DIPLÔME NATIONAL du BREVET PHYSIQUE – CHIMIE Série Collège

REPÈRE
12DNB-COLPHCME1
DIPLÔME NATIONAL du BREVET
Session 2012
PHYSIQUE – CHIMIE
Série Collège
DURÉE : 45 min - COEFFICIENT : 1
Ce sujet comporte 7 pages numérotées de 1/7 à 7/7.
Le candidat s’assurera en début d’épreuve que le sujet est complet.
Le candidat répond directement sur le sujet qui doit être remis en fin d’épreuve,
à l’intérieur de la copie, sans le dégrafer.
L’usage de la calculatrice est autorisé.
BARÈME :
Première partie :
MÉCANIQUE
3,75 points
Deuxième partie :
ÉLECTRICITÉ
6,75 points
Troisième partie :
CHIMIE
7,5 points
Orthographe et présentation :
2 points
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REPÈRE
12DNB-COLPHCME1
Les eaux de Vichy
Cité culturelle et sportive d’Auvergne, la ville de Vichy est surtout réputée pour ses
sources.
La ville est traversée par la rivière Allier. Un barrage (photo 1), installé sur la rivière, a
permis de constituer une retenue d’eau : le lac d’Allier.
Photo 1 (barrage avec passe à poissons)
Photo 2 (passe à poissons)
Partie Mécanique : (3,75 points)
Sur chaque rive, une passe à poissons (photo 2) a été installée afin de permettre aux
saumons le franchissement du barrage.
1. Le saumon adulte est un poisson de masse moyenne m égale à 2 kg.
1.1.
Rappeler l’unité du poids P d’un objet dans le Système international.
…………………………………………………………………………………………………………
1.2.
Parmi les relations suivantes, choisir, en cochant la case, celle reliant
le poids P d’un objet à sa masse m.
P=m/g
P=mxg
P=g/m
1.3.
Calculer le poids P d’un saumon de masse m égale à 2 kg.
On prendra l'intensité de la pesanteur sur Terre g ≈ 10 N/kg.
………...……………………………………………………………………………………………….
…………..……………………………………………………………………………………………..
2. Quand le saumon entre dans la passe à poissons, il se trouve au niveau le plus bas. Il
traverse alors une suite de bassins disposés en escalier et remonte le courant, pour
accéder au point le plus haut du barrage et poursuivre sa migration.
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2.1.
phrase exacte :
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Relier par un trait les points des deux colonnes afin de constituer une
En remontant dans la
passe à poissons
le saumon perd de l’énergie de
position.
le saumon gagne de l’énergie
de position.
2.2.
On estime la vitesse v du saumon pendant la traversée de la
passe à 1 m/s. Sachant que l’énergie cinétique Ec d’un objet est donnée par la relation
1
Ec = mv2, calculer l’énergie cinétique Ec du saumon pendant la remontée.
2
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Partie Électricité : (6,75 points)
De tels barrages sont souvent utilisés pour la production d’électricité.
1. L’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques.
1.1. Légender la photographie de cet alternateur de bicyclette démonté :
…………………………….
………………………………
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1.2. Compléter le diagramme d’échange d’énergie ci-dessous :
1.3. Citer deux adjectifs permettant de qualifier la tension fournie par un
alternateur.
…………………………………………………………………………………………………………
2. Les sources d’énergie permettant la mise en rotation d’un alternateur varient en fonction
du type de centrale.
2.1. Compléter la première ligne du tableau ci-dessous.
2.2. Classer les sources d’énergie suivantes dans les deux colonnes du
tableau.
uranium
charbon
vent
Source d’énergie renouvelable
gaz naturel
Soleil
eau
Source d’énergie …………...……………….
3. La tension produite par un alternateur dans une centrale permet d’alimenter des
habitations en électricité.
Voici l’oscillogramme obtenu en branchant un oscilloscope aux bornes d’une prise du
secteur :
Réglages de l’oscilloscope :
Sensibilité verticale : 100 V / DIV
Sensibilité horizontale : 10 ms / DIV
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3.1. Déterminer la période T de cette tension.
Calcul : …………………………………………………………….…………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
3.2. La fréquence f d’une tension est donnée par la relation f = 1/T avec
T la période de la tension.
3.2.1. Nommer l’unité de la fréquence.
…………………………………………………………………………………………………………
3.2.2. Donner l’unité de la période dans le Système international.
…………………………………………………………………………………………………………
3.2.3. Calculer la fréquence de cette tension.
…………………………………………………………………………………………………………
Partie Chimie : (7,5 points)
Les vertus des eaux thermales issues des sources de Vichy étaient déjà connues des
Romains. Ces sources produisent des eaux pétillantes riches en ions bicarbonate.
Source Chomel
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La source Chomel est une des sources les plus riches en fer.
1. L’atome de fer possède 26 électrons.
1.1. Écrire le symbole de l’atome de fer : …………………………..
1.2. Rappeler le signe de la charge électrique portée par un électron.
…………………………………………………………………………………………………………
1.3. Expliquer pourquoi on dit d’un atome qu’il est « électriquement neutre ».
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
1.4. L’ion fer II, de formule Fe2+, est obtenu à partir de l’atome de fer. Pour
former cet ion, l’atome de fer a (choisir la proposition correcte) :
gagné deux électrons
perdu deux électrons
2. Le tableau ci-dessous donne la composition chimique de l'eau de la source Chomel.
Minéralisation en mg/L
Anions
Chlorure
Bicarbonate
Sulfate
Fluorure
Cations
409,3
4666
187,6
8,74
Sodium
Fer
Calcium
Potassium
2047
0,750
114,8
87,7
2.1. Écrire les formules des ions sodium et des ions chlorure.
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
2.2. Cette eau conduit le courant électrique. À quoi est due cette conduction
électrique ?
…………………………………………………………………………………………………………
3. Le pH des eaux de Vichy est compris entre 6,5 et 6,9 selon les sources. Les eaux sont
donc légèrement acides.
3.1. Proposer une méthode permettant de déterminer le pH d’une solution.
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
3.2. Nommer l’ion responsable de l’acidité d’une solution.
…………………………………………………………………………………………………………
3.3. Écrire la formule de cet ion.
…………………………………………………………………………………………………………
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4. Un objet en fer placé dans l'eau de l'une de ces sources serait « rongé » au bout d’un
certain temps. Afin d’étudier le phénomène, on réalise l’expérience détaillée dans le
texte ci-après :
Dans un tube à essais contenant de la poudre de fer, on verse quelques millilitres d’acide
chlorhydrique concentré. On observe alors un dégagement gazeux.
Afin d’identifier les produits de la transformation qui a lieu, on réalise deux tests :
• Le premier est le test à la flamme : on entend une légère détonation.
• Le deuxième test consiste à verser de la soude dans la solution qui surnage : on
obtient un précipité vert ; les ions fer II sont donc présents.
4.1. Faire le schéma légendé de l’expérience correspondant au deuxième test.
4.2. Sur le flacon contenant l’acide chlorhydrique, on peut voir le pictogramme
suivant :
Donner sa signification :
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
4.3. Nommer le gaz formé.
…………………………………………………………………………………………………………
4.4. Une transformation chimique a eu lieu, compléter le tableau suivant :
Réactifs
Produits
Nom
ion hydrogène
……………..
ion fer II
………………
Formule ou
symbole
……………
Fe
………..
H2
4.5. Écrire (avec les noms des espèces en toutes lettres) le bilan de la
transformation chimique étudiée.
…………………………………………………………………………………………………………
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