Correction Examen 2021 Normal PC
Correction de l’examen national de Physique Chimie
Filière Sciences Physique – Session normale 2021
Partie 1 : Étude cinétique
1. Tableau d’avancement
| État | \(CH_3COOC_2H_5\) | \(HO^-\) | \(CH_3COO^-\) | \(C_2H_5OH\) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | Excès | \(n_0(HO^-)\) | 0 | 0 |
| En cours | Excès | \(n_0(HO^-)-x\) | \(x\) | \(x\) |
| Final | Excès | \(n_0(HO^-)-x_f\) | \(x_f\) | \(x_f\) |
\(x_{max} = n_0(HO^-) = 10^{-3} \text{ mol}\)
2.1. Définition de \(t_{1/2}\)
\(t_{1/2}\) est la durée au bout de laquelle \(x(t_{1/2}) = \dfrac{x_f}{2}\).
2.2. Valeur de \(t_{1/2}\)
\(\sigma_{1/2} = 0,25 – 160 \times 5\times10^{-4} = 0,17 \text{ S.m}^{-1}\)
Graphiquement : \(\boxed{t_{1/2} = 4 \text{ min}}\)
2.3. Expression de la vitesse
\(v = \dfrac{1}{V_0}\dfrac{dx}{dt} = -\dfrac{1}{160 \cdot V_0} \cdot \dfrac{d\sigma}{dt}\)
2.4. Valeur de \(v_1\)
Partie 2 : Dosage et identification d’un acide carboxylique
1.1. Équation du dosage
1.2. Coordonnées du point d’équivalence
\(pH_E = \boxed{8,8}\), \(V_{bE} = \boxed{20 \text{ mL}}\)
1.3. Valeur de \(C_a\)
2.1. Équation de réaction avec l’eau
2.2. Taux d’avancement final
| État | \(AH\) | \(H_2O\) | \(A^-\) | \(H_3O^+\) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | \(C_a V\) | Excès | 0 | 0 |
| Équilibre | \(C_a V – x_f\) | Excès | \(x_f\) | \(x_f\) |
A.N. : \(\tau = \dfrac{10^{-2,88}}{10^{-1}} \approx \boxed{1,32\%}\)
2.3. Expression de \(Q_{r,eq}\)
\([AH]_{eq} = C_a(1 – \tau)\)
\(Q_{r,eq} = \dfrac{[A^-]_{eq}[H_3O^+]_{eq}}{[AH]_{eq}} = \dfrac{(\tau C_a)^2}{C_a(1 – \tau)} = \dfrac{C_a \tau^2}{1 – \tau}\)
A.N. : \(Q_{r,eq} = \dfrac{10^{-1} \times (0,0132)^2}{1 – 0,0132} \approx 1,77 \times 10^{-5}\)
2.4. Identification de l’acide
L’acide est donc l’acide éthanoïque \(CH_3COOH\).
3. Volume \(V_{b1}\)
Graphiquement : \(\boxed{V_{b1} = 6 \text{ mL}}\)
1. Proposition juste
C : La lumière blanche est polychromatique.
2.1. Fréquence \(\nu_j\)
2.2. Célérités \(v_j\) et \(v_r\)
\(v_r = \lambda_r \nu_r = 474\times10^{-9} \times 3,91\times10^{14} \approx \boxed{1,85 \times 10^8 \text{ m.s}^{-1}}\)
2.3. Propriété du prisme
Le prisme provoque la dispersion de la lumière car la vitesse de propagation dépend de la fréquence.
3.1. Expression de \(L\)
3.2. Valeur de \(\lambda\)
La courbe \(L = f(D)\) est linéaire : \(L = K D\)
\(K = \dfrac{2\lambda}{a} \Rightarrow \lambda = \dfrac{aK}{2} = \dfrac{0,06\times10^{-3} \times 2\times10^{-2}}{2} = \boxed{600 \text{ nm}}\)
3.3. Diamètre du cheveu \(d\)
1. Équation de désintégration du \(^{238}_{94}Pu\)
\(\begin{cases} 238 = A + 4 \\ 94 = Z + 2 \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} A = 234 \\ Z = 92 \end{cases}\)
\(^{238}_{94}Pu \rightarrow \boxed{^{234}_{92}U} + {}^{4}_{2}He\)
2.1. Temps de demi-vie
Graphiquement : \(\boxed{t_{1/2} = 88 \text{ ans}}\)
2.2. Valeur de \(\lambda\)
2.3. Nombre initial \(N_0\)
3. Durée \(t_{max}\)
On veut que 70% des noyaux restent : \(N(t) = 0,7 N_0\)
I. Réponse d’un dipôle RC
1. Équation différentielle en \(u_C\)
2. Valeur de la capacité \(C\)
La courbe \(\dfrac{du_C}{dt} = f(u_C)\) est affine : \(\dfrac{du_C}{dt} = a u_C + b\)
\(-\dfrac{1}{RC} = a \Rightarrow C = -\dfrac{1}{R a} = -\dfrac{1}{10^3 \times (-83,3)} \approx \boxed{12 \ \mu\text{F}}\)
II. Oscillations électriques non amorties
1. Régime d’oscillations
Régime périodique
2. Équation différentielle en \(q(t)\)
3. Expression de \(T_0\)
4. Valeur de \(T_0\)
D’après la figure : \(\boxed{T_0 = 21 \text{ ms}}\)
5. Déduction de \(L\)
III. Modulation d’amplitude
1. Définition
La modulation d’amplitude consiste à faire varier l’amplitude d’un signal de fréquence élevée (porteur) en fonction d’un signal basse fréquence (modulant).
2.1. Fréquences \(F_P\) et \(f_s\)
\(T_s = 4 \times 2\text{ ms} = 8\text{ ms} \Rightarrow f_s = \boxed{125 \text{ Hz}}\)
2.2. Valeurs de \(S_m\) et \(U_0\)
\(U_0 = \dfrac{U_M + U_m}{2} = \dfrac{2 + 1}{2} = \boxed{1,5 \text{ V}}\)
2.3. Qualité de la modulation
\(F_P = 1500 \text{ Hz} \gg 10 f_s = 1250 \text{ Hz}\)
Modulation de bonne qualité.
Phase 1 : Parachute fermé
1.1. Nature du mouvement
Mouvement rectiligne uniformément varié (courbe \(v = f(t)\) linéaire).
1.2. Chute libre ?
Accélération : \(a = \dfrac{\Delta v}{\Delta t} = \dfrac{20 – 0}{2 – 0} = 10 \text{ m.s}^{-2} = g\)
Le mouvement est une chute libre.
Phase 2 : Parachute ouvert
2.1. Équation différentielle
2.2. Expression de la vitesse limite
2.3. Détermination graphique de \(v_F\)
\(v_F = \boxed{5 \text{ m.s}^{-1}}\)
2.4. Valeur de \(\alpha\)
3. Distance \(d\)
\(h = 660 \text{ m}\), \(\Delta t = 70 \text{ s}\)
\(\Delta t » = 30 \text{ s} \Rightarrow \Delta t’ = 70 – 4 – 30 = 36 \text{ s}\)
\(d’ = v_F \Delta t’ = 5 \times 36 = 180 \text{ m}\)
\(d = h – d_1 – d’ = 660 – 80 – 180 = \boxed{400 \text{ m}}\)
