Bac blanc 2012 L'Étudiant

7/31/2019 Bac blanc 2012 L'tudiant

1/6

Bac Blanc 2012 Sciences Physiques - Page 1 / 6

SESSION 2012

PHYSIQUE-CHIMIE

Srie S

DURE DE LPREUVE : 3 h 30. COEFFICIENT : 6

Lusage des calculatrices est autoris

Lpreuve a t conue pour tre traite avec calculatrice

Ce sujet est constitu de 6 pages numrotes de 1 6, y compris celle-ci.

Le candidat doit traiter trois exercices, qui sont indpendants les uns des autres :

1. Ralisation d'une pile nickel-zinc (6,5 points)2. Les systmes lectriques (5,5 points)3. Le plutonium (4 points)

Source des schmas de lnonc : http://labolycee.org

BACCALAURAT BLANC


2/6


Exercice 1 : Ralisation d'une pile nickel-zinc (6,5 pts)

On ralise une pile forme partir des couples Ni2+/Ni et Zn2+/Zn.Chaque solution a pour volume V = 100 mL et la concentration initiale des ions positifs est C = 5,0.10-2 mol.L-1.

Donnes

M(Zn) = 65,4 g.mol-1 M(Ni) = 58,7 g.mol-1 Charge lmentaire de l'lectron: e = 1,6.10-19 C

Constante d'Avogadro: N= 6,02.1023 mol-1 Charge d'une mole d'lectrons: F= 96500 CPour la raction suivante: Ni2+(aq) + Zn(s) = Zn2+(aq) + Ni(s), la constante d'quilibre vaut K= 1018.

1. Ralisation de la pile

1.1. Llectrode positive de cette pile est l'lectrode de nickel.Lgender le schma de la figure 1 en annexe ( rendre avec la copie) avec les termes suivants: lectrode dezinc, lectrode de nickel,pont salin, solution contenant des ions Zn2+, solution contenant des ions Ni2+.

1.2. quation des ractions.crire les demi-quations des ractions se produisant aux lectrodes.Prciser chaque lectrode s'il s'agit d'une oxydation ou d'une rduction.crire l'quation de la raction globale qui intervient quand la pile dbite.Calculer la valeur du quotient ractionnel initial Qr,i. Cette valeur est-elle cohrente avec la polarit propose ?

2. tude de la pile2.1. On fait dbiter la pile dans un conducteur ohmique.

2.1.1. Complter le schma de la figure 1.2.1.2. Prciser sur ce schma le sens du courant et le sens de dplacement des lectrons dans le circuit

extrieur.2.2. Comment varie la concentration des ions positifs dans chacun des bchers ?

En dduire l'volution du quotient ractionnel Qr.

2.3. Sachant que la masse des lectrodes ne limite pas la raction, pour quelle raison la piles'arrtera-t-elle de dbiter ? Quelle est alors la valeur numrique de Qr?

2.4. La raction tant considre comme totale, calculer l'avancement maximalxmaxde la raction.

2.5. Quelle relation existe-t-il entrexmaxet la quantit de matire d'lectrons qui ont circul ?

En dduire la quantit totale d'lectricit fournie par cette pile.

3. Dcharge partielle de la pile

On prend une deuxime pile identique et on la laisse fonctionner pendant une heure. On supposera que l'intensitreste constante.On constate une augmentation de masse de l'lectrode de nickel de m = 100 mg.3.1.

3.1.1. Calculer la quantit de matire d'ions Ni2+ disparus note ndisp(Ni2+) pendant cette dure.

3.1.2. Dterminer la quantit d'lectricit correspondante note Q.En dduire la valeur de l'intensit du courant.

3.2. On donne les valeurs de l'absorbance A, pour des solutions de sulfate de nickel de concentrations

Cdiffrentes, mesures une longueur d'onde gale 390 nm.

C(mol.L1) 0 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

A 0 0,20 0,41 0,61 0,82 1,02

Tracer la courbe de l'absorbance sur la figure 2 en annexe ( rendre avec la copie) en fonction de la concentration C.

