DEVOIR COMMUN 1 ère S

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1 Devoir commun année scolaire 2004/ page 1 DEVOIR OMMUN 1 ère S Les exercices n 1, 4 et 5 peuvent être rédigés sur la même copie ; l exercice 2 doit être rédigé sur une copie séparée ; l exercice 3 est à compléter sur la feuille annexe. Il s agit du devoir commun de physique-chimie proposé en mai certains exercices proposés restent assez simples mais il ne faut sous-estimer le travail de préparation. e sujet proposé en 2005 ne préfigure en rien celui que vous aurez en mai 2006, aussi bien pour le type de question posée que pour le niveau de difficulté. Une correction sommaire vous sera proposée dans quelques jours, le temps de vous laisser chercher. Vous pourrez me poser des questions hors cours sur certains points si nécessaire. Quelques indications : Dans certains exercices, il me semble difficile de respecter la règle des chiffres significatifs sinon les nombres obtenus seraient trop tronqués. Exercice n 4 : Question n 1c : deux méthodes possibles pour déterminer l intensité de f ρ. Exercice n 5 : Un conseil : même si cela ne vous est pas demandé, dessinez le sens du courant, les flèches des tensions et leurs noms au préalable. ette consigne doit être systématiquement appliquée afin d éviter des erreurs basiques. Question n 1 : «loi de fonctionnement» signifie expression de la tension en fonction des paramètres (fém, fcém, r) du composant.

2 Devoir commun année scolaire 2004/ page 2 Exercice 1 : VNEMENT : (4 points) On introduit 3,27 g de zinc métallique dans 250 ml de solution d acide sulfurique telle que [H + ] = 1 mol.l -1. Il y a dégagement de dihydrogène gazeux selon Zn + 2 H + Zn 2+ + H 2 1. alculer la quantité de matière (en mol) de chaque réactif. 2. Etablir le tableau d avancement en moles, déterminer le réactif limitant et l avancement maximal x max. 3. Dans l état final : a. Quel volume de dihydrogène obtient-on? (volume molaire gazeux : V m = 24 L.mol -1 ) b. Quelles sont les concentrations molaires des ions H + et Zn 2+? (masses molaires en g.mol -1 : H = 1 ; Zn = 65,4) Exercice 2 : DOSGE DU DIOXYDE DE SOUFRE DNS LE VIN (4 points) rédiger sur feuille indépendante Le dioxyde de soufre SO 2 est un gaz très soluble dans l eau. Pour éviter que le vin ne s oxyde, les œnologues (spécialistes du vin) ajoutent du dioxyde de soufre au moût de raisin. Dans un vin blanc, la concentration massique en dioxyde de soufre est limitée : elle ne doit pas excéder 210 mg.l -1. Pour vérifier la conformité de la concentration de dioxyde de soufre dans le vin blanc, il existe un mode opératoire officiel. On utilise une solution titrante de diiode de concentration c 1 = 7, mol.l -1. Dans un erlenmeyer, on verse un volume v 2 = 25,0 ml de vin blanc. On ajoute 2 ml d acide sulfurique pour acidifier le milieu et 1 ml d empois d amidon. Lors du titrage d un vin blanc, l équivalence est obtenue après avoir versé un volume v éq = 6,10 ml de solution titrante. 1. La solution titrante S 1 est préparée à partir d une solution mère S 0 de diiode de concentration c 0 =3, mol.l -1. Indiquer brièvement comment procéder pour préparer 50 ml de solution titrante et préciser la verrerie utilisée. 2. Dessiner et légender le schéma du montage à réaliser pour effectuer le dosage du dioxyde de soufre dans le vin blanc. La réaction qui se produit lors de ce dosage a pour équation-bilan : SO 2 (aq) + I 2 (aq) + 2 H 2 O SO 4 2- (aq) + 2 I - (aq) + 4 H + (aq) 3. Donner la définition de l équivalence d un dosage. omment la repère-t-on ici? 4. alculer la quantité de matière de diiode n(i 2 ) éq introduite à l équivalence? 5. En déduire la quantité de matière de dioxyde de soufre n(so 2 ) présente dans v 2 = 25,0 ml de ce vin blanc. 6. Déterminer la concentration molaire puis la concentration massique en SO 2 du vin titré. Est-il conforme à la législation? Données : Masses molaires atomiques : M(O) = 16,0 g.mol -1 M(S) = 32,1 g.mol -1 Les espèces SO 2 (aq), SO 2-4 (aq) et I - (aq) sont incolores en solution. De plus, l'empois d'amidon prend, en présence de diiode, une coloration gris-bleu. En multipliant la concentration molaire par la masse molaire, on obtient la concentration massique. Exercice 3 : ouples (4 points) compléter sur la feuille annexe

