BACCALAURÉAT BLANCSESSION 2019

Coefficient: 5Durée: 3 h

1 PHYSIQUE~CHIMIE\ SÉRIE: C

Cette épreuve comporte quatre pages numérotées 1/4, 2/4,3/4 et 4/4Chaque candidat devra recevoir une feuille de papier millimétré.

La calculatrice scientifique est autorisée.

EXERCICE 1(5 points)

Un astronome désire vérifier la troisième loi de Kepler. Pour ce faire, il procède par une approche théorique etexpérimentale du mouvement d'une comète autour du soleil. Cette comète passe dans les régions internes du soleiltous les 76 ans. Pour différentes mesures des positions de la comète, il a déterminé les accélérationscorrespondantes. Le tableau ci-dessous présente l'évolution de l'accélération a en fonction de l'inverse du carréde la distance r séparant une position de la comète par rapport au centre du soleil.

11? (m') 8 18 10-23 11 40 10-23 1290 10-23 974 10-23 695 10-23, . , . , . , . , .

a (10-2m.s-2) 1,16 l,56 1,77 1,27 0,925.Cette comète est considérée comme un point matériel de masse m et respectant les lois de la gravitationuniverselle.1-Étude théorique

1-1)Donner l'expression vectorielle de la force de gravitation exercée par le soleil sur la comète.

1-2)Établir l'expression littérale du vecteur accélération â de la comète dans un référentiel supposé Galiléen.

1-3) Montrer que l'expression de la valeur de cette accélération peut se mettre sous la forme: a = ~ où K est uner-

constante.2-Exploitation des mesures

2-1) Représenter sur papier millimétré la courbe donnant les variations de l'accélération en fonction de 1/~ :a =

1f(2)·r

Échelle: 1cm pour 1.10-23 m"; 1cm pour 2.10-3 m.s?

2-2) Déterminer la pente K de cette courbe.2-3) Déduire de la question précédente la masse Ms du soleil.

3-Vérification de la troisième loi de Kepler

3-1)Énoncer la troisième loi de Kepler.

3-2) Établir l'expression de la troisième loi de Kepler pour un point matériel en mouvement circulaire uniformeautour du soleil.3-3)La valeur du demi-grand axe de l'ellipse décrite par cette comète est r = 2,69.1012 m.Montrer que la troisième loi de Kepler est vérifiée.

Donnée: un an = 365,25 jours; G =6,67.1O-~'S.1.

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<-----------------------------~Figure 1 L Écran

EXERCICE 2(5 points)

Au cours d'une séance de travaux pratiques un groupe d'élèves doit déterminer les natures et la vitesse desparticules constituant le rayonnement émis par une source S. Pour ce faire leur professeur leur propose les deuxexpériences suivantes :

Expérience 1

On soumet le rayonnement à un champ électrique uniforme de vecteur champ Ê vertical et dirigé vers le haut. Dans

la direction parallèle à Ê , la largeur est convenable pour que l'expérience soit concluante.

Le rayonnement pénètre dans le champ Ê par un point 0 tel que les vitesses des particules soient perpendiculaires

à Ê. À la distance L de 0, on dispose parallèlement à Êun écran fluorescent. On observe sur cet écran trois spotslumineux Ao, AI et A2 selon la figure 1. A'r

écran

o

Figure 2

Résultats: POlirE = 4,5.1OS v.m-1et L = 1,0 m, on trouve AoAl = 2,7.10-2 met AoA1 = 5,0.10-1m.

Expérience II

On soumet le rayonnement à un champ magnétique uniforme Hperpendiculaire aux vitesses initiales des particules.

Ces particules sont reçues sur un écran fluorescent parallèlement à H, à l'entrée 0 du champ. On observe deuxspot lumineux en A', et A'2 (Voir figure 2 ci-dessus).

Résultats: POlirB = 6,4.10-1 T, on trouve OA '1 = 1,3m et OA '1 = 5,0.10-3 m.

Tableau de données disponible

Particule Masse m (kg) Charge q (C)Photon 0 0Electron 9 1 10-31 -1 6 10-19, . , .Positon 9 1 10-31 1 6 10-19, . , .Alpha 668 10-27 32 10-19, . , .Proton 1 67 10-27 1 6 10-19, . , .

I-NATURE DES CHARGES ELECTRIQUES

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1-1)Donner les signes des charges électriques des particules qui arrivent en Ao, en A 1 et en A2 au cours del'expérience 1. Justifier la réponse.

1-2)Expliquer pourquoi deux spots sont observés dans l'expérience II.