3.3. On mesure l'absorbance de la solution dans laquelle plonge l'lectrode de nickel. La valeur mesure estA = 0,67.

En dduire graphiquement la concentration des ions Ni2+ restant en solution.Quelle est la quantit d'ions Ni2+ disparus ?Ce rsultat est-il conforme avec le calcul du 3.1.1. ?


3/6

1.

OnpeOnLo

L

2.

OnLo

La

E

2.1

E

LE DIPLE

ralise lermet de suiv

dclencherdinateur no

tude thoriq

1.1. ReprdentQuel

1.2. part

1.3. La co

1.3.1.1.3.2.

LE DIPLE

remplace lerdinateur no

loi dadditivi

(R + r)i + L

. Quel esrespons

+

RC

ircuit corresre lvolutionles acquisitius donne al

ue conduit

duire le sche de la caest le phno

ir de la cour

stante de te

Montrer quDterminer

RL

condensateus permet d

des tensiodi

dt(1)

t le phnoble de ce p

K1

Ba

Exercice

pondant aude la tensio

ions la fers uc= f(t),

une expres

ma du mote dacquisimne physi

e, indiquer l

mps de ce

la tensionla valeur de

ur par une bsuivre lv

ns appliqu

ne physiqnomne ?

R

C

Blanc 2012

: Les sy

schma-ci an aux bornermeture deourbe 1 ci-

ion de la for

tage sur laion pour tue mis en

la valeurEd

circuit a po

catteint 63 et dduire

obine dindulution de lin

ce circuit

ue mis en

= 100

uC

Sciences Ph

tmes l

prs. Un didu conden

linterrupteuprs.

me : uc= E(

copie et indidier les variidence sur l

e la tension

r expressio

de sa valela valeur de

ctance L ettensit i du

srie condui

vidence s

siques - Pag

ectriques

positif dacqateur en fonK1, le con

1 e t/ ) o

quer o doiiations de laenregistrem

aux bornes

= RC.

r maximalela capacit

e rsistanceourant en fo

it lquatio

ur lenregist

e 3 / 6

(5,5 point

uisition dection du temensateur t

est la con

ent tre bratension uc

ent ?

u gnrateu

au bout du tdu conden

r selon le snction du te

diffrentiell

rement et

s)

onnes relips t.ant pralabl

stante de te

nches la maux bornes

r. Justifier

emps caractsateur.

hma ci-apps, courbe

e suivante :

uel est ll

un ordin

ement dch

ps du circu

asse M et ladu condens

ristique ga

s.2 ci-aprs.

ment du

ateur

arg.

it.

voieteur.

l .

ircuit


4/6

2.

2.

2.

3.

Ondeteap

3.1

3.

3.

. Soit I lin partir ddduire l

. Quelle eprcde

Montrer

. Vrifier

Dtermi

LE DIPLE

associe unssous. Le cosion aux bo

rs.

. Caractrpriodiq

. MesurerEn assicompare

On rapp

. Lassocisinusodlectriqu

Comme

E

tensit du ce lquationa rsistance

st la valeurment ?

qu t = 0 s,

ueL

R re

er graphiqu

RLC EN OS

condensatndensateurrnes du con

iser du poies ? Pourq

la pseudo pilant la pse

r celle trou

lle lexpress

tion bobine-ale constantes utiliss d

t maintient-

K

C

i

1

Ba

urant lectri(1) en fonctide la bobin

du courant

on a

Idi

dt

t homogn

ment la val

CILLATION

ur de capaest pralablensateur e

nt de vueoi les qualifi

riode T desudo priodve prcd

ion de la p

condensateen frquen

ns le domai

n constante

uC

2

Blanc 2012

que qui travn des gra.

la date t

' avec =

un temps

ur numriq

LIBRES

it C = 60ment chargfonction du

nergtiquee-t-on dosci

oscillations la prio

mment.

iode propre

r est la bace et en amne des tlc

lnergie tot

L,r

Sciences Ph

rse le circuideurs carac

0 s ? Co

L

R r cons

.

