CONCOURS D AIDE TECHNIQUE DE LABORATOIRE 1999 SPECIALITE B : SCIENCES PHYSIQUES ET INDUSTRIELLES

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1 CONCOURS D AIDE TECHNIQUE DE LABORATOIRE 1999 SPECIALITE B : SCIENCES PHYSIQUES ET INDUSTRIELLES L épreuve est constituée d exercices de chimie (sur 10 points) et de physique (sur 10 points). Elle comporte 6 pages. Tous les exercices sont obligatoires (exercices C I - C II et C III en chimie ; exercices P I - P II - P III et P IV en physique) et indépendants les uns des autres. Le candidat est tenu d indiquer le numéro complet de chaque question devant sa réponse. Il répond directement sur les pages pour les exercices C III (question C III.2.a page 2) P I page 4 P IV (question P IV.1. page 6) Si, au cours de l épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d énoncé, il le signale dans sa copie et poursuit sa composition en précisant les initiatives qu il est conduit à prendre de ce fait. CHIMIE C I. Dosage d oxydoréduction (3 points) C I.1. On dispose d'un litre de solution acidifiée de permanganate de potassium de concentration C 1 = 0,010 mol.l -1 pour réaliser un dosage. C I.1.a) Quelle masse de permanganate de potassium solide a-t-on utilisé pour préparer 0,50 L de cette solution? C I.1.b) Quel acide utilise-t-on pour acidifier cette solution? C I.2. Cette solution acidifiée de permanganate de potassium est utilisée pour doser une solution de sulfate de fer (II). La prise d essai de cette solution de sulfate de fer (II) est V 2 = 20 ml. C I.2.a) Faire un schéma annoté du dispositif expérimental (matériel et solutions). C I.2.b) Ecrire les demi-équations électroniques et l équation-bilan de la réaction d oxydoréduction. C I.2.c) Préciser les couleurs des réactifs et des produits de la réaction. En déduire comment on repère l équivalence. C I.2.d) On a versé V 1 = 15 ml de solution de permanganate de potassium pour doser la solution de sulfate de fer (II). En déduire la concentration C 2 de cette solution. Données : Masses molaires atomiques en g.mol -1 : M K = 39 ; M Mn = 55 ; M O = 16 Couples oxydoréducteurs : Fe 3+ /Fe 2+ : E 1 = 0,68 V ; MnO - 4 /Mn 2+ : E 2 = 1,51 V 1

2 C II. Préparation par dilution d une solution d acide sulfurique (3 points) Sur l'étiquette de la bouteille contenant une solution commerciale d'acide sulfurique, on relève les indications suivantes: - proportion massique en acide pur: 95% - densité par rapport à l'eau: d = 1,84. C II.1. C II.1.a) Donner la formule de l'acide sulfurique. C II.1.b) Calculer sa masse molaire moléculaire. C II.2.Calculer la concentration molaire en acide sulfurique de la solution commerciale. C II.3. Un professeur a besoin, pour des expériences de cours en classe de 1ère S, de 250 ml d une solution diluée d acide sulfurique à 2,5 mol.l -1. C II.3.a) Calculer le volume de solution commerciale à prélever. C II.3.b) A l aide de schémas annotés, préciser le protocole à suivre pour réaliser cette dilution ; on indiquera les précautions à prendre. C II.3.c) Proposer le titre de la leçon traitée par le professeur. Données : Masses molaires atomiques en g.mol -1 : M H = 1 ; M O = 16 ; M S = 32 Masse volumique de l eau : µ e = g.l -1 C III. Chimie organique : tests de reconnaissance (4 points) On veut étudier quatre composés organiques A, B, C, D: A est de l'éthanal, B est de la propanone, C est du propan-1-ol, D est du méthylpropan-2-ol. C III.1. Donner la formule semi-développée et la fonction chimique de chacun de ces composés ainsi que la classe de C et D. C III.2. On fait différents tests sur chacun d'eux. C III.2.a) Cocher par une croix X la bonne réponse dans le tableau suivant : A B C D Réagit avec la D.N.P.H. * Ne réagit pas avec la D.N.P.H. * Réagit avec le réactif (ou liqueur) de Fehling Ne réagit pas avec le réactif (ou liqueur) de Fehling Peut subir une oxydation ménagée Ne peut pas subir une oxydation ménagée * D.N.P.H = 2,4-dinitrophénylhydrazine C III.2.b) Décrire le mode opératoire du test à la D.N.P.H. ; qu'observe-t-on si le test est positif? 2

3 C III.2.c) Décrire le mode opératoire du test au réactif (ou liqueur) de Fehling ; qu'observe-t-on si le test est positif? C III.3. Réaction avec le «réactif de Tollens» ou nitrate d argent ammoniacal : C III.3.a) Des quatre composés précédents, quel est celui qui réagit avec le réactif de Tollens? C III.3.b) Comment prépare-t-on la solution appelée «réactif de Tollens»? (mode opératoire, solutions à utiliser ; aucune valeur numérique n est demandée) C III.3.c) Qu observe-t-on si le test au réactif de Tollens est positif? En déduire le nom habituel de cette expérience. C III.3.d) Sur le plan de la sécurité, quelle précaution particulière faut-il prendre à propos du réactif de Tollens? 3

