Correction Examen 2022 Normal PC
Correction de l’examen national de Physique Chimie
Filière Sciences Physique – Session normale 2022
2.1. Équation à l’électrode de graphite (anode) : 0,5
A : \(2H_2O_{(l)} \rightleftharpoons O_2(g) + 4H^+_{(aq)} + 4e^-\)
2.2. Équation à l’électrode d’acier (cathode) : 0,5
B : \(Cr_{(aq)}^{3+} + 3e^- \rightleftharpoons Cr_{(s)}\)
3. Détermination de la masse \(m(Cr)\) : 1
Tableau d’avancement à la cathode :
| État | \(Cr^{3+}\) | \(Cr\) | \(e^-\) |
|---|---|---|---|
| Initial | \(n_0\) | 0 | – |
| Pendant \(\Delta t\) | \(n_0 – x\) | \(x\) | \(3x\) |
A.N. : \(m(Cr) = \dfrac{2 \times 2 \times 3600 \times 52}{3 \times 96500} = \boxed{2,59 \text{ g}}\)
1.1. Équation de la réaction avec l’eau : 0,5
\(C_2H_5COOH_{(aq)} + H_2O_{(\ell)} \rightleftharpoons C_2H_5COO^-_{(aq)} + H_3O^+_{(aq)}\)
1.2. Taux d’avancement final : 1
Tableau d’avancement :
| État | \(C_2H_5COOH\) | \(H_2O\) | \(C_2H_5COO^-\) | \(H_3O^+\) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | \(C_a V\) | excès | 0 | 0 |
| Intermédiaire | \(C_a V – x\) | excès | \(x\) | \(x\) |
| Équilibre | \(C_a V – x_{eq}\) | excès | \(x_{eq}\) | \(x_{eq}\) |
A.N. : \(\tau = \dfrac{10^{-3,1}}{5\times10^{-2}} = 0,0159 \approx 1,6\%\)
\(\tau < 1\) : réaction limitée.
1.3. Expression et calcul de \(Q_{r,eq}\) : 1
A.N. : \(Q_{r,eq} = \dfrac{10^{-2 \times 3,1}}{5\times10^{-2} – 10^{-3,1}} = 1,28 \times 10^{-5}\)
1.4. Déduction du \(pK_A\) : 0,5
\(K_A = Q_{r,eq} \Rightarrow pK_A = -\log(Q_{r,eq}) = -\log(1,28\times10^{-5}) \approx \boxed{4,9}\)
2.1. Équation du dosage : 0,5
\(C_2H_5COOH_{(aq)} + HO^-_{(aq)} \rightleftharpoons C_2H_5COO^-_{(aq)} + H_2O_{(\ell)}\)
2.2. Détermination graphique de \(V_{bE}\) : 0,5
\(V_{bE} = 20 \text{ mL}\)
2.3. Vérification de \(C_a\) : 0,5
2.4. Détermination de la masse \(m\) : 0,5
2.5. Pourcentage de la forme acide pour \(V_b = 5 \text{ mL}\) : 1
Graphiquement, à \(V_b = 5 \text{ mL}\), \(pH = 4,4\)
Partie 1 – Onde sonore
1. Vrai ou Faux : 0,5
– L’onde sonore est une onde transversale : Faux
– L’onde sonore ne se propage pas dans le vide : Vrai
2. Durée \(\Delta t\) : 0,5
D’après la figure : \(\Delta t = 5 \times 0,5 \text{ ms} = \boxed{2,5 \text{ ms}}\)
3. Célérité \(v\) : 0,5
\(v = \dfrac{L}{\Delta t} = \dfrac{85\times10^{-2}}{2,5\times10^{-3}} = \boxed{340 \text{ m.s}^{-1}}\)
Partie 2 – Désintégration de l’iode 131
1. Équation de désintégration : 0,5
\(^{131}_{53}I \rightarrow {}^{A}_{Z}X + {}^{0}_{-1}e\)
Loi de Soddy : \(\begin{cases} 131 = A + 0 \\ 53 = Z – 1 \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} A = 131 \\ Z = 54 \end{cases}\)
\(^{131}_{53}I \rightarrow \boxed{^{131}_{54}Xe} + {}^{0}_{-1}e\)
2. Énergie libérée \(|\Delta E|\) : 1
3.1. Détermination graphique de \(t_{1/2}\) : 0,5
\(t_{1/2} = \boxed{8 \text{ jours}}\)
3.2. Nombre initial \(N_0\) : 0,5
3.3. Instant \(t_1\) (95% désintégrés) : 0,5
Il reste 5% des noyaux : \(N(t_1) = 0,05 N_0\)
1.1. Équation différentielle de \(u_C\) : 0,5
\(u_R + u_C = E\), avec \(u_R = R i = R C \dfrac{du_C}{dt}\)
\(\boxed{RC \dfrac{du_C}{dt} + u_C = E}\)
1.2.1. Expression de \(i(t)\) : 0,5
Pour \(u_C(t) = E(1 – e^{-t/RC})\) :
\(i(t) = C \dfrac{du_C}{dt} = \boxed{\dfrac{E}{R} e^{-t/RC}}\)
1.2.2. Valeur de \(R\) : 0,5
\(i(0) = \dfrac{E}{R} \Rightarrow R = \dfrac{E}{i(0)}\)
D’après la figure, \(i(0) = 12 \text{ mA}\), \(E = 12 \text{ V}\)
\(R = \dfrac{12}{12\times10^{-3}} = \boxed{1 \text{ k}\Omega}\)
1.2.3. Valeur de \(C\) : 0,5
Graphiquement, \(\tau = 50 \text{ ms}\)
\(C = \dfrac{\tau}{R} = \dfrac{50\times10^{-3}}{10^3} = \boxed{50 \ \mu\text{F}}\)
2.1.1. Équation différentielle du circuit RLC idéal : 0,5
\(u_L + u_C = 0\), avec \(u_L = L \dfrac{di}{dt} = LC \dfrac{d^2u_C}{dt^2}\)
\(\boxed{\dfrac{d^2u_C}{dt^2} + \dfrac{1}{LC} u_C = 0}\)
2.1.2. Courbe représentative : 0,5
À \(t=0\), \(u_C = E = 12 \text{ V}\) ; oscillations non amorties → courbe C₁.
