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Classe Seconde DEVOIR COMMUN Session 2018 Épreuve de PHYSIQUE-CHIMIE Durée de l'épreuve: 2 h Calculatrice autorisée Ce sujet comporte trois exercices, sur 9 pages y compris celle-ci. Ne pas détacher les feuilles, le candidat répondra directement dans les emplacements prévus. Le sujet même partiellement complété doit être restitué dans son intégralité. On indiquera, autant que possible, lexpression littérale avant de présenter et effectuer un calcul. Exercice 1 Exercice 2 Exercice 3 Total : / Note : / 20 Classe : 2 nde .. NOM : Prénom :

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Épreuve de PHYSIQUE-CHIMIE
Durée de l'épreuve: 2 h Calculatrice autorisée Ce sujet comporte trois exercices, sur 9 pages y compris celle-ci.
Ne pas détacher les feuilles, le candidat répondra directement dans les
emplacements prévus.
Le sujet même partiellement complété doit être restitué dans son intégralité.
On indiquera, autant que possible,
l’expression littérale avant de présenter et effectuer un calcul.
Exercice 1 Exercice 2 Exercice 3
Total : / Note : / 20
Classe : 2 nde
.. NOM : Prénom :
Exercice n°1 : Analyses aux jeux olympiques Pendant les jeux olympiques, l’alimentation des sportifs est particulièrement contrôlée pour les maintenir en forme. En transpirant, ils perdent beaucoup d’eau et un nutriment essentiel au bon fonctionnement du corps : le sodium. Les sportifs doivent donc s’hydrater régulièrement, la boisson absorbée doit apporter de l’eau et des nutriments tels que le sodium ou le glucose ….
1) Résultats de l’analyse de la boisson « X »
1-a- Les ions calcium Ca 2+ et les ions chlorure Cl - sont présents dans cette boisson. Quel est l’anion ? Justifier. * *
Quel est le cation ? Justifier. * *
1-b- Dans les boissons utilisées par les sportifs, on peut trouver des ions provenant des éléments fluor, magnésium, sodium etc… La structure électronique de l’atome de sodium est (K)2 (L)8 (M)1 .
b-1-Donner le numéro atomique de l’atome de sodium Na. Justifier. * * b-2-Que représente ce numéro atomique pour le noyau de cet atome ? *
b-3 -Donner, en expliquant votre choix, la formule de l’ion stable qui se forme à partir de l’atome
de sodium.
C
C
C
C
N
O
O
O
2) Analyse d’urine L’urine est un liquide biologique composé de déchets de l'organisme. L’urine contient plus de 3000 composants chimiques. On peut retrouver dans l’urine des produits dopants utilisés par les sportifs. Un sportif de descente de ski a été contrôlé. Un extrait de son analyse d’urine porte les indications suivantes :
Valeur mesurée Valeur limite
Cathine 1,4 µg.mL -1
Les molécules suivantes sont des molécules reconnues comme produits dopants.
Sur les modèles moléculaires, à part pour les atomes d’hydrogène, la nature des autres atomes est indiquée
par le symbole chimique correspondant.
Ephédrine : Salbutamol :
*
2-b-Donner la formule semi-développée de la molécule de salbutamol.
* * 2-c -Après avoir indiqué la formule brute de la molécule de cathine, indiquer si cette molécule est une molécule isomère de l’éphédrine. Justifier. * * *
3) Rythme cardiaque Même s’il n’a pas utilisé de produits dopants, le rythme cardiaque d’un skieur lors d’une descente atteint une valeur très élevée en raison des efforts musculaires intenses qu’il est obligé de fournir pour aller le plus vite possible mais … sans tomber ! On estime que le rythme cardiaque d’un skieur peut atteindre une valeur de 186 battements par minute.
3-a) La fréquence d’un phénomène périodique se mesure en Hertz (Hz) dans le système international d’unités. Définir par une phrase contenant obligatoirement le mot « battements » ce qu’est la fréquence f de battement du cœur lorsque celle-ci s’exprime en hertz.
