[PDF] DEVOIRS PHYSIQUE-CHIMIE CNED Seconde – PhySique-chimie – 2018

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Seconde

DEVOIRS

PHYSiQUeCHiMie

Devoirs 1 à 8

rédaction

Guy Le Parc

Philippe Briand

Julien Salomez

Coordination

Pierre Rageul

La correction des devoirs est individualisée.

Aucun corrigé type ne vous sera adressé.

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le CNeD avec l"autorisation du Centre français d"exploitation du droit de copie (20 rue des Grands Augustins, 75006 Paris) © CNeD 2018

Exercice 1- Carte d"identité d"un atome (7 points)

On considère un atome de magnésium dont le noyau contient 12 neutrons. La charge de son noyau est

égale à

: 1,92. 10 -18 C.

Objectif:

- nom et symbole de l'élément - numéro atomique Z - nombre de masse A - nombre d"électrons - représentation symbolique - masse d"un atome - charge

Exercice 2- ions monoatomiques (3 points)

Soient les éléments chimiques suivants

Symbole de l"élémentLioAl

Numéro atomique3813

Ion monoatomiqueLi

o 2- Ai 3+

1. ‡

(0,75 pts)

2.‡

(1,5 pt)

3.‰

' (0,75 pts)

CNED SECONDE - PHYSiQUe-CHiMie - 2018 3

DEVOIR

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Exercice 3- Élément chimique (4 points)

S"agit-il d"un même élément chimiquep? Justifier. (1pt)

2. ‰

(2 pts)

3. -

(1 pt)

Exercice 4- Le silicium (6 points)

Le silicium est l"élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l"oxygène. Il est principale-

ment présent dans les minéraux comme la silice (sable, quartz...) ou le silicate de calcium utilisé pour la

fabrication de routes, d"isolants, de briques et de tuiles. Son utilisation principale reste la fabrication du

verre mais il est essentiel dans l"élaboration de composant électronique. Dans le domaine de la santé, le

silicium rentre dans la fabrication de prothèse en silicone et sa présence en petite quantité dans le corps

humain participe à l"élasticité des artères ainsi qu"au fonctionnement du système immunitaire. inverse-

ment, l"accumulation de cet élément sous forme de silice provoque une maladie pulmonaire grave chez

les professionnels exposés aux poussières de silice (travailleurs du bâtiment, mineurs...). oeˆ

1. En déduire la représentation symbolique de son noyau. Justifier le résultat. (1 point)

2. Calculer la masse approchée m d"un atome de silicium. (1 point)

3. Donner la structure électronique de cet atome. (0,5 point)

oe

Isotope (valeur de A)282930

Pourcentage en atomes92,24,73,1

4. Quel est l"isotope le plus abondant ? Calculer les rapports des pourcentages entre l"isotope le plus

abondant et les autres isotopes. Conclusion. (1 point)

5. Donner la représentation symbolique des 2 isotopes minoritaires du silicium. (1 point)

On trouve l"élément silicium dans la silice SiO2 ou le silicate de calcium CaSiO3.

6. Quels autres éléments trouve-t-on dans ces substances ? Donner leur formule et leur nom. (1 point)

7. Ces 2 espèces chimiques sont-elles des corps simples ou des corps composés ? Justifier la réponse.

(0,5 point)

4 CNED SECONDE - PHYSIQUE-CHIMIE - 2018

Physique

exercice 1 (4 points)

Pour repousser les rongeurs dans une habitation, on peut utiliser un émetteur à ultra-sons; la tension

électrique alimentant cet émetteur est visualisée ci-dessous; la graduation sur l"échelle des ordonnées

est en volt; la graduation sur l"échelle des abscisses est en µs. 4 3 2 1 -1 -2 -3 -4

20406080100

1. Déterminer les valeurs maximale et minimale de cette tension. (0,5 pt)

2. La tension est-elle périodique? (0,5 pt)

3. Déterminer la période du signal visualisé sur l'écran en µs puis en s. (1pt)

4. En déduire sa fréquence. (0,5 pt)

5. Donner l'ordre de grandeur de la vitesse des ondes sonores dans l'air. (0,5 pt)

6. On peut produire des tensions alternatives périodiques en utilisant des alternateurs. (1pt)

a. Comment s'appelle la partie immobile d'un alternateur ? (0,25 pt)

b. L'un des trois types de centrale suivants n'utilise pas d'alternateur pour produire de l'électricité.

