Corrigé bac 2014 - Série S - Physique-Chimie (obligatoire et spécialité)
6 pages
Français

Corrigé bac 2014 - Série S - Physique-Chimie (obligatoire et spécialité)

Le téléchargement nécessite un accès à la bibliothèque YouScribe
Tout savoir sur nos offres
6 pages
Français
Le téléchargement nécessite un accès à la bibliothèque YouScribe
Tout savoir sur nos offres

Description

Bac 2014 Physique-Chimie Séries S Correction épreuve de physique-chimie – Métropole bac 2014 Exercice I : Collisions au LHC 1. A propos du boson de Higgs 1.1. Le modèle standard décrit toutes les particules élémentaires connues mais ne permet pas d'expliquer pourquoi celles-ci ont une masse. L'observation du boson de Higgs confirme l'existence du champ de Higgs qui est à l'origine des masses des particules, selon Peter Higgs, Robert Brout et François Englert. -101.2. Le boson de Higgs a existé à 10 s après le big bang. Son observation nous ramène donc au -10moment où l'univers n'avait que 10 s. 2. A propos de la relativité 1 2.1. γ= donc lorsque v tend vers c, γ tend vers l'infini. Par conséquent, l'énergie cinétique 2v 1− 2√ c d'un proton tend vers l'infini. −82.2. Energie initiale du proton : v =0,999997828.c⇒γ =479⇒ Ec =7,19.10 J0 0 0 3 −6Energie au maximum : v =0,999999991. c⇒γ =7,45.10 ⇒ Ec =1,12.10 Jmax max max EcmaxOr =15,6 L'énergie cinétique est donc bien multipliée par 15. Ec 0 Remarque, il n'était pas nécessaire de calculer l’énergie cinétique intiale, celle-ci était donnée égale à 450 GeV. Mais comme on ne sait pas dans quelle mesure cette valeur est une approximation... 2 2 22.3. E = Ec+E =(γ−1). m . c +m . c ⇒ E =γ . m . ctotale masse p p totale p Dans les conditions du LHC, le proton a un facteur de Lorentz de l'ordre de 500 à 7500. Ainsi, 2 2γ−1≈γ et (γ−1). m . c ≈γ . m . c d'où E ≈ Ecp p totale 3. Une manipulation à haute énergie 3.1.

Sujets

BAC

Informations

Publié par
Publié le 17 juin 2014
Nombre de lectures 10 845
Langue Français
Poids de l'ouvrage 2 Mo

