Nom : 3 janvier 2017 T ale S BAC BLANC N 1 DE PHYSIQUE-CHIMIE CORRECTION

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1 Nom : janver 207 T ale S BC BLNC N DE PHYSIQUECHIMIE CORRECTION EXERCICE I (20 ponts) Parte /9. La soluton d acde sulfanlque a été préparée par dssoluton car l y a présence d'un soluté solde (l'acde sulfanque) dssous dans un solvant (eau). 2.. D après les pctogrammes de sa fche de sécurté, la soluton de ntrte de sodum est : dangereuse : l faut porter des gants de protecton (lunettes et blouses oblgatores), un comburant : l faut évter de l approcher d un combustble, néfaste pour l envronnement : l ne faut pas la jeter à l éver. 2.2.Pour mesurer un volume de 20 ml (donc peu précs), l faut utlser une éprouvette graduée de 25 ml. La ppette jaugée et la fole jaugée de 20,0 ml sont certes utlsables, mas elles sont d une grande précson nutle c. 2.. La préparaton de l acde ntreux HNO 2 se fat par réacton d une soluton aqueuse de ntrte de sodum (Na + (aq) + NO 2 (aq) ) avec l acde chlorhydrque (H O + (aq) + Cl (aq)) selon l équaton de réacton : NO 2 (aq) + H O + (aq) HNO 2(aq) + H 2 O (l) Il s agt d une réacton acdobasque car l y a eu transfert d un proton H + de l acde H O + vers la base NO 2. Inutle d écrre les ons spectateurs Na + et Cl NO 2 (aq) + H O + HNO 2(aq) + H 2 O (l) Pour détermner la quantté de matère de produt HNO 2, l faut connaître les quanttés de matère ntales des réactfs. Notons NS le ntrte de sodum et C l acde chlorhydrque : 2 n( NO 2) = CNS. V ( NS) N : n(no 2 ) = 2,0 0 0 = 2, 0 0 mol = 20 mmol n( H O ) = C. V ( C) N : n( H O ) = 2, = 4, 0 0 mol = 40 mmol C En tenant compte des nombres stœchométrques de l équaton de réacton, on a donc les ons NO 2 consttuent le réactf lmtant. n(hno 2 ) f n(no ) La transformaton étant totale, on peut écrre : = ns, n(hno 2 ) f = 2 n(no ) = 2, 0 0 mol = 20 mmol 2 On peut auss trater cette queston à l ade d un tableau d avancement. 2 n(no 2 ) < + n(h O ) équaton chmque NO 2 (aq) + H O + HNO 2(aq) + H 2 O (l) État du système vancement (mmol) État ntal x = 0 En cours de transformaton C NS. V(NS) = 20 Quanttés de matère (mmol) C C. V(C) = x 20 x 40 x x x État fnal x max = x max = 0 40 x max =

2 . L équaton de la réacton de dazotaton est : HO SC 6 H 4 NH 2 + HNO 2 + H O + + HO SC 6 H 4 N 2 + H 2 O La quantté de matère ntale d ons oxonum est égale à la quantté de matère de H O + restante à l ssue n HO + = 20 mmol La quantté de matère de la réacton précédente de synthèse du HNO 2. Sot ( ) ntale d acde ntreux HNO 2 est égale à celle formée lors de la réacton précédente. Sot n ( HNO2 ) = 20 mmol. Détermnons la quantté de matère ntale d acde sulfanlque : notons S l acde sulfandque, m(s) n(s) = M(S),0 7, = = 5,8 mmol n(s) = 5,8 0 mol En tenant compte des nombres stœchométrques de l équaton de réacton, on a n(s) n H O + = ( ) < n(hno 2) et donc l acde sulfanlque S est le réactf lmtant. La transformaton étant totale, l se forme autant d ons aryldazonum, qu l y a + n(hosc6h4 N 2 ) n(s) f ntalement d acde sulfanlque : = = 5,8 mmol Parte B : les couleurs de l'hélanthne /4. D'après le spectre d'absorbance, pour HIn, λ max = 520nm : couleur rouge pour In λ max = 450nm : couleur jauneorangé.2. S le ph est égal à 5, l est supéreur au pk du couple HIn / In : c est donc la forme basque In qu prédomne. HIn In ph La couleur d une soluton est la couleur complémentare de la couleur prncpalement absorbée. Le spectre UVvsble montre que l espèce In absorbe plus fortement vers 460 nm dans le domane du bleuvolet et sera donc de la couleur complémentare damétralement opposée sur l «étole» des couleurs fournes, sot de couleur jauneorangé..2. La zone de vrage est en premère approxmaton, délmtée par les valeurs de ph où [HIn] =0 [In ] et [In ] = 0 [HIn] [ base] En utlsant la relaton ph = pk +log applquée au couple HIn / In :. acde ph=p K +log( [In ] [H In ]) pka =,7 ph = 5 [ ] Pour [HIn] =0 [In ] alors ph = æ ö pk + log ç = pk 0 è ø Pour [In ] = 0 [HIn] alors ph = æ 0 ö pk + log ç = pk + è ø ns, la zone de vrage pour l hélanthne serat comprse entre ph = 2,7 et ph = 4,7.

