DEVOIR COMMUN 1 S

Devoir commun – année scolaire 2004/2005 - page 1
DEVOIR COMMUN 1ère 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 2005. certains exercices
proposés restent assez simples mais il ne faut sous-estimer le travail de préparation.
Ce 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
ρ
f.
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. Cette 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.
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Exercice 1 : AVANCEMENT : (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+
Zn2+ + H2
→
1.
2.
3.
Calculer la quantité de matière (en mol) de chaque réactif.
Etablir le tableau d’avancement en moles, déterminer le réactif limitant et l’avancement maximal xmax.
Dans l’état final :
a. Quel volume de dihydrogène obtient-on ? (volume molaire gazeux : Vm = 24 L.mol-1)
b. Quelles sont les concentrations molaires des ions H+ et Zn2+ ?
(masses molaires en g.mol-1 : H = 1 ; Zn = 65,4)
Exercice 2 : DOSAGE DU DIOXYDE DE SOUFRE DANS LE VIN (4 points) A
rédiger sur feuille indépendante
Le dioxyde de soufre SO2 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 c1 = 7,80.10-3 mol.L-1. Dans un
erlenmeyer, on verse un volume v2 = 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 véq = 6,10 mL de solution
titrante.
1.
La solution titrante S1 est préparée à partir d’une solution mère S0 de diiode de concentration
c0=3,90.10-2 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 :
SO2(aq) + I2(aq) + 2 H2O
3.
4.
5.
6.
→
SO4 2- (aq) + 2 I -(aq) + 4 H +(aq)
Donner la définition de l’équivalence d’un dosage. Comment la repère-t-on ici ?
Calculer la quantité de matière de diiode n(I2)éq introduite à l’équivalence ?
En déduire la quantité de matière de dioxyde de soufre n(SO2) présente dans v2 = 25,0 mL de ce vin
blanc.
Déterminer la concentration molaire puis la concentration massique en SO2 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
2Les espèces SO2(aq), SO4 (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 : Couples (4 points) A compléter sur la feuille annexe
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Exercice 4 : Skieur (4 points)
A
B
Les questions (1) et (2) sont indépendantes.
Un skieur de masse m = 85 kg (équipement compris) descend une piste
inclinée d’un angle α = 20° par rapport à l’horizontale. On donne
g = 9,8 N.kg-1.
1.
2.
α
C
Dans une première étude, on considère que le skieur descend la partie AB 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).
Après cette première phase, le skieur aborde la partie
BC = L = 35 m de la piste où les frottements deviennent
négligeables. Sa vitesse en B est vB = 10 m.s-1.
En utilisant le théorème de la variation d’énergie
cinétique, calculer la vitesse du skieur en C.
A
B
α
C
Exercice 5 : Bilan 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 mA. 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 ?
Faire un schéma montrant le bilan d’énergie de l’électrolyseur et calculer son rendement.
6.
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Feuille annexe
Nom :
Classe :
Exercice 3 : Couples
1.
Couples acido-basiques suivants :
…… /
2.
H 2O
……. /
4.
HSO4−
H 2 O / …….
CH 3COOH / ……
−
, 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.
Compléter 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………
Compléter les couples oxydant-réducteur suivants :
Cu2+ / …
5.
…… /
On verse dans une solution d’acide chlorhydrique une solution de benzoate de sodium
( C 6 H 5 COO
3.
NO3−
;
…/Ag ;
…/Na
;
On fait réagir une solution de permanganate de potassium ( K
Al3+/ …
+
;
… / Cl-
, MnO4− ) avec une solution d’eau
oxygénée (H2O2) en milieu acide. On observe un dégagement gazeux de dioxygène. L’espèce associée
−
2+
à l’oxydant MnO4 est l’ion Mn .
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.
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Exercice 4 : Skieur (4 points)
1.a. Schéma (1)
A
B
α
C
1.c. Schéma (2) :
y
A
G
x
B
α
C