Extrait

Bac 2014
Physique-Chimie
Séries S

Correction épreuve de physique-chimie – Métropole bac 2014
Exercice I : Collisions au LHC
1. A propos du boson de Higgs
1.1. Le modèle standard décrit toutes les particules élémentaires connues mais ne permet pas
d'expliquer pourquoi celles-ci ont une masse. L'observation du boson de Higgs confirme l'existence du
champ de Higgs qui est à l'origine des masses des particules, selon Peter Higgs, Robert Brout et
François Englert.
-101.2. Le boson de Higgs a existé à 10 s après le big bang. Son observation nous ramène donc au
-10moment où l'univers n'avait que 10 s.
2. A propos de la relativité
1
2.1. γ= donc lorsque v tend vers c, γ tend vers l'infini. Par conséquent, l'énergie cinétique
2v
1−
2√ c
d'un proton tend vers l'infini.
−82.2. Energie initiale du proton : v =0,999997828.c⇒γ =479⇒ Ec =7,19.10 J0 0 0
3 −6Energie au maximum : v =0,999999991. c⇒γ =7,45.10 ⇒ Ec =1,12.10 Jmax max max
EcmaxOr =15,6 L'énergie cinétique est donc bien multipliée par 15.
Ec 0
Remarque, il n'était pas nécessaire de calculer l’énergie cinétique intiale, celle-ci était donnée égale à
450 GeV. Mais comme on ne sait pas dans quelle mesure cette valeur est une approximation...
2 2 22.3. E = Ec+E =(γ−1). m . c +m . c ⇒ E =γ . m . ctotale masse p p totale p
Dans les conditions du LHC, le proton a un facteur de Lorentz de l'ordre de 500 à 7500. Ainsi,
2 2γ−1≈γ et (γ−1). m . c ≈γ . m . c d'où E ≈ Ecp p totale
3. Une manipulation à haute énergie
3.1. L'énergie de collision est la somme des énergies des deux protons. Au maximum ceux-ci ont une
−6 12énergie Ec =1,12.10 J=7,00.10 eV=7,00 Tevmax
L'énergie de la collision est donc E = 2.Ec = 14,0 TeV.collision max
143.2. Il y a simultanément 2 808 paquets de 110 milliards de protons, soit 3,09.10 protons. Chacun
15possédant une énergie de 7,00 TeV, l'énergie de l'ensemble des protons est de 2,16.10 TeV soit
83,5.10 J = 350 MJ.
Le TGV a une vitesse de l'ordre de 350 km/h soit environ 100 m/s. Par conséquent, une rame a pour
1 2 9énergie cinétique : Ec = m.v ≈2 10 J=2 GJTGV 2
Une rame de TGV à pleine vitesse a donc environ 6 fois plus d'énergie que l'ensemble des protons
circulant simultanément dans le LHC. Ce résultat peut paraître surprenant mais ce qui est important
dans le LHC c'est la densité d'énergie. Lors des collisions, toute l'énergie est concentrée quasiment sur
un point, entre 2 particules. Pour le TGV, toute cette énergie est répartie sur un très très grand nombre
de particules, occupant un très très grand volume dans l'espace (à l'échelle des particules).
4. Quelle durée de vie au LHC
4.1. La durée de vie propre du méson B est définie dans le référentiel dans lequel il est au repos.
d −114.2. Pour parcourir, d=1,0 cm à la vitesse de la lumière, il faut un temps Δ T= =3,34.10 s
c
Δ T
Ainsi, le coefficient de Lorentz est : ce qui correspond à une vitesse v : γ= =22
ΔT 0
21 v 1 1γ= ⇔1− = ⇔v=c 1− avec γ=22, v=0,999.c. L'hypothèse que le méson B se
2 2 22 c γ γ√v
1−
2√ c
Correction Physique-chimie 2014 lewebpedagogique.com/physiquedéplace pratiquement à la vitesse de la lumière est validée.
Exercice II – d'une odeur âcre à une odeur fruitée
1. Réaction de synthèse du méthanoate de butyle et son mécanisme
1.1. acide formique = acide méthanoïque
1.2.
1.3. L'un des doublets non liant de l'oxygène de l'acide carboxylique, site donneur d'électron, forme
+une liaison avec un proton H , site accepteur.
1.4.
Etape (c) : formation d'une liaison.
Etape (e) : rupture d'une liaison.
1.5. Dans la première molécule, l'oxygène n'a dans son environnement que 3 liaisons et un doublet
non liant. Cela correspond à 5 électrons sur la couche électronique externe. Or, l'oxygène possède 8
2 6électrons (Z=8) soit une structure électronique (K) (L) et 6 électrons périphériques. Il en manque un,
l'oxygène a donc un excédent de protons, il est chargé positivement.
Dans la seconde molécule, le carbone a 3 liaisons, soit 3 électrons périphériques. Or ,le carbone
2 4possède 6 électrons (Z=6) soit une structure (K) (L) avec 4 électrons périphériques. Il en manque un,
