Physique chimie 2008 Concours ENI GEIPI

Landfried

Description

Concours du Supérieur Concours ENI GEIPI. Sujet de Physique chimie 2008. Retrouvez le corrigé Physique chimie 2008 sur Bankexam.fr.

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• 2008

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• Publié par: bankexam
• Publié le: 09 août 2008
• Nombre de lectures: 63
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

NOM :

Epreuves communes GEIPIENI Mercredi 7 mai 2008

Date de naissance :

PRENOM :

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SUJET 2 DE PHYSIQUECHIMIE Nous conseillons de répartir équitablement les 3 heures d’épreuves entre les sujets de mathématiques et de physiquechimie. La durée conseillée de ce sujet de physiquechimie est de 1 h 30. Il est noté sur 20 points. L’usage d’une calculatrice est autorisé. Tout échange de calculatrices entre candidats, pour quelque raison que ce soit, est interdit. Aucun document n’est autorisé. L’usage du téléphone est interdit. Vous ne devez traiter que trois exercices sur les quatre proposés. Si vous traitez les quatre exercices, seules seront retenues les trois meilleures notes.

Ne rien inscrire cidessous 1 2 3 4 TOTAL

NE RIEN ECRIRE DANS LA PARTIE BARREE

EXERCICE I L’acide butyrique, de formule semi développéeCH 3 CH 2 CH 2 COOH, est connu pour son odeur désagréable de beurre rance. Sa réaction avec le méthanol (CH 3 OH) permet d’obtenir un composéE, dont l’odeur et le goût sont au contraire très agréables, d’où son utilisation dans l’industrie alimentaire ou la parfumerie. I-1.le nom systématique de l’acide butyrique. Donner I-2. Ecrire l’équation bilan de la réaction entre l’acide butyrique et le méthanol. I-3. Donner le nom de la fonction chimique caractéristique du composéE. NommerE. On souhaite réaliser la synthèse du composéE; pour cela, on dispose d’une massem A = 330gd’acide butyrique. I-4.la masse de méthanol qu’il faut mettre en œuvre pour mener la réaction dans des Calculer conditions stoechiométriques. L’acide butyrique et le méthanol sont introduits dans le réacteur et le mélange est porté à ébullition. Le volume total estV =400mL. Il est possible de suivre l’évolution de la réaction par le dosage de l’acide butyrique restant. Pour ce faire, on réalise périodiquement des prélèvements de1,00mLdu mélange réactionnel. Chaque -1 prélèvement est alors dilué dans de l’eau glacée, puis dosé par une solution de soude à0,20mol.L. I-5. Ecrire la réaction de dosage de l’acide butyrique par la soude. I-6.la constante d’équilibre de la réaction de dosage. Calculer I-7. Quel volume de soude fautil verser pour doser l’acide du premier prélèvement à t = 0 ? Au bout de 120 heures, le système n’évolue plus ; les dosages à la soude permettent de déterminer l’avancement de la réaction :x max = 2,50mol. I-8.le rendement en produit Calculer Epar rapport à la quantité de réactif de départ. Il est recommandé, pour mener ce type de réaction, d’ajouter quelques millilitres d’acide sulfurique au mélange réactionnel. I-9.le rôle de l’acide sulfurique dans la réaction chimique : Préciser 1 1 1 Données : M(H) = 1g.mol; M(C) = 12g.mol; M(O) = 16g.mol;  pKa (acide butyrique / butyrate) = 4,9 ;pKa (H 2 O / HO ) = 14

I-1.

I-2.

I-3.

I-4.

I-5.

I-6.

I-7.

I-8.

I-9.

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REPONSES A L’EXERCICE I

Nom de l’acide butyrique :

Equation bilan :

Nom de la fonction deE:

Nom deE:

Masse de méthanolm m : Expression littéralem m =

Réaction de dosage :

constante d’équilibreK:

Expression littéraleK=

Volume de soudeV B :

Expression littéraleV B =

Rendement :r=

Application numériquem m =

Application numériqueK=

Application numériqueV B =

Obtenir un meilleur rendement en E Rendre la réaction moins explosive Rendre la réaction réversible Augmenter l’avancement maximal Diminuer le temps de demi réaction Empêcher la formation de produits secondaires Neutraliser l’acide butyrique  Détruire le méthanol

(Cocher la réponse exacte)

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EXERCICE II On considère un petit tremplin de saut à ski dont le profil est présenté sur la figure suivante. Il est techniquement constitué de trois zones : une zone linéaireABdont l’angleαpar rapport à l’horizontale est égal à45°, une zone circulaire de raccordement, une seconde zone linéaireBCdont l’angleβpar rapport à l’horizontale est égal à30°. Le point de sortieCdu tremplin est situé à une hauteurHpar rapport à la cabine de départ. On supposera que le frottement des skis sur la piste du tremplin est négligeable et on néglige les frottements de l’air durant cette première phase du saut. Le skieur est considéré comme un objet -1 ponctuel de massem= 75 kgdonne l’accélération de pesanteur. On g= 9,80m.s. A

H

B

y

C

R 1

x

D

y

R 2

E x F Partie A :on étudie l’envol du skieur. II-1. En appliquant la loi de conservation de l’énergie, donnez l’expression littérale du module de la vitesse V C au pointC. -1 II-2.doit être la hauteur Quelle Hpour que V C =14m.s? II-3.est l’angle de sortie lorsque le skieur s’élance du tremplin ? Quel II-4.les équations horaires Etablissez x(t) ety(t)mouvement du skieur dans sa phase d’envol, du dans le repère R 1 (C,x,y)en fixantt = 0lorsque le skieur atteint le pointC. II-5. Donnez l’expressiony = f(x)de la trajectoire du skieur. Partie B : Le skieur se réceptionne sur la partieDE. La zone d’arrêtEFen surface des éléments qui comporte permettent de ralentir le skieur. On supposera par ailleurs que le frottement de l’air n’est plus négligeable. On modélisera les effets du frottement par une force unique dont le modulef est proportionnel à la vitesse du skieur. On appellerakle coefficient de proportionnalité. On étudie le mouvement du skieur lorsqu’il a atteint la zone d’arrêtEF. On travaillera dans le repère R 2 (E,x,y)en fixantt=0lorsque le skieur atteint le pointE.

