Sujet de physique-chimie du BAC 2024, séries C et E, avec corrigé

Exercice 1 · 5 points

1. Partie A (3 points)

   L'hydratation du méthylpropène conduit à la formation de deux alcools A et B.
   L'oxydation ménagée de l'alcool A donne un composé organique C en présence d'un oxydant en excès.

   Recopie le numéro de chaque proposition, suivi de la lettre correspondant à la bonne réponse.

   1. 1.1. Le composé C est :

      1. Aun aldéhyde ;
      2. Bune cétone ;
      3. Cun acide carboxylique.

   2. 1.2. Le composé B est :

      1. Aun alcool primaire ;
      2. Bun alcool secondaire ;
      3. Cun alcool tertiaire.

   3. 1.3. L'alcool A est :

      1. Aun alcool primaire ;
      2. Bun alcool secondaire ;
      3. Cun alcool tertiaire.

   4. 1.4. Le nom de l'alcool A est :

      1. Ale méthylpropan-1-ol ;
      2. Ble méthylpropan-2-ol ;
      3. Cle 2-méthylbutan-1-ol.

2. Donne les caractéristiques de la réaction chimique entre :
   2.1. l'acide propanoïque et le méthylpropan-2-ol ;
   2.2. l'anhydride éthanoïque et le propan-1-ol.

   1. 2.1. La réaction est…

   2. 2.2. La réaction est…

3. A.3

   Recopie et complète chacune des phrases suivantes par le groupe de mots qui convient.
   3.1. La réaction chimique entre la butyrine et la soude est appelée ………
   3.2. La réaction chimique entre un alcool et ……… est une estérification directe.

4. Recopie le numéro de chacune des affirmations suivantes, suivi de la lettre V si l'affirmation est vraie ou de la lettre F si elle est fausse.

   1. 4.1. Le réactif de Schiff est un réactif commun aux cétones et aux aldéhydes.

   2. 4.2. Le réactif de Tollens réagit avec les aldéhydes pour donner un miroir d'argent.

   3. 4.3. Le précipité rouge brique formé lors de la réaction chimique entre la liqueur de Fehling et un aldéhyde est de l'oxyde de cuivre I.

   4. 4.4. L'action d'une solution de dichromate de potassium acidifiée, en excès, sur le propan-2-ol conduit à l'acide propanoïque.

5. Partie B (2 points)

   Recopie le numéro de chacune des affirmations suivantes, suivi de la lettre V si l'affirmation est vraie ou de la lettre F si elle est fausse.

   1. 1.1. La période propre $T_0$ d'un pendule élastique a pour expression $T_0=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$.

   2. 1.2. Le vecteur accélération $\vec{a}$ d'un projectile lancé vers le haut est opposé au vecteur champ de pesanteur $\vec{g}$.

   3. 1.3. L'altitude maximale atteinte par un projectile lancé dans le champ de pesanteur uniforme dépend de la masse de ce projectile.

   4. 1.4. La portée horizontale du mouvement d'un projectile dans le champ de pesanteur uniforme ne dépend pas de la masse de ce projectile.

6. Un électron pénètre avec un vecteur vitesse ${\vec{v}}_0$ horizontal, entre les armatures A et B d'un condensateur plan, comme l'indique le schéma ci-dessous.
   À la sortie du condensateur, l'électron frappe un écran fluorescent au point P.

   

   Recopie le numéro de chaque proposition, suivi de la lettre correspondant à la bonne réponse.

   1. 2.1. La force électrostatique $\vec{F}$ appliquée à l'électron entre les armatures du condensateur est orientée de :

      1. AA vers B ;
      2. BB vers A ;
      3. CO vers O'.

   2. 2.2. Le vecteur champ électrostatique $\vec{E}$ entre les armatures du condensateur est orienté de :

      1. AA vers B ;
      2. BB vers A ;
      3. CO vers O'.

   3. 2.3. Le mouvement de l'électron entre les armatures du condensateur est :

      1. Arectiligne ;
      2. Bcirculaire ;
      3. Cparabolique.

   4. 2.4. Le mouvement de l'électron à la sortie du condensateur est :

      1. Arectiligne et uniforme ;
      2. Brectiligne et accéléré ;
      3. Cparabolique.

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

Exercice 2 · 5 points

1. 1

   Écris l'équation-bilan de la réaction chimique qui a lieu lors du dosage de la solution d'acide éthanoïque par la solution d'hydroxyde de sodium.

