydes sont oxydés par le réactif de Tollens.

5. B.1

   Partie B (2 points)

   Soit le circuit RLC série schématisé ci-dessous :

   

   L'expression de l'impédance du circuit est :
   Recopie la lettre correspondant à la bonne réponse.

6. Recopie, pour chacune des propositions ci-dessous, la lettre suivie de V si la proposition est vraie ou de F si elle est fausse.

   1. a. L'expression du facteur de qualité d'un circuit RLC est $Q=\frac{L\omega }{R}$.

   2. b. L'expression du facteur de puissance d'un circuit RLC d'impédance Z est $\cos \phi =\frac{Z}{R}$.

   3. c. L'intensité à la résonance d'un circuit RLC alimenté par une tension de valeur efficace U est $I_0=\frac{U}{R}$.

7. Le dipôle AB schématisé ci-dessous est alimenté par une tension alternative sinusoïdale u de valeur efficace U = 6,3 V.

   

   On donne : R = 10 Ω

   Recopie, pour chacune des propositions ci-dessous, le numéro et la lettre correspondant à la bonne réponse.

   1. 3.1. À la résonance d'intensité, la relation entre L, C et ${\omega }_0$ est :

      1. A$L{\omega }_0^{2}C=1$ ;
      2. B$L^2{\omega }_{0}C=1$ ;
      3. C$L{\omega }_0{C}^2=1$.

   2. 3.2. La tension $U_C$ aux bornes du condensateur à la résonance d'intensité est :

      1. Ainférieure à la tension $U_L$ aux bornes de la bobine ;
      2. Bégale à la tension $U_L$ aux bornes de la bobine ;
      3. Csupérieure à la tension $U_L$ aux bornes de la bobine.

   3. 3.3. La valeur de l'intensité $I_0$ du courant électrique à la résonance d'intensité est égale à :

      1. A10 mA ;
      2. B0,63 A ;
      3. C6,3 A.

Le corrigé de cet exercice est offert, à la fin de l’énoncé

Exercice 2 · 5 points

1. 1

   Trace sur un papier millimétré, la courbe pH = f ($V_b$).

2. 2

   Détermine graphiquement la valeur du pKa du couple $AH/{\mathrm{A}}^{-}$.

3. 3

   Détermine les concentrations molaires volumiques des espèces chimiques présentes dans la solution pour $V_b$ = 4 mL.

4. 4

   Déduis de la consigne 3 :
   4.1 la valeur du pKa du couple $AH/{\mathrm{A}}^{-}$ ;
   4.2 la masse en milligramme d'acide ascorbique contenu dans un comprimé de vitamine C 500.

Exercice 3 · 5 points

Au cours d'une séance de travaux pratiques, votre professeur de Physique-Chimie vous demande d'étudier un phénomène physique.
Pour cela, il met à votre disposition le matériel suivant :
- une bobine $b_1$ de longueur $\ell$ = 50 cm, comportant $N_1$ = 1000 spires, de rayon r = 2,2 cm et de résistance négligeable ;
- une bobine $b_2$ comportant $N_2$ = 200 spires, de section $S_2$ = 10 cm² et de résistance négligeable ;
- un conducteur ohmique de résistance R = 12 Ω ;
- un oscilloscope bicourbe de voies $Y_1$ et $Y_2$.
Le professeur vous fait réaliser le circuit schématisé ci-dessous où les deux bobines ont le même axe X'X et le même centre O. Vous visualisez la courbe de la tension $u_1$ sur la voie $Y_1$ de l'oscilloscope.

Données :
- Sensibilité verticale $Y_1$ : 5 V/div.
- Balayage : 2 ms/div.
- Perméabilité du vide : ${\mu }_0=4\pi \cdot 10^{-7}$ SI.

1. 1

   Donne :
   1.1 le nom du phénomène étudié ;
   1.2 le rôle joué par chaque bobine.

2. 2

   Montre que :
   2.1 la bobine $b_1$ est un solénoïde ;
   2.2 le flux du champ magnétique créé par la bobine $b_1$ à travers la bobine $b_2$ a pour expression : ${\Phi }_1=\frac{{\mu }_0{N}_1{N}_2{S}_2}{R\ell }{u}_1$.

3. 3

   Établis l'expression de la tension $u_2$ visualisée sur la voie $Y_2$ de l'oscilloscope.

4. 4

   Représente sur la feuille annexe :
   4.1 le sens du courant induit d'intensité i' ;
   4.2 la courbe de la tension $u_2$.

   FEUILLE ANNEXE (EXERCICE 3) à rendre avec la copie

   

   

Exercice 4 · 5 points

Dans le but de vérifier les lois de la gravitation, votre professeur met à votre disposition les données ci-dessous relatives au mouvement d'un satellite géostationnaire autour de la Terre, et au mouvement de la Terre elle-même autour du Soleil (voir figure).

Données :
- G = $6,67\cdot 10^{-11}$ SI, la constante de gravitation universelle ;
- $g_0$ = 9,8 N/kg, l'intensité de la pesanteur ;
- T = 86 400 s, la période de rotation de la Terre ;
- R = 6 400 km, le rayon de la Terre ;
- Z = 36 000 km, l'altitude à laquelle se trouve le satellite au dessus de la Terre ;
- $T_S$ = 365 jours, la période de révolution de la Terre autour du Soleil ;
- a = $1,5\cdot 10^8$ km, la distance Terre-Soleil.

1. 1

   Définis un satellite géostationnaire.

2. 2

   Écris l'expression :
   2.1 de l'intensité de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un satellite de masse m situé à l'altitude Z, en fonction de G, $M_T$, m, R et Z ;
   2.2 de l'intensité du champ gravitationnel terrestre g à l'altitude Z ;
   2.3 de l'intensité du champ gravitationnel terrestre $g_0$ à la surface de la Terre ;
   2.4 de g en fonction de $g_0$.

3. 3

   Montre que :
   3.1 le mouvement du satellite est circulaire et uniforme ;
   3.2 la période T du satellite à l'altitude Z est :
   $T=\frac{2\pi }{R\sqrt{g_0}}(R+Z{)}^{3/2}$.

4. 4

   Déduis de ce qui précède :
   4.1 la troisième loi de Kepler ;
   4.2 la masse de la Terre et celle du Soleil.