ici encore, il y a un excès de protons et le carbone est chargé positivement.
2. Optimisation du protocole de synthèse
2.1. Dans les deux cas, les réactifs sont des liquides, par conséquent, pour déterminer les quantités de
d.ρ .Vm eaumatière, on utilise avec m=ρ.V et ρ=d.ρ d'où n= avecn= eauM M
ρ =1 g/mLeau
A.N. : acide formique : n=0,20 mol butan-1-ol : n=0,20 mol.
Rq : il n'y a que 2 chiffres significatifs (c.s.) car pour l'acide formique, le volume n'a que 2 c.s. et pour
le butan-1-ol, c'est la densité qui n'en a que 2.
Le mélange est équimolaire.
2.2. Les conditions du protocole sont :
Correction Physique-chimie 2014 lewebpedagogique.com/physique• proportions stoechiométriques : élimine la courbe (e)
• à 50 °C : élimine les courbes (b), (d) et (e)
• avec acide sulfurique : élimine les courbes (a) et (d)
Seule la courbe (c) correspond aux conditions expérimentales choisies.
2.3. A l'aide de la courbe (c), on lit qu'il est obtenu 0,13 mol d'ester en fin de réaction. Si la réaction
avait été totale et parfaite, nous aurions pu obtenir 0,20 mol d'ester. Le rendement est donc de
0,13/0,20 = 0,65 = 65 %
2.4. Analyse du document 2.a : dans ce document les trois courbes atteignent le même état final en un
temps plus ou moins long. Les conditions expérimentales envisagées n'agissent donc que sur la
cinétique, pas l'équilibre du système.
La courbe (a) est celle dont la cinétique est la moins bonne. C'est la seule pour laquelle on n'a pas
introduit d'acide sulfurique. Celui-ci est donc un catalyseur de la réaction dont la présence est
nécessaire pour optimiser la synthèse.
La différence entre les courbes (b) et (c) est simplement la température. Le fait que la synthèse est plus
rapide à 50°C qu'à 20 °C montre que la température est un facteur cinétique.
Analyse du document 2.b : les conditions expérimentales d'obtention des courbes (d) et (e) ne diffèrent
que par les proportions initiales de réactifs. Il apparaît clairement qu'un excès d'un des réactifs (ici
l'acide formique) déplace l'équilibre et favorise la création d'ester en un temps inférieur. Ce dernier
résultat illustre le fait que la concentration des réactifs est un facteur cinétique.
2.5. Les analyses des documents 2.a et 2.b montrent que les conditions optimales de la synthèse sont :
• présence d'acide sulfurique
• température à 50 °C
• excès d'un des réactifs : l'acide formique.
Justification à la question 2.4.
3. identification d'esters
3.1. Ethanoate de méthyle :
3.2. L'éthanoate de méthyle comme le méthanoate d'éthyle présentent les mêmes fonctions, les mêmes
liaisons entre atomes. Par conséquent les spectres IR ne permettent pas de les distinguer.
3.3. Le méthanoate d'éthyle présente 3 groupes de protons équivalents. L'un n'a pas de voisins
(singulet), l'autre a 3 voisins (quadruplet) et le dernier a 2 voisins (triplet). Cela correspond donc au
spectre de RMN 1.
L'éthanoate de méthyle présente 2 groupes de protons équivalents sans voisins, soit 2 singulets. Cela
correspond au spectre de RMN 2.
Exercice III – voyage interplanétaire
1. Les différentes phases du voyage de la mission MSL :
• lancement de la sonde sur une trajectoire qui permet à la sonde de s’échapper de l'attraction de
la Terre,
• mise en orbite autour du soleil selon l'orbite de Hohmann,
• au voisinage de Mars, l'attraction de Mars provoque la mise en orbite de la sonde autour de
Mars
• « Atterrissage » de la sonde sur Mars.
2. voir en fin d'exercice
8 8L'orbite de Hohmann est telle que 2a=R +R . A.N. : 2a=3,78.10 km soit a = 1,89.10 km.1 2
T
3.1. La sonde parcourt une demi-orbite d'Hohmann, par conséquent, Δ t= ⇒T=2Δ t
2
Correction Physique-chimie 2014 lewebpedagogique.com/physique2 2 32 2 4(Δ t) 4π aT 4π = ⇒Δ t=πAinsi, = implique 3 3G M G M G M√a S a S S
3 3 3a [a] [ L] 2Analyse dimensionnelle : π = = = [T] =[T]=[Δ t]√3. −1. −2[ ]G M [G][M ]√ √ [ L] [ M] [T] [ M]S S √
La relation est donc bien homogène.
73.2. A.N. : Δt= 2,24.10 s =

  • Univers Univers
  • Ebooks Ebooks
  • Livres audio Livres audio
  • Presse Presse
  • Podcasts Podcasts
  • BD BD
  • Documents Documents