Sujet du BAC D 2021 de physique-chimie, avec corrigé

Exercice 1 · 5 points

1. La courbe de dosage d'un volume $V_A=20$ mL d'une solution d'acide carboxylique par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration $C_B=0,02$ mol.L${}^{-1}$ est représentée ci-dessous.

   

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

   1. Proposition 1. Le $p{K}_a$ du couple acide base est :

      1. A$p{K}_a=8$
      2. B$p{K}_a=7$
      3. C$p{K}_a=3,8$
      4. D$p{K}_a=4,2$

   2. Proposition 2. La concentration de la solution d'acide carboxylique est :

      1. A$C_A=0,02$ mol.L${}^{-1}$
      2. B$C_A=0,01$ mol.L${}^{-1}$
      3. C$C_A=0,1$ mol.L${}^{-1}$
      4. D$C_A=1$ mol.L${}^{-1}$
2. B

   1. Écris l'équation-bilan de la réaction entre l'acide chlorhydrique (${\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$, $\mathrm{C}{\mathrm{\ell }}^{-}$) et l'hydroxyde de sodium ($\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$, $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$).
   2. Donne les caractéristiques de cette réaction.
   3. Choisis, parmi les indicateurs colorés ci-dessous, celui qui convient le mieux pour repérer le pH du point d'équivalence lors du dosage de l'acide chlorhydrique par l'hydroxyde de sodium.

   Indicateurs colorés	Zone de virage du pH
   Bleu de thymol	1,5 – 2,5
   Hélianthine	3,1 – 4,4
   Bleu de Bromothymol	6,0 – 7,6
   Phénolphtaléine	8,2 – 10,0

3. Pour chacune des propositions suivantes :
   Écris le numéro de la proposition suivi de la lettre V si la proposition est vraie et F si elle est fausse.

   1. 1. L'équation-bilan de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'hydroxyde de sodium est : $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}+\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}⟶\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ ;

   2. 2. Le pH à l'équivalence lors du dosage de l'acide éthanoïque par l'hydroxyde de sodium est égal à 7 ;

   3. 3. Le pH à la demi-équivalence lors du dosage de l'acide éthanoïque par l'hydroxyde de sodium est $pH=\frac{1}{2}p{K}_a$ ;

   4. 4. La courbe $pH=f(V_B)$ lors du dosage de l'acide éthanoïque par l'hydroxyde de sodium présente quatre parties.

4. PHYSIQUE (2 points)

   A.
   1. Nomme la force $\vec{F}$ qui s'exerce sur un fil conducteur parcouru par un courant d'intensité I et plongé dans un champ magnétique uniforme $\vec{B}$.
   2. Reproduis les schémas ci-dessous et représente la force $\vec{F}$ dans chaque cas.

   

   B.
   1. Reproduis le schéma ci-dessous et représente le vecteur champ magnétique $\vec{B}$ au centre du solénoïde parcouru par un courant d'intensité I.

   

   2. Indique sur le même schéma les faces nord (N) et sud (S) du solénoïde.

   1. B.1. Au centre, $\vec{B}$ est dirigé…

   2. B.2. La face nord est…

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

Exercice 2 · 5 points

1. 1

   Identification du chlorure d'acyle
   1.1 Montre que la masse molaire du chlorure d'acyle est M = 78,5 g.mol${}^{-1}$.
   1.2 Déduis-en sa formule semi-développée et son nom.

2. 2

   Action du chlorure d'acyle sur le méthanol
   2.1 Écris l'équation-bilan de la réaction et donne ses caractéristiques.
   2.2 Nomme le composé A obtenu.
   2.3 Détermine :
   2.3.1 la masse du composé A obtenu ;
   2.3.2 le volume du chlorure d'hydrogène dégagé.

3. 3

   Action du composé A sur l'eau
   3.1 Écris l'équation-bilan de la réaction.
   3.2 Donne le nom de cette réaction et ses caractéristiques.
   3.3 Écris l'équation-bilan de la réaction d'obtention du composé B.
   3.4 Nomme le composé B.

4. 4

   Écris l'équation-bilan de la réaction permettant d'obtenir le composé A à partir de B.

Exercice 3 · 5 points

Ton Professeur de Physique-Chimie te propose d'étudier le dispositif ci-dessous en vue d'évaluer les notions vues en classe sur la mécanique.
Ce dispositif est constitué d'un tronçon rectiligne AB incliné d'un angle $\alpha$ par rapport à l'horizontale et d'un tronçon horizontal BO. Les points A, B et O sont dans le même plan vertical.

