Devoir Surveillé (DS)/ Interrogation de Physique de niveau Première

M.Douezy

Description

Avec correction. Interro 1-s 19-10-10
Devoir Surveillé (DS) en Physique (2010) pour Première S

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Extrait

Interrogation 19-10-10 1°S1

Exercice 1 :

On considère une situation hypothétique où la Terre et le Soleil sont électriquement chargés. Les deux astres portent des charges globales égales à Q, réparties uniformément sur tout leur volume. 1. Déterminer les expressions des interactions électriques et gravitationnelles entre le Soleil et la terre. Préciser si elles sont attractives ou répulsives. 2. La valeur de la charge Q est telle que l’interaction électrique annule l’interaction gravitationnelle. Déterminer la valeur de Q. 3. En supposant que la charge Q soit négative, déterminer le nombre d’électrons portés par chacun des deux astres.

30 24 Données : masse du soleil : M = 1,98.10kg, masse de la Terre : m = 5,98.10kg, distance 9 -11-19 Terre-Soleil : d = 150 millions de km, k = 9,00.10SI, G = 6,67.10SI, e = 1,60.10C.

Exercice 2 :

On dispose d'une solution commerciale (S) d'acide sulfurique concentrée de densité d = 1,83 Le pourcentage massique d'acide pur est de 95%. L'étiquette placée sur la bouteille a été photocopiée ci-contre :

1. Quelle est la signification des pictogrammes placés sur l'étiquette ? 2. Quelle est la formule de l'acide sulfurique pur ? 3. Calculer sa concentration molaire C, comparer cette valeur à celle indiquée sur l'étiquette. 4. A l'aide de cette solution S on souhaite préparer 250 mL de -1 solution S' de concentration molaire C' = l,00 mol.L. Décrire soigneusement cette préparation en indiquant le matériel utilisé (schémas) N.B On dispose du matériel suivant : pipettes jaugées de 10,0 mL, 20,0 mL , pipettes graduées jusqu'à 5,0 mL, 10,0 mL , 20,0 mL , fioles jaugées de 100 mL, 250 mL, 500 mL, 5. Ecrire la réaction de dissolution de l'acide sulfurique dans l'eau et calculer la concentration molaire des ions présents dans la solution S'. -1 -1-1 Données : M(S) = 32,1 g.mol; M(H) = 1,0 g.mol; M(O) = 16,0 g.mol.

Exercice 3 :

Le cuivre peut être préparé à partir du minerai constitué d'oxyde de cuivre (II) de formule CuO s . On fait réagir ce minerai avec du carbone C s (historiquement on utilisait du charbon de bois). Cette réaction produit du cuivre métallique Cu s et du dioxyde de carbone. 2 Les conditions initiales sont : m(CuO)g et m(C)= 9,85.10= 16,8 g. 1. Écrire l'équation de la réaction. 2. Dresser un tableau permettant de suivre l'évolution du système chimique au cours de la transformation en fonction de l'avancement x. 3. Déterminer la valeur de l'avancement maximal et le réactif limitant. 4. Réaliser un bilan de matière dans l'état final. 5. Déterminer la masse de cuivre préparé. Données : -1 -1-1 -1 M(Cu) = 63,5 g.mol, M( C) = 12,0 g.mol, M(H) = 1,00 g.mol, M (O) = 16,0 g.mol.

Corrigé Exercice 1 : 1. Valeur F e de l’interaction électrique : F e = k * Q²/d² ;  ValeurF g de l’interaction gravitationnelle : F g = G * M * m/d². F e est répulsive (charges de même signe) et F g est attractive (toujours). 2. Si ces deux interactions s’annulent, c’est que F e = F g ; calculons donc Q dans ce cas : 17 k * Q²/d² = G * M * m/d² soit Q = √(G * M * m/k) = 2,96 * 10 C. 3. Nombre d’électrons N associés à la charge Q : -19 Un électron porte la charge -e = -1,60 * donc N électrons portent la charge -Q ;10 C 36 soit N = -Q/-e = 1,85 * 10 . Exercice 2 : 1. Pictogrammes de sécurité : produit corrosif, nécessité de porter des lunettes, des gants, une blouse, des bottes et de manipuler sous hotte. 2. La formule de l’acide sulfurique pur est H 2 SO 4 . 3. Calcul de la concentration : d.r.P 1, 83´1000´0, 95 eau -1 C1 1 = 17,7 mol.L. M98,1 Ce qui correspond à l’indication 18 M de l’étiquette. 4. Protocole de la dilution : Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté ne varie pas ; ainsi on a C’.V’ = C.V où V’ est le volume de la solution fille et V est le volume de solution mère à prélever : V = 14,1 mL. On prélève donc 14,1 mL de la solution commerciale avec une pipette graduée de 20 mL qu’on introduit dans une fiole jaugée de 250 mL puis on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. 5. Réaction de dissolution de l’acide sulfurique dans l’eau : + 2- H 2 SO 4 (l)2 H (aq) + SO 4 (aq). + -12- -1 D’après cette équation, on a [H ] = 2 C’ = 2,00 mol.Let [SO 4 .] = C' = l,00 mol.L

Exercice 3 : 1. Equation de la réaction : 2 CuO(s) + C(s)2 Cu(s) + CO 2 (g). 2. Tableau d’avancement de la réaction : équation chimique 2 CuO(s)+ C(s)COCu(s) + 2 2 (g) état duavancement quantitésde matière (mol) système x(mol) initial 012,4 1,400 0 intermédiaire x12,4 - 2x1,40 - x2x x final x max 12,4 - 2 x max 1,40 - x max 2 x max x max Quantités de matière initiales des réactifs : m(CuO) 985m(C8) 16, n(CuO)11 112, 4mol n(C)1 111, 40mol et . M(CuO5) 79,M(C) 12,0 3. Détermination de l’avancement maximal et du réactif limitant : Pour déterminer l’avancement maximal, on annule les quantités de matière des réactifs à l’état final : 12,4 - 2 x max = 0 soit x max = 6,20 mol ou 1,40 - x max = 0 soit x max = 1,40 mol. On choisit le plus petit des deux x max calculés : x max = 1,40 mol. Le réactif limitant correspondant à cet avancement maximal est le carbone C(s). 4. A l’état final, on a : n f (CuO) = 9,60 mol ; n f (C) =0 mol ; n f (Cu) = 2,80 mol ; n f (CO 2 ) = 1,40 mol. 5. Calcul de la masse de cuivre formé : m f (Cu) = n f (Cu).M(Cu) = 2,80 x 63,5 = 178 g.