Devoir commun (DS) de Chimie, Physique de niveau Première - 15 nov 2010

Lise-Olivier

Description

Avec correction. Ds 2 - 15 nov 10
Devoir Surveillé (DS) en Chimie, Physique (2010) pour Première S

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Extrait

re 1 SDevoir Commun Le lundi 15 novembre 2010 M. DOUËZY et M. MEUNIERPhysique Chimie Toute réponse doit être rédigée avec une phrase. Chaque résultat doit être souligné ou encadré. La clarté, la précision de l’explication ainsi que l’orthographe rentrent en compte dans la notation de votre copie. Le barème (sur 40 points) est indicatif, il est susceptible d’être modifié. La calculatrice programmable est autorisée. Tout document est bien sûr interdit. EXERCICE N°1 - Solutions de chlorure de sodium et chlorure de calcium8,5 pts A.1. L’équation de dissolution du chlorure de calcium dans l’eau est : 2+ -  CaCl 2 (s)  Ca (aq)+ 2 Cl (aq).(1 pt) - 2+ A.2. D’après cette équation de dissolution, on a [Cl ] 1 = 2C 1 et [Ca] = C 1 C; donc 1 = - -2-1 [Cl ] 1 mol.L ./2 = 1,25.10(1,5 pts) 2+ -2-1 A.3. Et donc [Ca] = 1,25.10mol.L .(1 pt) B.1. La formule chimique du chlorure de sodium est NaCl(s).(1 pt) -1 -1 B.2. La concentration massique est donnée par t 2 = C 2 .M(NaCl), soit t 2 g.L .= 8,78.10(1 pt) + - B.3. D’après l’équation de dissolution du chlorure de sodium dans l’eau, on a :[Na ] = [Cl -2 -1 ] = C 2 mol.L .= 1,50.10(1 pt) -2 -1 C. Dans V 2 = 250 mL de solution de chlorure de sodium de concentration C 2 on a unemol.L ,= 1,50.10 + -3 quantité de matière d’ions sodium n(Na ) = C 2 .V 2 = 3,75.10mol. On ajoute à ce volume un volume V’ de solution ne contenant pas d’ions sodium ; on effectue donc une dilution et la nouvelle concentration en + ++ -3-1 + ions sodium est donnée par [Na ] = n(Na )/(V’ + V 2 mol.L ,) ; connaissant [Na ] = 8,34.10n(Na ) = -3 3,75.10 mol,et V 2 = 0,25 L, il vient : + + V’ = (n(Na )/[Na ]) - V 2 = 0,200 L = 200 mL.(2 pt) EXERCICE 2 -sang et calcium8 pts -2 -1-1 -1 1. 8,0.10g.L =80mg.L <88 mg.Ldonc teneur en ions calcium insuffisante.(1 pt) 2+ 2- 2. a.CaCO 3(s) |Ca (aq) +CO 3 (aq) (1 pt) m0,800 -1  b. 2# 11 14 g.L (1 pt) t Ca V S 0,200 2+  c.- [Ca] = t Ca2+ . VsImpossible car teneur*volume donne comme unité des  grammesce qui ne correspond pas à l'unité une concentration. 2+  -[Ca ]= t Ca2+ .M (Ca)  Impossiblecar teneur*masse molaire donne comme unité des -2  mol.g.Lce qui ne correspond pas à l'unité une concentration. 2+ - t Ca2+ = .M[Ca ] (Ca) Seule possibilité car concentration molaire / masse molaire -1  donnecomme unité des g.Lce qui correspond à l'unité  d'uneteneur. (1,5 pts) # t % 2 Ca 4,00 2 -1 # 2  d. 1 11[Ca] 9,98.10mol.L M (Ca) 40,1 2- 2+-2 -1  [CO 3 ]=[Ca ]=9,98.10mol.L (d'aprèsl'équation bilan)(1,5 pts) 3. a. m CaCO3 =1387,50*0,9=1257,75 mg or dans la carbonate de calcium, la masse de calcium représente M Ca 40,1 1 1 soit 40%. d'où m ca =1257,75x0,40=503,1 mg(1 pt) 0,40 # #´ M CaCO3 16,040,1 12,0 3 b. On trouve bien qu'il y a 503,1 g soit à peu près 500 mg de Calcium.(1 pt) EXERCICE 3 -Action de l'acide chlorhydrique sur le fer8,5 pts