3 Devoir commun année scolaire 2004/ page 3 Exercice 4 : Skieur (4 points) Les questions (1) et (2) sont indépendantes. Un skieur de masse m = 85 kg (équipement compris) descend une piste inclinée d un angle = 20 par rapport à l horizontale. On donne g = 9,8 N.kg Dans une première étude, on considère que le skieur descend la partie de la piste à vitesse constante. a. Faire le bilan des forces qui agissent sur le skieur en complétant le schéma (1) de la feuille annexe b. Expliquer pourquoi la somme de ces forces est nulle. c. Déduire de la condition précédente l intensité de la force de frottement (vous pourrez utiliser le schéma (2) de la feuille annexe). 2. près cette première phase, le skieur aborde la partie = L = 35 m de la piste où les frottements deviennent négligeables. Sa vitesse en est v = 10 m.s -1. En utilisant le théorème de la variation d énergie cinétique, calculer la vitesse du skieur en. Exercice 5 : ilan d énergie (4 points) Un générateur de f.é.m. E = 6 V et de résistance interne r = 2 Ω alimente un circuit comprenant : un électrolyseur de f.c.é.m. E = 2 V et de résistance interne r = 6 Ω, une résistance variable de résistance réglable entre 0 et 33 Ω. 1. Exprimer les lois de fonctionnement (ou lois d Ohm) des trois composants de ce circuit. 2. Etablir la relation entre les tensions à leurs bornes en appliquant la loi d additivité. 3. On souhaite régler l intensité du courant dans le circuit à 100 m. Montrer qu il faut alors fixer la résistance variable R à la valeur de 32 Ω. 4. Quelle est la valeur de la puissance dissipée par effet Joule dans tout le circuit? 5. Quelle est la valeur de l énergie chimique produite au niveau de l électrolyseur en 10 minutes de fonctionnement? 6. Faire un schéma montrant le bilan d énergie de l électrolyseur et calculer son rendement.

4 Devoir commun année scolaire 2004/ page 4 Feuille annexe Nom : lasse : Exercice 3 : ouples 1. ouples acido-basiques suivants : / H 2 O. / NO 3 / HSO 4 H 3 OOH / H 2 O /. 2. On verse dans une solution d acide chlorhydrique une solution de benzoate de sodium ( H OO, Na ) a) Ecrire les couples mis en jeu b) Ecrire les deux demi-équations associées à ces couples. c) Donner l équation bilan de la transformation chimique. 3. ompléter les phrases suivantes : a) Une réaction d oxydo-réduction se caractérise par un transfert. b) Une réaction acido-basique se caractérise par un transfert. c) Un acide est une espèce susceptible de...un ou plusieurs. d) Une base est une espèce susceptible de.. un ou plusieurs. e) Un oxydant est une espèce susceptible de.. un ou plusieurs. f) Un réducteur est une espèce susceptible de un ou plusieurs 4. ompléter les couples oxydant-réducteur suivants : u 2+ / ; /g ; /Na ; l 3+ / ; / l - + K, MnO 4 ) avec une solution d eau oxygénée (H 2 O 2 ) en milieu acide. On observe un dégagement gazeux de dioxygène. L espèce associée à l oxydant MnO est l ion Mn On fait réagir une solution de permanganate de potassium ( 4 a) Ecrire les couples mis en jeu. b) Ecrire les deux demi-équations associées aux deux couples. c) Donner l équation bilan de la transformation chimique.

5 Exercice 4 : Skieur (4 points) Devoir commun année scolaire 2004/ page 5 1.a. Schéma (1) 1.c. Schéma (2) : y G x

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