2. 2

   Détermine :
   2.1. la nature du mélange obtenu à l'équivalence acido-basique ;
   2.2. les propriétés du mélange obtenu lorsque le volume de la solution d'hydroxyde de sodium versé est de 5 cm³ ;
   2.3. la concentration molaire volumique $C_A$ de la solution $S_A$.

3. 3

   Déduis de la consigne 2.2, le pK${}_A$ du couple acide éthanoïque/ion éthanoate.

4. 4

   Retrouve par le calcul, le pK${}_A$ du couple acide éthanoïque/ion éthanoate.

Exercice 3 · 5 points

Dans le but de vérifier vos acquis, votre professeur de Physique-Chimie vous demande d'étudier le mouvement du satellite géostationnaire nommé RASCOM autour de la Terre.
Ce satellite (S), supposé ponctuel, de masse m, décrit autour de la Terre, une trajectoire circulaire centrée sur O, à une altitude h de la surface de la Terre, comme l'indique la figure ci-contre.
La Terre est assimilée à un corps à répartition sphérique de masse, de centre O, de masse M et de rayon R.

Données :
- M = $6\cdot 10^{24}$ kg ;
- R = 6 380 km ;
- G = $6,67\cdot 10^{-11}$ S.I. est la constante de gravitation universelle ;
- T = 86 400 s est la période de rotation de la Terre.
Le professeur vous demande de déterminer l'altitude h à laquelle se situe le satellite.

1. 1

   Donne :
   1.1. le référentiel d'étude du satellite ;
   1.2. la définition d'un satellite géostationnaire ;
   1.3. l'expression de la force exercée par la Terre sur le satellite ;
   1.4. l'expression du vecteur champ de gravitation terrestre.

2. 2

   Montre que le mouvement du satellite est uniforme.

3. 3

   Établis l'expression de :
   3.1. la vitesse linéaire v du satellite ;
   3.2. la vitesse angulaire ω du satellite ;
   3.3. la période $T_s$ du satellite.

4. 4

   Détermine l'altitude h à laquelle se situe le satellite.

Exercice 4 · 5 points

Au cours d'une séance de travaux pratiques, ton professeur de Physique-Chimie fait réaliser par ton groupe, le montage schématisé ci-dessous, en vue de déterminer de deux façons différentes, le facteur de qualité d'un circuit RLC série à la résonance d'intensité.
Ce circuit est constitué d'un conducteur ohmique de résistance R, d'un condensateur de capacité C, d'une bobine de résistance négligeable et d'inductance L, le tout alimenté par un générateur délivrant une tension sinusoïdale de fréquence N variable.
L'expression de la tension aux bornes du générateur est de la forme $u=U\sqrt{2}\cos (2\pi Nt)$.
Un voltmètre et un ampèremètre permettent de mesurer respectivement la tension aux bornes du générateur et l'intensité du courant dans le circuit.
En maintenant constante la tension efficace U aux bornes du générateur, un membre du groupe fait varier la valeur de la fréquence N.

Pour chaque valeur de N, vous relevez la valeur I de l'intensité efficace du courant électrique dans le circuit. Les résultats des mesures sont consignés dans le tableau suivant :

N (Hz)	760	765	770	775	780	785	790	795	800	805	810	815	820	825	830	835
I (mA)	106	123	145	177	223	296	404	498	442	328	246	193	158	133	115	102

Données : U = 100 V ; C = $2\cdot 10^{-8}$ F ; L = 2 H ; R = 200 Ω.
Échelles : 1 cm ↔ 5 Hz en abscisse et 1 cm ↔ 20 mA en ordonnée.
Tu prendras 760 Hz comme origine des fréquences et 100 mA comme origine des intensités.

1. 1

   Donne deux caractéristiques d'un circuit RLC série à la résonance d'intensité.

2. 2

   Trace la courbe I = f(N) de la variation de l'intensité efficace du courant en fonction de la fréquence du générateur.

3. 3

   Détermine, à partir du graphique :
   3.1. l'intensité efficace $I_0$ du courant électrique à la résonance d'intensité ;
   3.2. la fréquence $N_0$ de résonance du circuit ;
   3.3. la largeur ΔN de la bande passante ;
   3.4. le facteur de qualité $Q_{exp}$ du circuit.

4. 4

   Détermine, par calcul, à la résonance d'intensité :
   4.1. l'intensité efficace $I_0$ du courant électrique dans le circuit ;
   4.2. la fréquence propre $N_0$ du circuit ;
   4.3. la largeur ΔN de la bande passante ;
   4.4. le facteur de qualité $Q_{th}$ du circuit.