Transcript Examen Blanc N° 1

ÉCOLE, COLLÈGE ET LYCÉE PRIVÉS
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PREMIÈRE S
EXAMEN BLANC N° 1
Physique - Chimie
Décembre 2014
Durée : 3 h 00
TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L’usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation.
L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points.
I]
Dispositif optique à deux lentilles. (sur 3,25 points)
On donne la focale d'une lentille L1 : f ’1 = 20,0 cm et la focale d'une lentille L2 : f ’2 = 30,0 cm.
Les centres optiques des deux lentilles sont tels que : O1O2 = d = 60,0 cm (Voir schéma fourni en ANNEXE page 4).
Donnée : O1A = – 10,0 cm.
1. Dessiner soigneusement, sur l’annexe millimétrée fournie page 4 (à rendre avec la copie en indiquant son nom), l’image
A1B1 de AB donnée par L1.
2. Dessiner l’image A2B2 de A1B1 donnée par L2.
AB
3. Donner graphiquement les valeurs de O1A1 , O2 A 2 et du grandissement : γ = 2 2 (si nécessaire, on prolongera
AB
les traits représentant les lentilles).
4. 4.1. Trouver l'expression de O1A1 en fonction de O1A . Effectuer l'application numérique.
4.2. Retrouve-t-on la valeur obtenue graphiquement ?
5. 5.1. Trouver l'expression de O2 A 2 en fonction de d, O1A1 et f ’2. Effectuer l'application numérique.
5.2. Retrouve-t-on la valeur obtenue graphiquement ?
II ] Lampes à décharge. (sur 2,50 points)
Lors d'un T.P., Léo utilise une lampe à décharge de lithium (équivalente à un « tube néon ») et isole, à l'aide d'un
système dispersif et d'une fente, la radiation la plus lumineuse, de longueur d'onde : λ1 = 571 nm. Cette valeur, dans l'air,
est considérée comme identique à celle qui serait mesurée dans le vide.
1. 1.1. Quelle est la relation entre la longueur d'onde λ1 de la radiation émise et sa fréquence ν1 ?
1.2. Déterminer une valeur numérique de la fréquence ν1.
2. La radiation émise par la lampe à décharge de lithium traverse un milieu transparent d'indice de réfraction : n = 1,50.
Léo s'interroge sur les caractéristiques de cette radiation dans ce milieu transparent puis il affirme : « la fréquence
est inchangée et la longueur d'onde est maintenant égale à 380 nm ».
Ces affirmations sont-elles justes ou erronées ? Pourquoi ?
3. Léo utilise cette fois une lampe à décharge de mercure. Il isole la radiation la plus intense de cette lampe, de
longueur d'onde λ2 = 440 nm.
3.1. Exprimer, en fonction des données, l'énergie du photon associé à cette radiation.
3.2. Calculer cette énergie en joules, puis en électron volts.
3.3. Comment interpréter la création de photons par les atomes ?
c
Données : l'indice de réfraction n est donné par la relation : n =
où c est la célérité de la lumière dans le vide et v
v
–19
–34
8
-1
J. h = 6,63.10
J.s. c = 3,00.10 m.s .
la célérité de la lumière dans le milieu d'indice de réfraction n. 1 eV = 1,60.10
III ] Modern synthesis of mauve. (sur 2,25 points)
Mauveine was the first organic synthetic dye : it was discovered serendipitously in 1856 by 18-year old William Henry
Perkin, who was trying to synthesize the anti-malaria drug “quinine”. Here is a modern-day laboratory procedure for the
organic synthesis of mauveine.
Put 2,30 mL of water in a 5,00 mL conical flask, to which add V1 = 52,0 µL of aniline, 60,0 µL of o-toluidine,
-1
122 mg of p-toluidine, V2 = 600 µL of c2 = 2,00 mol.L sulphuric acid.
... / ...
Stir until the reactants are dissolved, heating gently if necessary. After dissolution, add m3 = 30,0 mg of
potassium dichromate solid, K2Cr2O7 (s), in 160 µL of water. Stir for two hours. Very soon after the addition
of K2Cr2O7 (s), the solution will turn a vibrant purple. At the end of the reaction time, the solid is separated
from the liquid portion by using gentle suction filtration.
Wash the dark solid with distilled water until the washing is clear. Dry the remaining solid in an oven at
110°C for 30 minutes. 2,00 mg of mauveine are obtained.
-1
-1
Volumic mass of aniline : ρ1 = 1 020 g.L . Molar mass of aniline : M1 = 93,1 g.mol .
-1
Molar mass of potassium dichromate : M3 = 294,2 g.mol .
Answer the following questions using French language.
1. Make a list of the separation and purification techniques used in the procedure described.
2. Calculate the amounts of substances n1 of aniline, n2 of sulphuric acid and n3 of potassium dichromate.
3. Why is this set up part of microchemistry techniques ? What are the advantages of these techniques ?
4. The result of this synthesis is analysed by thin layer chromatography. Explain why only one spot is visible.
5. Before the discovery of mauveine synthesis, it was necessary to mix blue and red dyes to prepare a purple dye. Why
is such a mixture of dyes unsatisfactory ?