3 Ttrage colormétrque/phmétrque /7 Un ndcateur colore est adapté à un ttrage acdobasque s la valeur du ph à l équvalence (ph E ) est comprse dans la zone de vrage de l ndcateur. D après la courbe fourne, ph E 9 ce qu est très élogné de la zone de vrage : l hélanthne ne convendrat pas. 2 L'acde est un acde car l est susceptble de céder un proton H+ du groupe carboxyle. O Sa base conjuguée est l'on benzoate et a pour formule : O 2 Pour détermner le volume équvalent, on utlse la méthode des tangentes V E = 9,5 ml 4 équaton de la réacton : C 6 H 5 C OO H(aq)+HO (aq) C 6 H 5 C OO (aq)+h 2 O(l ) 5 d'après l'équaton de la réacton : n(ho ) versé = n(c 6H 5COOH) d'où C BV E=C V <=> C = C B V E => C V = ,5 C =2,4.0 2 mol/l 20

4 Nom : janver 207 T ale S BC BLNC N DE PHYSIQUECHIMIE CORRECTION EXERCICE II (5 ponts) Parte : ascenson en ballon sonde de Fearless /0.. L ascenson du ballon a leu sous l effet de la poussée d rchmède..2. Système : {ballon ; équpage} Référentel : le sol, référentel terrestre supposé galléen F uur Blan des forces : Juste après le décollage Le pods P ur (attenton pods du ballon + de l équpage) La poussée d rchmède F uur P ur.. Le ballon peut décoller s les forces qu l subt se compensent et qu l possède une vtesse ntale non nulle orentée vers le haut ; dans ce cas le mouvement est rectlgne unforme. S la poussée d rchmède prédomne sur la force pods alors le mouvement sera accéléré vers le haut. Détermnons les valeurs des deux forces mses en jeu. Le texte ndque «c est envron tonnes qu l a fallu soulever», donc m système = 0 kg Pods : P = m système. g P = 0 9,8 = 2, N = 0 4 N en ne conservant qu un seul chffre sgnfcatf. Poussée d rchmède : F = ρ ar. V. g u nveau du sol (troposphère), on a ρ ar =,22 kg.m. Le volume ntal du ballon est V = 500 m F =, ,8 = ,6 N = 6, 0 4 N On constate que F > P, ans le ballon peut décoller..4. D après le prncpe d nerte ( ère lo de Newton), s le mouvement est rectlgne et unforme, ur r uur c est r que les forces subes par le système se compensent. P + f + F = 0 où f r est la force de frottement de l ar. F uur Par projecton suvant un axe vertcal ascendant Oz : P z + f z + F z = 0 P f + F = 0 f r f = F P f = ρ ar. V. g m. système g P ur f = ,6 0 4 = 0 4 N