2.1.3.a. Expression de \(T_0\) : 0,5
\(T_0 = 2\pi\sqrt{LC}\)
2.1.3.b. Valeur de \(L\) : 0,5
D’après C₁, \(T_0 = 10 \text{ ms}\)
\(L = \dfrac{T_0^2}{4\pi^2 C} = \dfrac{(10\times10^{-3})^2}{4\pi^2 \times 50\times10^{-6}} \approx \boxed{0,05 \text{ H}}\)
2.2.1. Énergie totale \(E_t\) : 0,5
\(E_t = \dfrac{1}{2} C u_C^2 + \dfrac{1}{2} L i^2\)
2.2.2. Énergie dissipée entre \(t_0\) et \(t_1\) : 1
À \(t_0 = 0\) : \(u_C = 12 \text{ V}\), \(i = 0\)
À \(t_1 = 9 \text{ ms}\) : \(u_C = 6 \text{ V}\), \(i = 140 \text{ mA}\)
\(\Delta E = E_1 – E_0 = -2,21 \times 10^{-3} \text{ J} = \boxed{-2,21 \text{ mJ}}\)
Partie 1 – Chute d’une bille dans un fluide visqueux
1. Régimes : 0,5
Zone 1 → régime initial ; Zone 2 → régime permanent
2. Équation différentielle : 1
Bilan : \(\vec{P} + \vec{F}_a + \vec{f} = m\vec{a}\)
Projection : \(m g – \rho_r V g – k v = m \dfrac{dv}{dt}\)
3.1. Valeur de \(\tau\) et déduction de \(k\) : 0,5
Graphiquement : \(\tau = 0,1 \text{ s}\)
\(k = \dfrac{m}{\tau} = \dfrac{10\times10^{-3}}{0,1} = \boxed{0,1 \text{ kg.s}^{-1}}\)
3.2. \(V_\ell\) : 0,5
\(V_\ell = \boxed{0,88 \text{ m.s}^{-1}}\)
4. Expression et calcul de \(\rho_r\) : 1
En régime permanent : \(\dfrac{dv}{dt} = 0\)
\(\rho_r = 7,8 \times \left(1 – \dfrac{0,88}{0,1 \times 10}\right) = \boxed{0,94 \text{ g.cm}^{-3}}\)
Partie 2 – Satellite artificiel
1.1. Expression de la force gravitationnelle : 0,5
B : \(F_{T/S} = G \dfrac{M_T \cdot m_S}{(R_T + h_1)^2}\)
1.2. Expression de la vitesse \(v\) : 0,5
1.3. Vérification de \(T_1\) : 1
\(v = \dfrac{2\pi(R_T + h_1)}{T_1} \Rightarrow T_1 = \dfrac{2\pi(R_T + h_1)}{v}\)
A.N. : \(T_1 = 2\pi \sqrt{\dfrac{(6380\times10^3 + 1000\times10^3)^3}{6,67\times10^{-11} \times 5,97\times10^{24}}} \approx \boxed{1,75 \text{ h}}\)
2. Altitude \(h_2\) (satellite géostationnaire) : 1
D’après la 3e loi de Kepler : \(\dfrac{T^2}{(R_T + h)^3} = \text{cte}\)
A.N. : \(h_2 = (6380 + 1000) \times \sqrt[3]{\left(\dfrac{24}{1,75}\right)^2} – 6380 \approx \boxed{35\,904 \text{ km}}\)