4 PHYSIQUE P I. Electricité (2 points) P I.1. Deux lampes de 6V, L1 et L2, sont branchées comme l indique le schéma 1 ; L1 brille, L2 ne brille pas. Parmi les affirmations suivantes, indiquer par un V celles qui sont Vraies par un F celles qui sont Fausses. L1 L2 schéma 1 L2 est grillée + L1 et L2 sont traversées par un courant de même intensité L1 et L2 n'ont pas la même puissance - L1 est plus puissante que L2 L2 est plus puissante que L1 Explications :... P I.2. Deux lampes de 6V, L1 et L2, sont branchées comme l indique le schéma 2 ; L1 brille, L2 ne brille pas. Parmi les affirmations suivantes, indiquez par un V celles qui sont Vraies par un F celles qui sont Fausses. + - schéma 2 L1 L2 L2 est grillée L1 et L2 sont traversées par un courant de même intensité L1 et L2 ont la même tension à leurs bornes Explications :... P I.3. Dans le circuit suivant (schéma 3), quelle résistance (ou conducteur ohmique ou résistor) R peut-on brancher en série avec la lampe pour que celle-ci ne soit pas détériorée et brille normalement V R Un conducteur ohmique (5 Ω, 0,5 W) Un conducteur ohmique (10 Ω, 0,5 W) Un conducteur ohmique (10 Ω, 1 W) Un conducteur ohmique (50 Ω, 1 W) schéma 3 Lampe (6V, 0,3A) Explications : 4

5 ... P II. Energie électrique (2,75 points) A l'aide d'un montage potentiométrique, on établit la caractéristique U = f(i) d'une cuve à électrolyse (ou électrolyseur) contenant une solution aqueuse de soude. U désigne la tension aux bornes de la cuve à électrolyse et I l'intensité du courant continu qui la traverse. P II.1. Etablir la liste du matériel nécessaire à la réalisation de l'expérience. P II.2. Schématiser le montage. P II.3. A l aide du tableau de mesures suivantes, tracer la caractéristique de la cuve à électrolyse : U (en V) 1,8 2,0 2,6 3,2 I (en ma) P II.4. En exploitant le graphique : P II.4.a) Donner la valeur de U quand I = 75 ma. P II.4.b) Déterminer la résistance interne r' de l'électrolyseur, ainsi que sa force contre-électromotrice E'. P II.5.Peut-on réaliser l'électrolyse avec cette cuve à électrolyse, si le générateur dans cette expérience est une pile de 1,5 volt? Justifier la réponse. P III. Optique : loi de la réfraction (2 points) On veut étudier la réfraction de la lumière par le dioptre plan air / altuglass. P III.1. Décrire le dispositif utilisé en travaux pratiques qui permet cette étude et justifier la forme donnée au bloc d'altuglass. P III.2. On a mesuré les valeurs de l'angle d'incidence i ( dans l'air ), et de l'angle de réfraction r ( dans l'altuglass ) : i (en degrés) r (en degrés) P III.2.a) Dans le cas où i = 40, faire un schéma montrant le rayon incident et le rayon réfracté en indiquant les angles d'incidence et de réfraction. P III.2.b) Montrer que les valeurs de i et de r vérifient la loi de la réfraction. P III.2.c) En déduire l'indice de réfraction de l'altuglass par rapport à l'air. P III.2.d) Calculer la valeur de l'angle de réfraction limite du dioptre air / altuglass. P IV. Optique : lentille (3,25 points) Dans l expérience d'optique représentée ci-dessous, on forme sur un écran, à l aide d une lentille de distance focale f, l image d'un objet constitué d'une lettre F éclairée par une source lumineuse. Sur le banc optique, on mesure la distance d entre l objet et l écran ; on trouve d = 80 cm. 5

6 On constate que la taille de l image est égale à celle de l objet. P IV.1. Légender la représentation ci-dessous et préciser la nature de la lentille. P IV.2. Représenter sur le dessin l'image de la lettre F telle qu'elle apparaît sur l'écran. P IV.3. Déterminer le grandissement. Donner les valeurs numériques des distances objet/lentille et lentille/écran. P IV.4. Construire le schéma optique conventionnel donnant l image de l objet F représenté par une flèche. On placera les points caractéristiques de la lentille et on représentera 3 rayons caractéristiques. P IV.5.a) Déterminer la distance focale de la lentille (méthode graphique conseillée, à défaut par le calcul). P IV.5.b) Comparer le résultat avec l indication + 5 portée par la lentille. Préciser avec quelle unité (nom et symbole) est exprimé + 5. P IV.6. On accole à la lentille précédente un miroir plan. On approche l'objet de la lentille depuis une position éloignée jusqu'à ce que l'image et l'objet aient la même taille. Dans ce cas, où se forme l'image? Que valent les distances objet-lentille et lentilleimage? Préciser le nom de cette méthode qui en pratique sert à déterminer les distances focales. 6