5 Parte B : Saut de Fearless r r dv 2.. L accélératon est a =. On peut détermner sa composante a z suvant l axe vertcal dt ascendant en calculant le coeffcent drecteur de la tangente à la courbe représentatve de v = f(t) à la date t = 0 s. Soent les ponts appartenant à la tangente O(0 ;0) et M(20 s ; 95 m.s ). a z = 95 0 = 9,75 m.s 2 = 9,8 m.s 2 avec deux chffres sgnfcatfs Comme a = a z, on constate que a» g, ce qu est logque car le système subt essentellement la force pods, la force de frottement de l ar étant très fable à cette alttude D après le texte ntroductf, Fearless a attent la vtesse de 4,9 km.h dvse par 600 pour convertr cette vtesse en m.s. v= 4,9 v = 72,75 m.s 600 Cette vtesse est supéreure à la célérté du son quelle que sot la valeur de l alttude fourne dans le tableau de données. Fearless a effectvement attent une vtesse supersonque On regarde la courbe représentatve de la vtesse en foncton du temps (courbe ). À la date t = 40 s, la vtesse augmente donc la force pods (orentée vers le bas) prédomne sur la force de frottement de l ar (orentée vers le haut) : Schéma B. À la date t 2 = 50 s, la vtesse ne vare plus donc les forces se compensent : schéma C. À la date t = 60 s, la vtesse dmnue donc la force de frottement de l ar prédomne sur la force pods : Schéma. Remarque : Fearless n évolue pas dans un mleu homogène. Lorsqu l se rapproche du sol, l atmosphère devent plus dense et même s l est mons rapde, l subt plus de frottements Le texte ntroductf ndque que Fearless ouvre son parachute au bout de 4 mn et 20 s, sot au bout de = 260 s. À l ade de la courbe 2, on lt z(t = 260 s) = 2,5 km. Entre t = 260 s (ouverture du parachute) et t = 9 mn s = 54 s, Fearless parcourt 2,5 km. v = d Dt 2,5 0 v = = 8,8 m.s = 9 m.s On ne conserve qu un seul chffre sgnfcatf car la lecture graphque de l alttude z(t = 260 s) est très approxmatve.

6 EXERCICE III (5 ponts). La houle, onde mécanque progressve /5.. La houle est une perturbaton (déformaton de la surface de l eau) qu se propage sans transport global de matère, et qu nécesste un mleu matérel pour se propager..2. Détermnons la longueur d onde sur le document : C est la plus pette dstance entre deux ponts dans le même état vbratore (ex : sommet de vagues). On se sert de l'échelle ndquée sur la photo et pour plus de précson, on mesure pluseurs λ. Schéma Réalté 5,9 cm 4 cm 5, cm 9 λ λ 5, 4 = 9 5, 9 =,4 cm =,4 0 2 m Calcul de la vtesse : 5,9 cm 9 5, cm on sat que λ = v f donc v = λ.f => v =, = 0,2 m.s.. Calcul de la célérté de l'onde λ = 60 m et h = 000 m, donc λ < 0,5h. Dans ces condtons, la célérté de l onde se calcule g. l 9, 8 60 avec la formule v = v = = 9,7 m.s 2p 2p l 60 Calcul de la pérode : λ = v.t donc T = Pérode T = v 9, 7 = 6,2 s Ce résultat semble cohérent avec les valeurs des pérodes des vagues données dans le document5..4. rrvée de la houle dans une bae..4.. Sur la photographe aérenne du document, on observe la dffracton de la houle à l entrée de la bae. La dffracton sera d autant plus vsble que la longueur d onde de la houle sera grande face à la dmenson de l entrée de la bae La lumère qu est une onde électromagnétque peut également être dffractée.

7 2. Surfer sur la vague /5 2.. Calcul de la vtesse de propagaton onde longue : Vtesse de propagaton : pour une onde longue, on a v 2 = gh. v 2 = 9, 8 4, 0 = 6, m.s. Calcul de la longueur d onde : Le document 4 nous apprend que la pérode T ne change pas à l approche des côtes. On reprend la valeur précédente de T. λ 2 = v 2.T => λ 2 = 6, 6,2 = 9 m En arrvant près de la côte, on constate que v 2 < v : la houle est ralente, λ 2 < λ : la longueur d onde dmnue. Ces résultats sont conformes aux nformatons données dans le document Pour la pratque du surf, la confguraton optmale est :. à marée montante c'estàdre entre le moment de basse mer et celu de plene mer ; 2. avec une drecton du vent venant du SudOuest. Créneaux où le vent est défavorable : rectangle en trats pontllés. Il est possble de surfer le samed après 4h24 car la marée monte, le vent est ben orenté et n est pas trop fort. Le jeud à partr de h0 est également un créneau possble, mas le vent est trop fort. 2.. L onde parvent en amont du fleuve avec un retard τ. v = d t donc τ = d v. τ 0 2, 5 0 = = 2,5 0 s sot envron 5, 600 = 0,7 h de retard (0,7 60 = 42 mn) t heure de départ = 7h58mn t heure d arrvée =? t = t + τ t = 42 mn + 7h58 mn = 8 h 40 mn Vu le manque de précson sur la dstance d, on ne peut pas donner l heure de passage du mascaret à la mnute près.