e de et d

F avec la(interrupte

temps com

0

lenregistrellations libre

lectriques.e propre, d

T0 = 2. L

se de la conlitude. Cesmmunicatio

ale dun osci

siques - Pag

, en rgimetristiques d

ment scrit

tante de tem

duire la vale

bobine prcr en positioence quan

ment obten?

terminer la

.

stitution dososcillateursns.

llateur lectr

e 4 / 6

permanent.u circuit. D

alors lqu

ps du diple

ur de linduc

dente, com1). Lenregon bascule

. Les oscil

valeur de l

cillateurs qont prsent

ique ?

tablir son enner sa val

tion diffre

RL.

tance L de l

me le montistrement deK en positi

llations obs

inductance

ui gnredans de no

xpression litteur numriq

tielle (1) do

bobine.

rer le schs variationsn 2, courbe

rves sont

de la bobin

t une tembreux app

raleue et

nne

a ci-de la3 ci-

-elles

e. La

nsionareils


5/6


Exercice 3 : Le plutonium (4 pts)

En consultant lencyclopdie Universalis, on constitue la carte didentit du plutonium fournie ci-dessous :

Description : mtal lourd artificiel

Isotopes : quinze isotopes dont plutonium 238, 239 et 241

Production : irradiation de luranium 238

Utilisation : plutonium 239 : composant de ttes nuclaires et de combustibles Mox ; plutonium 238 : source deneutrons et de chaleur

Radioactivit : metteur de particules alpha et rayonnement gamma faible, sauf plutonium 241 metteur bta

Commentaire :plutonium 239 et 241 sont des matires fissiles

Donnes : 1 MeV = 1,6022.10-13 J ; 1 u = 1,66043.10-27 kg ; c = 2,9979.108 m.s-1.

Extrait de la classification priodique :

92U 93Np 94Pu 95Am 96CmUranium Neptunium Plutonium Amricium Curium

Masse atomique de quelques noyaux :

Noyau

102

42Mo 135

52Te 239

94Pu 1

0n Masse (en u) 101,9103 134,9167 239,0530 1,0089

1. partir de la carte didentit du plutonium, rpondre aux questions suivantes.

1.1. Le numro atomique de llment chimique plutonium tant Z = 94, donner la composition des noyauxde plutonium 238 et 239.

1.2. Dfinir lisotopie.1.3. Quelle est la nature dune particule alpha ?1.4. En utilisant lextrait de la classification priodique et en prcisant les lois de conservation utilises, crire

lquation de la dsintgration du noyau de plutonium 238 lorsque le noyau fils est mis dans un tatexcit.

1.5. Pourquoi y a-t-il mission dun rayonnement gamma ?1.6. De quelle raction parle-t-on dans le commentaire de la carte didentit ci-dessus ? La dfinir.

2.Lquation (1) de la raction du plutonium 239 sous limpact dun neutron est :

239 1 135 102 194 0 52 42 0Pu n Te Mo 3 n (1)

2.1. Donner lexpression de la perte de masse du systme au cours de cette raction. Calculer sa valeur enkilogramme.

2.2. Donner lexpression de lnergie libre par laction dun neutron sur un noyau de plutonium. Calculer savaleur en MeV.

3.On donne les nergies de liaison des noyaux suivants :

noyaux 23994Pu 135

52Te 102

42Mo nergie de liaison

(en MeV)1,79.103 1,12.103 8,64.102

3.1. partir des nergies de liaison de ces trois noyaux, donner lexpression de lnergie libre lors de laraction (1). Calculer cette nergie et comparer le rsultat la valeur trouve en 2.2.

3.2. Calculer lnergie de liaison par nuclon de chacun des noyaux. Comparer la stabilit de ces troisnoyaux.

3.3. laide de ces rsultats, donner et justifier le bilan nergtique de la raction (1).


6/6


ANNEXE EXERCICE 1

Figure 1

+

A

C (mol.L )0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

1,00

0,50

0

Figure 2

Documents

Bac blanc 2012 L'Étudiant