Vocabulary : dye = colorant ; serendipitously = par chance.
Data :
IV ] Acide oxalique et permanganate. (sur 5,25 points)
On se propose d’étudier la réaction entre l’acide oxalique, espèce incolore, de formule H2C2O4, et les ions
–
permanganate, de formule MnO4 , en milieu acide. L’équation de cette réaction est la suivante :
(réaction 1)
1. Donner la formule de Lewis de la molécule d'acide oxalique en expliquant la méthode utilisée.
On signale que cette molécule est symétrique.
2. Donner la représentation de Cram de la molécule d’acide oxalique.
3. On a réalisé le spectre d’absorption A (λ) d’une solution de permanganate de potassium (représenté sur la figure ci-dessous).
3.1. Quelle est l’espèce chimique absorbante ?
3.2. Quelle est la couleur qui est la plus absorbée ? En déduire la couleur
de la solution aqueuse.
4. À quelle longueur d’onde λ0 doit-on se placer pour effectuer les mesures
d’absorbance ? Justifier ce choix.
5. On règle le spectrophotomètre à cette longueur d’onde λ0. On effectue alors
une série de mesures de l’absorbance de solutions de permanganate de
potassium (Si)4 ≥ i ≥ 1 de concentrations respectives (CSi)4 ≥ i ≥ 1 pour obtenir une
courbe d’étalonnage. Les valeurs sont regroupées dans le tableau ci-dessous.
5.1. Détailler le protocole à respecter pour obtenir V2 = 100 mL de la solution à la concentration CS2 à partir d’une
–4
-1
solution à la concentration C0 = 10,0.10 mol.L .
5.2. Tracer sur l’ANNEXE page 4 (à rendre avec la copie en indiquant son nom), la courbe : A = f (CSi).
–5
-1
Données : Prendre les échelles suivantes : abscisses : 1 cm pour 5.10 mol.L ; ordonnées : 1 cm pour 0,1.
5.3. Commenter cette courbe et déterminer son équation numérique.
5.4. La loi de Beer-Lambert est-elle vérifiée ? Justifier.
6. Dans un bécher de 50 mL, on introduit le volume V1 = 10,0 mL d’une solution de permanganate de potassium très
–3
-1
mol.L . À l’instant t0 = 0 s, on ajoute le volume V2 = 10,0 mL d’une solution
acidifiée de concentration : C1 = 1,00.10
–2
-1
d’acide oxalique de concentration C2 = 1,00.10 mol.L . On homogénéise le mélange et on en verse immédiatement une
partie dans la cellule du spectrophotomètre. L’absorbance du mélange réactionnel à l’instant initial est A0 = 1,00 et
l’absorbance au bout de 16,0 min est : A16 = 0,00.
6.1. D’après ces résultats, quel est le réactif limitant ? Justifier.
+
6.2. Dresser le tableau d’avancement correspondant à la réaction 1 en supposant que les ions H (aq) et l’eau sont en excès.
6.3. Déterminer l’avancement maximal de cette réaction.
6.4. Donner l’expression de la concentration en ions permanganate à une date t en fonction de C1, V1, V2 et de
l’avancement x.
.../ p. 3
Première S
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V ] De la Terre à la Lune. (sur 2,75 points)
Dans son roman « De la Terre à la Lune » publié en 1865, Jules Verne évoque l'existence d'un point neutre N, situé entre
ces deux astres. En ce point, les forces FT et FL exercées sur un objet de masse m par la Terre et par la Lune se compensent.
La distance entre les centres de la Terre et de la Lune est notée dTL et celle entre les centres de la Terre et de l'objet
est notée d.
1. Quelle est la nature des forces FT et FL ? Justifier la réponse.
2. Pourquoi n'est-il pas pertinent de considérer les interactions électrique, forte et faible ?
3. Exprimer FT en fonction des paramètres de la situation. De même pour FL.
4. Que signifie que les forces se compensent au point N ?
d
5. 5.1. En déduire une expression du rapport : TL .
d
5.2. Calculer ce rapport et en déduire que N est situé aux neuf dixièmes de la distance Terre-Lune.
6. Dans son roman, Jules Verne situe le point N à environ 350 000 km du centre de la Terre. Vérifier cette affirmation.
7. Cette distance serait-elle différente si la masse m de l'objet variait ?
5
24
22
Données : dTL = 3,844.10 km. Masse de la Terre : MT = 5,98.10 kg. Masse de la Lune : ML = 7,33.10 kg.
.../ p. 4
Première S
A N N E X E
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M I L L I M É T R É E
À rendre avec la copie en indiquant son NOM :
EXERCICE I ] 1.
EXERCICE IV ] 5.2.
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