+ 1. a. Les réactifs sont le fer en poudre : Fe(s) et les ions hydronium : H (aq).(1 pt)  b.Lesproduits sont le dihydrogène : H 2 (g)(Aboiement très caractéristique de ce gaz) et les ions fer II : 2+ - Fe (aq)(Puisque avec les ions hydroxyde HO , ils donnent Fe(OH) 2 ).(1 pt) + 2+ 2. L’équation de la réaction est : Fe(s) + 2H (aq)  + HFe (aq) 2 (g).(1 pt) 3. Schéma annoté du montae de l’exérience :

(1,5 pts) 4. Tableau d’avancement de la réaction :(2 pts) + +  équationchimique Fe(s)+ 2H(aq)  (aq) + Fe H 2 (g) état du systèmeavancement xquantités de matière (mol) (mol) - initial 00,201 8,00.100 0 - intermédiaire x0,201-x 8,00.10-2x xx - final x m  0,201- m -2 8,00.10 mmm L’avancement maximal est le plus petit des deux x m calculés qui annulent les quantités de matière des -4 réactifs à l’état final : x m = 4,00.10mol. 5. D’après l’équation d’état des gaz parfaits, on a PH 2 .V = nH 2 .R.T. ΔP = Pf – Pi où Pf = PH 2 + Pair et Pi = Pair donc ΔP = PH 2 soit ΔP.V = nH 2 .R.T.(1,5 pts) 6. La pression finale est Pf = ΔP + Pi = nH 2 .R.T/V + Pi.nH 2 = -4 -43 4,00.10 mol,V = Vballon – Voccupé = 200 mL = 2,00.10m etT = 298 K. 5 On a donc Pf = 1,03.10Pa.(0,5 pt) EXERCICE 4- Etude de la partie rotative d'un moteur6 pts 1.ω moteur =800 tr/min = 800*2π rad/min = 800*2 π /60 rad/s = 83,8 rad/s.(1,5 pts) -2 -1 2.V moteur =R 1 x ω moteur =8,38 m.s.=10.10 x83,8(1,5 pts) 3.La courroie est inextensible et ne dérape pas donc tous les points de la courroie ont la même vitesse que les situés à la périphérie du cylindre moteur.(1 pt) -1 4.V cylindreR2 = V moteur =8,38 m.s.(1 pt) V cylindreR2 8,38 -1 5. w 1 1 1 (1 pt) 2 %2 16,8 rad.s R 2 50.10 EXERCICE 5- Etude d'un mouvement8,5 pts

v 5 M 5

0

M 1

M 8

15

v 15

2. Les deux phases sont: - M 1 M 8  :mouvement circulaire uniforme (ou mouvement de rotation autour d'un axe fixe) Durantcettephase,levecteurvitessen'estpasconstantcarilchangesansarrêtdedirection. (1,5 pt) - M 8 M 18 : Mouvement rectiligne uniforme. Durant cette phase, le vecteur vitesse est constant car aucune de ses caractéristiques ne changent.(1,5 pt) 3. (1 pt)On a: -2 Avec M M = 4,0 cm = 4,0.10m M M 4 6 4 6 v1 -3 t s= 20 ms = 20.10 5 2 t %2 4,0.10 %1 v1 11,0m.s 5 %3 2 20.10 (1 pt)On a: -2 M M Avec M 14 M 16 = 2,5 cm = 2,5.10m 14 16 v1 -3 t = 20 ms = 20.10s 15 2t %2 2,5.10 %1%1 v1 16,2.10 m.s 15 %3 2 20.10 ATTENTION: Les vecteurs de la correction ne sont pas à l'échelle. Sur votre copie, une échelle possible et facile a utiliser est -1 1 cm « . Ainsi0,2 m.s v mesure 3,1 cm et v mesure 5 cm. 5 15 (2 pts pour la représentation des vecteurs) 4.On a: 1 R V Avec 5 = 1,0 m.s- 5 5 -2  R=3,8 cm = 3,8.10m D’où 5 1,0 %1 w 1 1126rad.s (2 pts) 5 %2 R3,8.10