Devoir Surveillé (DS) de Physique-chimie de niveau Première - janvier 2011

M.Douezy

Description

Avec correction. Interro 1-s travail et conductimétrie
Devoir Surveillé (DS) en Physique (2011) pour Première S

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Extrait

Interrogation 1°SPHYSIQUE et CHIMIE  jeudi6 janvier 2011

Durée : une heure ; calculatrice autorisée.

Exercice1:( /15) Alice tire, à vitesse constante, une luge de masse m = 6,00 kg sur un sol horizontal ; la distance parcourue est d = 100 m. La forceexercée sur la luge par l’intermédiaire de la F corde est constante sur la distance d ; la corde fait un angle α = 30,0 ° avec le sol. On suppose que la valeur f des forces de frottements vaut le cinquième du poids P de la luge. 1. Faire l’inventaire des forces qui s’exercent sur le système {luge}. 2. Que peut-on dire de ces forces ? Justifier. 3. A l’aide d’un schéma, en choisissant un repère judicieux et en projetant sur les axes de ce repère, calculer la valeur de la force de traction qu’exerce Alice sur sa luge. 4. Calculer le travail de chacune des forces le long du trajet. Alice aborde maintenant la piste de luge (de longueur l = 100 m) qui forme un plan incliné d’un angle β = 15,0 ° avec l’horizontale. Elle tire toujours rectilignement et à vitesse constante ; l’angle entre la corde et la pente est toujours de 30,0 °. On suppose que la force de frottements garde la même valeur f que précédemment. 5. Que peut-on dire du travail de la somme des forces ? Justifier. 6. Donner l’expression du travail de chacune des forces s’exerçant sur la luge. 7. Comparer les valeurs de la force de traction sur la partie plane et sur la pente. 8. Le déplacement est effectué en 2,0 min. Calculer la puissance moyenne du travail du poids. -l Donnée : g = 9,81 N.kg.

Exercice2:( /15) À 25°C, on mélange un volume V 1 = 100 mL d'une solution aqueuse S 1 de nitrate d'argent, de -4 -l concentration molaire C 1 égale à 5,00.10mol.L ,avec un volume V 2 = 200 mL d'une -4 solution aqueuse S 2 de chlorure de sodium, de concentration molaire C 2 égale à 8,00.10 -l mol.L . 1. On observe la formation d’un précipité blanc qui noircit à la lumière. De quel précipité s’agit-il ? 2. Écrire l'équation chimique associée à la transformation. 3. Le produit formé n'est pas un conducteur électrique. Pourquoi ? Intervient-il dans la conductivité de la solution à l'état final ? 4. Calculer les quantités de matière des espèces ioniques présentes en solution à l'état initial. 5. Construire un tableau d’avancement de la transformation chimique. Déterminer l'avancement maximal de la réaction et établir un bilan de matière à l'état final. 6. Calculer la concentration molaire de chaque espèce présente en solution à l'état final. 7. En déduire la conductivité σ du mélange. -4 2 -l Données. Conductivités molaires ioniques à 25°C (10S.m .mol ) : l # 161, 9 ;l % 171, 4 ;l # 150,1 ;l % 176, 3. Ag NO NaCl 3

Interrogation 1°S corrigé

Exercice 1 :