* * 3-b) Calculer en hertz la fréquence f du cœur du skieur lors d’une descente. * * 3-c) Calculer la durée T qui sépare deux battements de cœur consécutifs du skieur lors de la
descente. * * * Exercice n°2 : Déneigement. Une saumure est une solution aqueuse de chlorure de sodium NaCl(s) (sel de cuisine) de forte concentration en sel. On l’utilise par exemple pour faire fondre la glace et la neige compacte sur les routes en hiver (déneigement). La teneur en sel d’une saumure a tendance à évoluer au cours du temps (par absorption d’eau ou par évaporation). La teneur en sel a une influence directe sur l’efficacité de cette saumure, aussi on l’évalue régulièrement en déterminant l’indice de réfraction n2 ou la densité d de cette solution. 1. Dans une salle de classe, à l’aide d’un demi-cylindre creux rempli d’une saumure S, de la platine graduée en degrés et de la source de lumière habituelle, un élève veut déterminer l’indice de réfraction n2 de cette solution. Il étudie le passage de la lumière de l’air dans la saumure S. On considèrera que la cuve en plastique n’a pas d’influence sur le cheminement de la lumière à cause de sa faible épaisseur.
Voici le tableau des mesures et des calculs effectués par cet élève :
i1 ( ° ) 0 8 10 20 30 40 50 60 70 80
sin i1 0 0,139 0,174.. 0,342 0,5 0,643 0,766 0,866 0,94 0,985
i2 (°) 0 5,5 ... 14,5 21,0 27,5 33,5 38,75 43,0 46,0
sin i2 0 0,0958 0,122 0,250 0,358 0,462 ............... 0,626 0,681 0,719
1.2. L’élève a oublié de remplir deux cases du tableau: compléter ces deux cases vides.
1.1.Compléter et légender le schéma ci-contre en
faisant apparaître :
- la lettre N « normale » (à la surface de séparation)
- le rayon lumineux réfracté, - l’angle d’incidence dans l’air noté i1, - l’angle de réfraction dans la saumure noté i2.
Rayon lumineux incident
1.3. L’élève a reporté ses mesures sur papier millimétré afin de tracer le graphe de la fonction sin i1 = f (sin i2) voir ci-contre. On rappelle que la seconde loi de Snell-Descartes de la réfraction peut s’écrire sous la forme mathématique : n1 sin i1 = n2 sin i2 et que l’indice de réfraction de l’air vaut : nair = n1 = 1,00. a-Terminer de tracer le graphe de l’élève. b-Quel est le type de cette fonction ? Justifier. b- Déterminer grâce à ce graphe la valeur de l’indice de réfraction n2 de la saumure (votre calcul doit apparaître) : on gardera 3 chiffres après la virgule dans l’expression du résultat.
Exercice n°3 : Les Jeux Olympiques
Partie A : Les médailles. Données : Nombre d’Avogadro NA = 6,02 ×1023 mol-1
Symbole élément or : Au Masse molaire atomique de l’or: M (Au) =197,0 g.mol -1
Les médailles d'or, d'argent et de bronze qui ont couronné les meilleurs athlètes des jeux Olympiques et
Paralympiques de Pyeongchang () en Corée du Sud (2018) sont constituées de différents métaux.
Une médaille « de bronze » est en laiton rouge, alliage fait d’un mélange de beaucoup de cuivre et d’un peu de zinc. Afin de préserver leur éclat, toutes les médailles ont été recouvertes d'un film protecteur très mince de masse négligeable et de composition secrète. Environ 2,50 kg d'or et 460 kg d'argent ont été nécessaires pour façonner l’ensemble des médailles d’or et d’argent. La masse de l’ensemble des médailles de bronze est de 193,3 kg . 1- a- Quelle quantité de matière d’or, notée n (Au), a été utilisée pour la fabrication de
l’ensemble des médailles ? 1- b- En déduire le nombre total d’atomes d’or, noté N (Au), nécessaire pour toutes les « médailles d’or ».
2- Sachant que le laiton rouge est constitué à 95,00 % de cuivre,
calculer la masse totale m (cuivre ) de cuivre employé pour la fabrication des médailles de bronze.