2- ETUDE DU MOUVEMENT DES PARTICULES DANS LE CHAMP Ë

2-1)Établir les équations horaires x(t)et y(t) d'une particule de masse m et de charge q animée en 0 de la vitessevodans le repère (0,7,]) de la figure 1.

2-2) Déduire de la question précédente l'équation cartésienne de la trajectoire de la particule.

2-3) Déterminer les expressions littérales de AoAI et de AoA2.0n désignera par ml, qr, et VI d'une part et mz, qz,et V2 d'autre part, la masse, la charge et la vitesse respectives des particules frappant l'écran en Al et A2.

3- ETUDE DU MOUVEMENT DES PARTICULES DANS LE CHAMP B3-1) Montrer que la trajectoire des particules dans le champll est circulaire uniforme.

3-2) Déduire de la question précédente les expressions de OA'let OA'2.

3-3)Déterminer les vitesses V1Y2 et les rapports ,::, et ,::, en exploitant les résultats des deux expériences

3-4)Identifier les trois types 'de particules du rayonnement respectivement en Ao, Al et A2.

EXERCICE 3(5 points)

Un groupe d'élèves se proposent de déterminer le pH d'une solution diluée par deux méthodes différents.Pour ce faire, il prépare à 25°C, une solution d'acide chlorhydrique de volume V = 100 mL et de pH = 1,1 endissolvant du chlorure d'hydrogène gazeux dans l'eau distillée.

1- Écrire l'équation-bilan de la réaction de dissolution du chlorure d'hydrogène dans l'eau.2- Déterminer la concentration CI de la solution ainsi préparée.

En déduire le volume Vide chlorure d'hydrogène gazeux dissout.3- A la solution précédente, ils ajoutent de l'eau distillée afin d'obtenir 1 L d'une nouvelle solution S2.

3-1) Donner le nom de l'opération ainsi réalisée.3-2) Expliquer brièvement le protocole expérimental pour réaliser cette opération.3-3)Déterminer la concentration C2 de la nouvelle solution obtenue.

4- Pour déterminer le pH de cette nouvelle solution, les élèves veulent utiliser leurs connaissances.4-1) Donner la relation liant le pH d'une solution d'acide fort à sa concentration C.4-2)Calculer le pH2 de la solution obtenue.

5- Les élèves veulent maintenant vérifier que cette valeur du pH obtenu est correcte et pour cela ils utilisentune autre méthode pour la détermination.5-1) Montrer que CI = 10.C2.5-2) Déduire de la question précédente la relation entre pHI et pH2.5-3) Calculer pH2 et comparer sa valeur à celle trouvé en 4-2.

6- Ils prélèvent 20 mL de la solution S2 à laquelle ils ajoutent 80 mL d'une solution d'acide nitrique(RN03). Le pH du mélange est 2,7.6-1) Écrire l'équation d'ionisation de l'acide nitrique dans l'eau.6-2)Déterminer la concentration en ions H30+ du mélange.6-3) Déterminer la concentration C3 de la solution de RNO:;. En déduireson pH noté pH3.

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6-1) Donner le nom et les caractéristiques de cette réaction.

EXERCICE 4(5 points)

En présence de leur Professeur de Physique-Chimie dans le laboratoire de Chimie, des élèves de TerminaleC désirent préparer un composé organique D à partir d'un ester naturel E et de la potasse (KOH). Ceux-ci utilisentune masse m = 16,8 g d'ester.

L'ester E admet comme proportion (pourcentage massique) 3,2 fois plus d'oxygène que d'hydrogène.

1- Donner la formule brute générale d'un ester.

2- Déterminer la formule brute de l'ester E.

3- Par hydrolyse de cet ester, ils obtiennent deux composés B et C. La combustion complète de m = 15 g ducomposé B de formule CxHy02 donne 9 g de H20 et 22 g de C02.

3-1) Écrire l'équation-bilan de la combustion du composé B.

3-2) Exprimer y en fonction de x et en déduire la formule brute de B..3-3) Préciser la formule semi-développée et le nom de B.

4- Écrire la formule brute de C et les formules semi-développées de ses différents isomères puis les nommer.

5- Déterminer la formule semi-développée et le nom de l'ester E, sachant que C par oxydation donne une cétone.

6- On fait réagir l'ester E avec la potasse (KOH).

6-2) Écrire l'équation-bilan de la réaction et nommer le produit obtenu.

6-3) Déterminer la masse du produit D obtenu.

Données: M(H) = 1g/mol ; M(O) = Iôg/mol ; M(C) = 12g/mol ; M(K) = 39g/mol

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