Une bille, supposée ponctuelle de masse m, est lâchée en A sans vitesse initiale. Elle parcourt le trajet ABO et arrive en O avec une vitesse ${\vec{v}}_0$ horizontale. La bille quitte le point O à la date t = 0 s, tombe dans le vide sous l'action de son poids et atterrit au sol au point S. L'altitude du point O par rapport au sol est h (voir figure).
Données :
AB = L = 2,5 m ; $\alpha$ = 30° ; h = 0,5 m ; $v_0$ = 5 m.s${}^{-1}$ ; g = 10 m.s${}^{-2}$.
Les frottements sont négligeables.

1. 1

   Étude du mouvement de la bille sur le tronçon AB.
   1.1 Fais le bilan des forces extérieures qui s'exercent sur la bille.
   1.2 Représente ces forces sur un schéma.
   1.3 Détermine :
   1.3.1 la vitesse $v_B$ de la bille au point B ;
   1.3.2 l'accélération $a_1$ de la bille sur le tronçon AB.
   1.4 Déduis de ce qui précède la nature du mouvement de la bille.

2. 2

   Étude du mouvement de la bille sur le tronçon BO.
   2.1 Détermine l'accélération $a_2$ de la bille sur le tronçon BO.
   2.2 Déduis-en la nature du mouvement de la bille sur ce tronçon.

3. 3

   Étude du mouvement de la bille dans le repère $(O,\vec{i},\vec{j})$
   3.1 Établis :
   3.1.1 les équations horaires x(t) et y(t) de la bille ;
   3.1.2 l'équation cartésienne y(x) de la trajectoire de la bille.
   3.2 Détermine les coordonnées $y_S$ et $x_S$ du point de chute S de la bille.

Exercice 4 · 5 points

Au cours d'une séance de Travaux Pratiques (TP), ton professeur met à la disposition de ton groupe un générateur basses fréquences (GBF), une bobine d'inductance L et de résistance interne r, un condensateur de capacité C, un conducteur ohmique de résistance R, un ampèremètre, un voltmètre, un générateur de tension continue et des fils de connexion.
Il vous demande de déterminer les valeurs L, R, r et C.
A cet effet, sous sa supervision, ton groupe réalise deux expériences.

Expérience 1
Ton groupe applique une tension continue de valeur $U_1$ = 6 V aux bornes de la bobine.
Il mesure alors à l'aide d'un ampèremètre un courant d'intensité $I_1$ = 0,3 A.

Expérience 2
Ton groupe réalise un circuit électrique comportant en série le conducteur ohmique, la bobine, le condensateur et le générateur de basses fréquences (GBF). Il place dans le circuit un ampèremètre et un voltmètre. Il règle la valeur efficace de la tension délivrée par le GBF à U = 1 V.
Ton groupe mesure, pour différentes valeurs de la fréquence du GBF, l'intensité efficace I du courant.
Le tableau ci-dessous donne les résultats obtenus.

N (Hz)	100	200	300	400	460	480	500	520	560	600	700	800
I (mA)	0,7	1,6	3,1	6,1	8,1	8,3	8,1	7,7	6,5	5,5	3,8	2,9

Tu es chargé de faire le rapport du groupe.

1. 1

   Étude de l'expérience 1
   1.1 Écris l'expression de la tension $U_L$ aux bornes de la bobine.
   1.2 Calcule la résistance r de la bobine.

2. 2

   Étude de l'expérience 2
   2.1 Schématise le montage qui a permis d'obtenir les résultats de l'expérience.
   2.2 Trace la courbe qui représente l'intensité efficace I en fonction de la fréquence N.
   Échelles :
   1 cm pour 1 mA ;
   1 cm pour 100 Hz.
   2.3 Déduis de la courbe :
   2.3.1 la fréquence de résonance d'intensité $N_0$ ;
   2.3.2 la bande passante $\Delta N$ ;
   2.3.3 le facteur de qualité Q.
   2.4 Détermine :
   2.4.1 la tension $U_C$ aux bornes du condensateur à la résonance ;
   2.4.2 la valeur C de la capacité du condensateur ;
   2.4.3 la valeur L de l'inductance de la bobine ;
   2.4.4 la valeur R de la résistance du conducteur ohmique.