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II-6.l’équation différentielle en vitesse du mouvement du skieur sur la zone d’arrêt. Etablissez II-7.: On vérifiera que la vitesse (dans cette portion de la piste) peut se mettre sous la forme t - τ v(t)=v .e . On identifieraτ. Le skieur atil une chance de s’arrêter si l’on tient compte de cette 0 seule expression de la vitesse ? Pourquoi ? REPONSES A L’EXERCICE II

II-1.

II-2.

II-3.

II-4.

II-5.

II-6.

II-7.

Expression littéraleV C =

HauteurH:

Expression littéraleH =

Angle de sortie :

Equation horaire :x =

Equation horaire :y =

Trajectoire :y =

Equation différentielle en vitesse :

Vérification :

τ=

Analyse du freinage :

Application numériqueH =

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EXERCICE III ème Le “trombone” de König (physicien allemand du 19 siècle) est un dispositif permettant de mesurer des longueurs d’ondes acoustiques. On se propose d’utiliser ce dispositif afin de déterminer la célérité d’ondes acoustiques dans l’argon.  Haut Parleur (E)

Microphone (S)

L

Oscillosco e

Un hautparleur émet l’onde à l’entréeE. Un microphone placé à la sortieS permet de recueillir le signal après que l’onde s’est propagée dans les deux branches du “trombone”. On appellerad 1 la distance parcourue dans la branche fixe (partie gauche), etd 2 la distance, réglable, parcourue par l’onde dans la branche mobile (partie droite). Lorsque la partie mobile est glissée au maximum dans la partie fixe (L = 0), les distances sont égales dans les deux branches. On réalise l’enregistrement suivant : Base de temps :100 µs/div Sensibilité :1 V /div

III-1. Déterminer la période et la fréquence des ondes acoustiques utilisées. III-2.quel type d’ondes s’agitil ? De III-3.quelle condition sur A Larrivant par la branche droite estelle en phase avec l’onde l’onde arrivant par la branche gauche ? On admet que les signaux observés correspondent à la somme des ondes qui se sont propagées dans les deux branches.

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III-4.si les deux ondes arrivent en opposition de phase en S ? Qu’observeton III-5. Qu’observeton si les deux ondes arrivent en S en phase ? III-6.fait maintenant varier la longueur On L; on observe qu’il faut faire varierLde5,4cmentre deux positions où les ondes sont en phase. Déterminer la longueur d’onde des ondes utilisées. III-7.déduire la célérité des ondes utilisées dans cette étude. En

III-1.

III-2.

III-3.

III-4.

III-5.

III-6.

III-7.

PériodeT=

REPONSES A L’EXERCICE III

Fréquencef =

sons aigussons gravesinfrarougesrayons X

ultravioletsmicroondesultrasonsinfrasons

longitudinalesmécaniquestransversalesprogressivesstationnaires

Condition :

Ondes en opposition de phase en S :

Ondes en phase en S :

Longueur d’onde :

Céléritéc:

Expression littéralec=

(Cocher les réponses exactes)

Application numériquec=

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EXERCICE IV On étudie la formation d’hélium à partir de deutérium et de tritium ; cette réaction nucléaire libère un neutron. 2 3 A 1 IV-1. Equilibrer la réaction : H + H→He+ n + γ 1 Z 0 1 IV-2.appelleton ce type de réaction nucléaire ? Comment IV-3. Comment peuton qualifier les trois nucléides : deutérium, tritium et hydrogène ? IV-4.que le système (hélium + neutron) est plus stable que le système (deutérium + Montrer tritium). IV-5. Calculer l’énergieE l libérée par cette réaction. IV-6. Calculer l’énergiee l libérée parkgde matière utilisée. IV-7. Que représenteγ? IV-8. En supposant queγvéhicule toute l’énergie libérée par la réaction, déterminer la fréquence et la longueur d’onde associées. Données : Particule Helium NeutronDeuterium Tritium Masse (u) 2,01355 3,01550 4,00150 1,00866 8 -1 c= 2,998.10m.s -27 1u= 1,66054.10kg 23 -1 N A = 6,023.10mol -34 h= 6,626 10 J.s

Application numériqueE l =

Application numériquee l =

Expression littéralee l =

IV-8.

REPONSES A L’EXERCICE IV

Application numériqueν=

Z=

IV-2.

NE RIEN ECRIRE DANS LA PARTIE BARREE

A=

Application numériqueλ=

Expression littéraleE l =

Stabilité :

IV-1.

γ:

IV-7.

Type de réaction :

Expression littéraleν=

Energiee l :

EnergieE l :

Qualificatif :

IV-6.

IV-3.

IV-5.

IV-4.

Longueur d’ondeλ:

Expression littéraleλ=

Fréquenceν: