Sujet du BAC D 2011 de physique-chimie, avec corrigé

Exercice 1 · 5 points

1. 1-2

   1- On se propose de mesurer les tensions efficaces U et $U_R$ respectivement aux bornes du dipôle (RLC) et aux bornes du résistor ainsi que l'intensité I du courant dans le circuit.
   Faire le schéma du montage avec les différents branchements.
   2- Le montage étant fait, on règle le GBF sur la fréquence N = 159 Hz.
   Les mesures effectuées donnent les résultats suivants : U = 4,5 V ; $U_R$ = 3,5 V et I = 0,1 A.
   2-1 Déterminer :
   2.1.1. La résistance R du résistor.
   2.1.2. L'impédance Z du circuit.
   2.2 Sans changer le montage, on se propose de visualiser, à l'aide d'un oscilloscope bicourbe, la tension u(t) aux bornes du circuit RLC sur la voie $Y_1$ et le courant i(t) dans le circuit sur la voie $Y_2$.
   2.2.1. Refaire le schéma du montage en indiquant le branchement de l'oscilloscope.
   2.2.2. L'oscillogramme obtenu montre que u(t) et i(t) sont en phase.
   a) Donner le nom du phénomène observé.
   b) Déterminer la résistance r de la bobine et la capacité C du condensateur.

2. 3

   La tension U est toujours fixée à 4,5 V et on impose cette fois la fréquence $N_1$ = 100 Hz au circuit. Pour la suite de l'exercice, on prendra R = 35 Ω et r = 10 Ω
   3.1 Déterminer :
   3.1.1. L'impédance $Z_1$ du circuit ; on donne : $2\pi L{N}_1=63\Omega$ et $\frac{1}{2\pi C{N}_1}=159\Omega$
   3.1.2. L'intensité $I_1$ du courant dans le circuit.
   3.2. Faire la construction de FRESNEL en utilisant les impédances.
   Echelle : 1 cm ↔ 10 Ω
   3.3. Déterminer :
   3.3.1. la phase ${\phi }_{u/i}$ de la tension u(t) par rapport à l'intensité i(t).
   3.3.2. Le circuit est-il inductif ou capacitif ? Justifier la réponse.

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

Exercice 2 · 5 points

1. Phase I

   PHASE I : Etude des oscillations.
   Le garçon de laboratoire accroche la bille B à l'extrémité libre du ressort.
   Il l'écarte de sa position d'équilibre de a = 2 cm et l'abandonne sans vitesse initiale.
   Le système (ressort-bille) se met à osciller.

   

   1-
   1.1. Faire l'inventaire des forces extérieures appliquées à la bille et les représenter sur un schéma.
   1.2. Établir l'équation différentielle du mouvement du centre d'inertie de la bille B.
   2- Établir l'équation horaire du mouvement de la bille B. On prendra l'instant du lâcher comme origine des dates.
   3- Calculer l'énergie mécanique du système (Terre- bille B- ressort).

2. Phase II

   PHASE II : Etude de la chute parabolique.

   

   L'expérience consiste à lancer la bille B posée sur la table à l'aide du ressort précédent et à déterminer son point d'impact I sur le sol. Le garçon de laboratoire met la bille B en contact avec l'extrémité libre du ressort. Le ressort est comprimé de 2 cm et l'ensemble (bille B- ressort) est abandonné sans vitesse initiale. La bille B quitte le ressort au point O et arrive au point D. On négligera tous les frottements.
   1- Établir l'expression de la vitesse $V_D$ de la bille B au point D en utilisant la conservation de l'énergie mécanique du système (Terre- bille- ressort).
   2- Calculer la valeur de cette vitesse $V_D$.
   3- La bille B quitte le point D avec la vitesse ${\vec{V}}_D$ horizontale de valeur $V_D$ = 1,4 m/s. On étudie son mouvement ultérieur.
   3.1. Faire le bilan des forces extérieures appliquées à la bille B et les représenter sur un schéma.
   3.2. Établir les équations horaires du mouvement de la bille B dans le repère $(D,\vec{i},\vec{j})$.
   3.3. Déduire l'équation cartésienne de la trajectoire et donner sa nature.
   3.4.
   3.4.1. Déterminer le temps $t_f$ mis par la bille B pour atteindre le sol au point I.
   3.4.2. Déterminer les coordonnées du point d'impact I de la bille B sur le sol.
   On donne DE = 1 m ; g = 10 m/s².

Exercice 3 · 5 points

1. 1-3

   1- Tracer la courbe pH = f($V_B$)
   Echelles : 1cm ↔ 5 mL en abscisse
   1cm ↔ 1 unité de pH en ordonnée
   2- Déterminer graphiquement le point d'équivalence E et donner ses coordonnées.
   3-
   3.1. Déterminer la valeur de la concentration $C_A$ de la solution A d'acide.
   3.2.
   3.2.1 La formule générale brute de l'acide carboxylique A en fonction du nombre n d'atomes de carbone est ${\mathrm{C}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{H}}_{2n}{\mathrm{O}}_2$. Déterminer la masse molaire et la formule brute de l'acide carboxylique A.
   3.2.2 Donner la formule semi-développée et le nom de l'acide A.
   3.3. Déterminer graphiquement le pKa du couple acide carboxylique / ion carboxylate considéré.

2. 4

   On considère le mélange pour lequel $V_B$ = 15 mL et pH = 3,7.
   4.1. Faire l'inventaire des espèces chimiques présentes dans le mélange et calculer leurs concentrations.
   4.2. En déduire le pKa du couple acide carboxylique/ion carboxylate.
   4.3. Donner
   4.3.1. La nature du mélange.
   4.3.2. Les propriétés du mélange.

Exercice 4 · 5 points

1. 1

   Le professeur met à leur disposition trois (03) flacons ①, ②, ③ contenant respectivement :
   - ① alcool A, le propan-2-ol ;
   - ② alcool B, le propan-1-ol ;
   - ③ une solution aqueuse de dichromate de potassium acidifiée.
   1.1 Écrire les formules semi-développées des alcools A et B.
   1.2 Les élèves font réagir en excès du dichromate de potassium sur les composés A et B. Ils obtiennent les composés C et C'.
   • Le composé C réagit positivement au test de la DNPH.
   • Le composé C' réagit avec le bleu de Bromothymol (BBT) pour donner une coloration jaune.
   1.2.1 Donner la famille des composés C et C'.
   1.2.2 Donner les formules semi-développées des composés C et C'.

2. 2

   En plus des composés C et C' précédents, le professeur leur donne deux (02) autres flacons contenant l'un de l'éthanol (E) et l'autre du chlorure de propanoyle (F). Une bonne combinaison des composés C, C', E et F permet de préparer l'ester G.
   2.1 Écrire les formules semi-développées des composés E et de F.
   2.2 Donner les noms des composés que les élèves peuvent utiliser pour préparer l'ester G.
   2.3 Écrire les équations-bilans des réactions qui donnent l'ester G, à partir des composés de la question 2.2.