Partie B : Problématique : Les médailles d’or sont-elles constituées uniquement d’or ? Une médaille d’or a une masse m = 586 g. Donnée : valeur de la pesanteur terrestre g = 9,81 N/kg
1) Déterminer la valeur de son poids.
2) Equilibre dans l’air :
La médaille est accrochée au ressort d’un dynamomètre, lequel mesure la valeur de la force exercée par le ressort (r) du dynamomètre sur
la médaille (m), cette force est notée : r/m = . a-Nommer l’autre force qui s’exerce sur la médaille en équilibre dans l’air
et représenter les vecteurs forces (en couleur) sur le schéma ci-contre
sans souci d’échelle.
b- Le dynamomètre indique F = 5,75 N.
Cette valeur est-elle en accord avec le résultat de la question 1) ?Justifier.
3) Equilibre dans l’eau :
La médaille immergée dans l’eau est soumise à une nouvelle force verticale, vers le haut et de valeur égale au poids du volume d’eau déplacé par la médaille : cette force
s’appelle la poussée d’Archimède, elle est notée = eau/médaille. a-Quelles forces s’exercent sur la médaille en équilibre dans l’eau ?
Représenter les vecteurs forces (en couleur) sur le schéma ci-contre sans souci
d’échelle.
Eau
b-A l’équilibre dans l’eau, que peut-on dire de ces trois vecteurs forces ?
c-La poussée d’Archimède a pour valeur π = 0,50 N ; en déduire la valeur F de la force indiquée par
le dynamomètre.
4) La poussée d’Archimède π est proportionnelle au volume V d’eau déplacé par la médaille :
π = k x V avec k = 1,0 x 104 N/m3
a-Calculer la valeur de ce volume V, exprimé en m3.
b- Sachant que le volume de la médaille correspond au volume d’eau déplacé , calculer la masse
volumique du matériau constituant la médaille d’or ρ, en kg/m3 ; on donnera le résultat avec 2 chiffres
significatifs . Données : masse volumique ρ = m/V ; masse volumique de l’or : ρ = 1,9 x 104 kg/m3
c-Conclure en répondant à la problématique. Justifier.
Partie C : Les schtroumpfs aux Jeux Olympiques Données : Bleu patenté de formule brute : C54 H62 Ca N4 O14 S4
Masse molaire du bleu patenté : M = 1158,0 g.mol-1 Gargamel a jeté un sort et les pauvres Schtroumpfs ont perdu leur couleur bleue avant les compétitions. Grand Schtroumpf a la solution : les Schtroumpfs doivent boire une solution de bleu patenté (E131) pour redevenir bleus, quelques gouttes à peine, à une certaine concentration C, sinon ils pourraient être accusés de dopage ! Grand Schtroumpf possède encore un flacon de 38 mL de solution bleue S0 sur lequel il peut lire la concentration massique Cm 0 = 115,8×10 - 3 g.L-1. 1-Montrer que la concentration molaire C0 de la solution S0 vaut C0 = 1,00×10 - 4 mol.L-1.
2-A partir de la solution bleue S0 , Grand Schtroumpf peut réaliser un volume V = 100 mL de la solution S nécessaire aux Schtroumpfs, qui doit avoir pour concentration molaire C = 5,0×10 - 6 mol.L -1. a- Ecrire la relation entre quantités de matière de soluté pour les deux solutions concernées S et S0. Justifier.
b-Calculer le volume V0 de solution S0 à prélever pour pouvoir fabriquer 100 mL de solution S.
3- Réalisation du protocole: voir ci-dessous cinq étapes ...dans le désordre.
Protocole ...en vrac !
Fig 1
Fig 2
Fig 3
Fig 4
Fig 5
a-Quel est le nom de la technique employée pour préparer la solution ?
b-Indiquer, à l’aide des numéros des figures, l’ordre chronologique dans lequel doivent s’effectuer
les opérations pour réaliser la solution.
c-Indiquer le nom de la verrerie de précision utilisée pour réaliser cette solution.
Solution mère