Examen rattrapage 2022 PC
Correction de l’examen national de Physique Chimie
Filière Sciences Physique – Session de rattrapage 2022
Partie 1 : Électrolyse
1. Schéma du montage expérimental
Voir figure ci-contre (schéma non reproduit).
2. Équations des réactions et équation bilan
Cathode (plaque de cuivre) – réduction des ions Au3+ :
Anode (graphite) – oxydation des ions Cl– :
Équation bilan :
3. Durée \(\Delta t\)
| État | Au3+ | e– | Au |
|---|---|---|---|
| Initial | \(n_0\) | 0 | – |
| Pendant \(\Delta t\) | \(n_0 – x\) | \(3x\) | \(x\) |
\(n(Au) = x = \dfrac{m}{M(Au)} \Rightarrow \Delta t = \dfrac{3F \cdot m}{I \cdot M(Au)}\)
A.N. : \(\Delta t = \dfrac{3 \times 9,65\times10^4 \times 0,031}{50\times10^{-3} \times 197} \approx \boxed{911 \text{ s} \approx 15,2 \text{ min}}\)
Partie 2 : Étude de la méthylamine
1.1. Définition d’une base selon Brønsted
Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton H+.
1.2. Équation de réaction avec l’eau
1.3. Calcul du taux d’avancement \(\tau\)
| État | \(CH_3-NH_2\) | \(H_2O\) | \(CH_3-NH_3^+\) | \(HO^-\) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | \(C_b V\) | excès | 0 | 0 |
| Équilibre | \(C_b V – x_{eq}\) | excès | \(x_{eq}\) | \(x_{eq}\) |
\(\tau = \dfrac{[HO^-]_{eq}}{C_b} = \dfrac{K_e}{C_b \cdot 10^{-pH}} = \dfrac{10^{pH} \cdot K_e}{C_b}\)
A.N. : \(\tau = \dfrac{10^{11,3} \times 10^{-14}}{10^{-2}} = 0,1995 \approx \boxed{20\%}\)
\(\tau < 1\) : transformation limitée.
1.4. Expression et calcul de \(Q_{r,éq}\)
A.N. : \(Q_{r,éq} = \dfrac{10^{-2} \times (0,2)^2}{1 – 0,2} = \boxed{5 \times 10^{-4}}\)
1.5. Expression de \(K_A\) en fonction de \(Q_{r,éq}\) et \(K_e\)
\(pK_A = -\log\left(\dfrac{K_e}{Q_{r,éq}}\right) = -\log\left(\dfrac{10^{-14}}{5 \times 10^{-4}}\right) \approx \boxed{10,7}\)
2.1. Équation du dosage
2.2. Coordonnées du point d’équivalence
\(V_{aE} = \boxed{15 \text{ mL}}\), \(pH_E = \boxed{6,6}\)
2.3. Concentration \(C_b\)
2.4. Indicateur adapté
Bleu de bromothymol – zone de virage \([6,0 – 7,6]\) contient \(pH_E = 6,6\).
2.5. Rapport et espèce prédominante à pH = 2,8
\(\ll 1 \Rightarrow\) l’espèce prédominante est \(CH_3-NH_3^+\) (acide).
Partie 1 : Propagation d’une onde mécanique
1. Fréquence de l’onde
B : \(N = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{20\times10^{-3}} = \boxed{50 \text{ Hz}}\)
2. Retard temporel \(\tau\)
C : \(\tau = 10 \text{ ms} = \boxed{0,01 \text{ s}}\)
3. Vitesse de propagation \(v\)
A : \(v = \dfrac{SM}{\tau} = \dfrac{2,5\times10^{-2}}{0,01} = \boxed{2,5 \text{ m.s}^{-1}}\)
4. Longueur d’onde \(\lambda\)
A : \(\lambda = \dfrac{v}{N} = \dfrac{2,5}{50} = \boxed{0,05 \text{ m} = 5 \text{ cm}}\)
Partie 2 : Datation par le carbone 14
1.1. Constitution du noyau de \(^{14}C\)
C : 6 protons et 8 neutrons.
1.2. Équation de désintégration
B : \(^{14}_6C \rightarrow {}^{0}_{-1}e + {}^{14}_{7}N\)
2. Énergie de liaison \(E_\ell\)
\(= [6 \times 1,00728 + 8 \times 1,00866 – 13,99995] \times 931,5 \approx \boxed{105,3 \text{ MeV}}\)
3. Âge du morceau de bois
A.N. : \(t = \dfrac{5730}{\ln 2} \ln\left(\dfrac{418}{318}\right) \approx \boxed{2260 \text{ ans}}\)
1. Réponse d’un dipôle RL à un échelon de tension
1.1. Visualisation de \(u_R(t)\)
Voir figure 1 (schéma non reproduit).
2.1. Équation différentielle
3.1. Détermination graphique de \(U_0\)
\(U_0 = \boxed{9,8 \text{ V}}\)
4.1. Valeur de \(r\)
\(r = \dfrac{E}{I_0} – R = \dfrac{10}{0,2} – 490 = \boxed{10 \ \Omega}\)
5.1. Vérification de \(L_0\)
Graphiquement \(\tau = 1 \text{ ms}\)
6.1. Choix de la courbe
La courbe C₂ correspond à \(u_R(t)\) car sa constante de temps est la plus grande (avec \(L_1 = 2L_0\)).
2. Oscillations libres dans un circuit RLC série
1.2. Équation différentielle en \(q(t)\)
2.2. Détermination de \(C\)
Graphiquement \(T_0 = 0,10 \text{ s}\)
3. Réception d’une onde modulée en amplitude
1.3. Rôle des parties (1) et (2)
Partie (1) : réception et sélection de l’onde modulée.
Partie (2) : élimination de la composante continue.
2.3. Détermination de \(L\)
A.N. : \(L = \dfrac{1}{4 \times 10 \times 85,4\times10^{-12} \times (171\times10^3)^2} \approx \boxed{10 \text{ mH}}\)
Partie 1 : Mouvement sur un plan incliné
1.1. Vérification de l’équation différentielle
2.1. Détermination de \(a_{1x}\)
La courbe \(x = f(t^2)\) est linéaire : \(x = K t^2\), \(K = 1 \text{ m.s}^{-2}\)
\(a_{1x} = \dfrac{d^2x}{dt^2} = 2K = \boxed{2 \text{ m.s}^{-2}}\)
3.1. Vérification de l’intensité de \(F\)
4.1. Vérification de la vitesse \(V_A\)
1.2. Accélération \(a_{2x}\) sur AB
2.2. Distance AB
\(AB = \dfrac{1}{2} a_{2x} t_B^2 + V_A t_B = \dfrac{1}{2}(-4)(1)^2 + 4(1) = \boxed{2 \text{ m}}\)
Partie 2 : Oscillateur mécanique
1. Nature du mouvement
Mouvement rectiligne oscillatoire sinusoïdal
2. Équation différentielle
3. Constante de raideur \(k\)
Graphiquement \(T_0 = 1 \text{ s}\)