1. Dans le référentiel terrestre, supposé galiléen, les forces s’exerçant sur le système {luge} sont : le poidsde la luge, la force de tractionexercée par Alice, la réaction normale du sol P F R et les forces de frottements f . N 2. Le système est animé d’un mouvement rectiligne uniforme donc, d’après le principe d’inertie (dans un référentiel galiléen, si le vecteur vitesse du centre d’inertie du système ne varie pas, la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur ce système est nulle et réciproquement), on a P#F#R#f10 . N 3. Schéma de la situation : En projetant ces vecteurs sur les axes horizontal Gx et vertical Gy, les vecteurs ont pour coordonnées : ururuuurur y æ 0 ö æ Fcosa ö æ 0 ö % æ f P,F,fR et ç ¸ç ¸ N ç ¸ ç ¸ %P Fsina R 0 è øè ø è N øø è R et la relation précédente devient un système d’équation : G F í ì Fcosa%f10 x R#Fsina%P10 î N f On a alors F = f/cosα or f = P/5 et P = mg donc F = mg/5cosα = 13,6 N. P (On peut aussi calculer R N : R N = P- Fsinα = 52,1 N.) (P = 58,9 N et f = 11,8 N.) 4. Calcul du travail de chacune des forces le long du trajet : Wd( )= Wd( R ) = 0 caret R sont perpendiculaires au déplacement. P N P N 3 Wd( )= F.d.cosα = 1,18.10J. F 3 Wd( f J.) = f.d.cos180 = - f.d = - 1,18.10 5. Le système est animé d’un mouvement rectiligne uniforme donc, d’après le principe d’inertie, la somme des forces qui s’exercent sur le système est nulle. Ainsi le travail de la somme de ces forces est nul. 6. Calcul du travail de chacune des forces le long de la pente : Wl( R ) = 0 car R est toujours perpendiculaires au déplacement. N N 3 Wl( f ) = f.l.cos180 = - f.l = - 1,18.10J. (La force de frottements garde la même valeur f.) 3 Wl( )= P.l.cos(90 +β) = - 1,52.10J. P Si le travail de la somme des forces est nul, alors la somme des travaux de chacune des forces 3 est nulle donc Wl( F ) = - Wl( R ) - Wl( f J.) = 2,70.10) - Wl( 2N P 7. F 2 = Wl( F )/l.cosα = 31,2 N. F 2 > F : le poids travaille en résistant en pente, il faut donc 2 exercer une plus grande force de traction. 3 8. La puissance moyenne du travail du poids estP)|/t = 1,52.10 /120 = 12,7 w où t= |Wl( P est la durée (en s) du déplacement.

Exercice 2 :

1. Le précipité blanc qui noircit à la lumière est le chlorure d’argent AgCl. 2. Equation chimique associée à la transformation : + - Ag (aq) + Cl (aq) AgCl (s) . 3. Le produit formé n’est pas un conducteur électrique car il n’est pas sous forme ionique et car il ne contient pas d’électrons libres donc il n’intervient pas dans la conductivité de la solution à l’état final. 4. Quantités de matière des espèces ioniques présentes en solution à l'état initial : D’après l’équation de dissolution du nitrate d’argent dans l’eau, on a : + --5 n(Ag ) = n(NO 3 ) = n(AgNO 3 ) = C 1 .V 1 mol.= 5,00.10 D’après l’équation de dissolution du chlorure de sodium dans l’eau, on a : + --4 n(Na )= n(Cl ) = n (NaCl) = C 2 .V 2 = 1,60.10mol. 5. Tableau d’avancement de la transformation chimique : + - Equation chimique Ag (aq) Cl + (aq)  AgCl (s) Etat du systèmeAvancement x (mol)Quantités de matière (mol) -5 -4 Initial 05,00.10 1,60.100 -5 -4 Intermédiaire x5,00.10 -x 1,60.10- xx -5 -4 Final x max 5,00.10 -x max 1,60.10 -x max x max Pour déterminer l’avancement maximal de la réaction, il faut annuler les quantités de matière des réactifs à l’état final : -5 -5-4 -4 5,00.10 -x max = 0 soit x max = 5,00.10- xmol ou 1,60.10 max = 0 soit x max = 1,60.10mol. -5 On choisit le plus petit des deux x max calculés : x max mol.= 5,00.10 + --4 -5 Ainsi, à l’état final, on a n f (Ag ) = 0 mol, n f (Cl ) = 1,10.10mol et n f (AgCl) = 5,00.10mol. 6. Concentration molaire de chaque espèce présente en solution à l'état final : + +-1 [Ag ] = n f (Ag )/V = 0 mol.Lavec V = V 1 + V 2 = 0,300 L. - --4 -1-1 -3 [Cl ] = n f (Cl )/V = 3,67.103,67.10 mol.mmol.L =. + +-4 -1-1 -3 [Na ]= n(Na )/V = 5,33.10mol.L =5,33.10 mol.m. - --4 -1-1 -3 [NO 3 ] = n(NO 3 mol.L =)/V = 1,67.101,67.10 mol.m. 7. Conductivité σ du mélange : # %# %3%1 s1l # .[Ag]#l % .[Cl]#l # .[Na]#l % .[NO]16, 66.10S.m 3 . Ag ClNa NO 3