Lequel ? Justifier votre réponse. (0,75 pt)

a) Centrale éolienne b) Centrale photovoltaïque c) Centrale nucléaire

CNED SECONDE - PHYSiQUe-CHiMie - 2018 5

DEVOIR

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Exercice 2 (5 points)

Première partie: détermination de distance par échographie

Un médecin réalise une échographie à l"aide d"un cristal émetteur-récepteur envoyant un faisceau d"ultra-

sons mono directionnel dans le but de déterminer le plus grand diamètre d"un organe. Les ondes arrivant

sur les membranes délimitant l"organe sont renvoyées par réflexion. il obtient l"enregistrement suivant:

1. À quelle distance de l'émetteur-récepteur se situe la première membrane séparant l'organe étudié du

reste du corps humain? (1 pt)

2. Quelle est l'épaisseur de l'organe? (1 pt)

Donnée:o

deayiotyiodéorao ysio oo" o

Seconde partie: exploitation de documents

La sonde des échographes permettant d"obtenir une image est constituée de plusieurs cristaux émet-

teurs-récepteurs (éléments piézoélectrique) qui vont envoyer des faisceaux d"ultra-sons chacun dans

une direction. Lorsque le faisceau traverse une surface séparant 2 milieux de densité différente, il est

renvoyé vers la sonde (réflexion). Le corps humain absorbe une partie des ondes ultrasonores, c"est ce

que l"on appelle les phénomènes d"absorption. Plus le parcours de l"onde est important, plus cette atté-

nuation est importante. Le signal reçu est donc faible.

L"électronique de l"échographe se charge d"amplifier et de traiter ces signaux afin de les convertir en

signal vidéo. Pour obtenir une image, on va utiliser tous les cristaux de la sonde. Les traits en nuances de

gris sont mis côte à côte pour former une image.

6 CNED SECONDE - PHYSIQUE-CHIMIE - 2018

3.£¢

pˆ (1 pt)

4. £¢

ˆ(1 pt)

5. ‰

‹ (1 pt)

Exercice 3 (5 points)

§c

1. ‡

(0,5 pt) 2. "

Quel est le domaine de fréquence des

rayons X? (2,5 pts) (1 pt)

4 . ž

(1 pt)

TerHéléios ersl

2lroB seBrlorier orsl o lilrrl seBrlor seBrlor

CNED SECONDE - PHYSIQUE-CHIMIE - 2018 7

Exercice 4 (6 points)

Données: n

n'

1. ®

˜"˜¯(0,75 pt)

2. oe˜""˜

‹ (0,5 pt)

3. £¢r"n

0 ni r (2 pts)

Donnée: i ''°

4. oe˜

Observera-t-on le phénomène de réflexion totale? Jus- tifier. Tracer le "trajet» du rayon lumineux après le point A. (2 pts) (0,75 pts) verre air i normale

8 cned SECONDE - PHYSIQUE-CHIMIE - 2018

Remarque : Dans une molécule cyclique, certaines liaisons entre atomes forment une boucle fer- mée (cycle). Exercice 1 - Boissons alcoolisées et vinaigre (4 points) oeˆ

1. Écrire la formule semi-développée de ces molécules. (1 point)

2. Ces molécules sont-elles isomères?? Justifier la réponse. (1 point)

3. Écrire la formule semi-développée de l"isomère non cyclique de l"éthanol (molécule B). (1 point)

4. Écrire la formule semi-développée de 2 isomères non cycliques de l"acide éthanoïque (molécule A).

(1 point)

Molécule B

Couleur rouge

Acide éthanoïque

ethanol

CNED SECONDE - PHYSiQUe-CHiMie - 2018 9

DEVOIR

Ce devoir est à réaliser sous forme numérique : connectez-vous à votre site de formation www.cned.fr > espace inscrit et suivez nos conseils pratiques pour déposer votre devoir et le faire corriger par internet. important la séquence 3. Exercice 2 - Étude de la molécule de propanamine (5 points)

1. Déterminer la structure électronique des atomes :

1 H, 6 C, 7

N. (1,5 point)

2. Combien de liaisons covalentes chaque atome doit-il for-

mer pour satisfaire la règle du duet ou de l"octet? (1,5 point)

3. Écrire la formule développée de la molécule dont le modèle

est représenté ci-contre. (1 point)

4. Justifier la stabilité de cette molécule à l'aide des réponses

aux questions 1 et 2. (1 point) Exercice 3 - Extraction de la caféine (4,5 points)

Selon la légende, le café fut remarqué pour la première fois quelques 850 ans avant notre ère : un berger

du Yémen nota que ses brebis étaient dans un état d"excitation inhabituel lorsqu"elles consommaient les

baies d"un arbre des montagnes... on considère que c"est la caféine contenue dans les grains de café de

ces baies qui était l"espèce responsable de cette excitation.

on extrait la caféine des feuilles de thé et, avec la caféine purifiée, on prépare des solutions de caféine de

différentes concentrations.

Le thé contient environ 5 % de caféine, mais il contient aussi d"autres substances comme des sucres, des

pigments, des graisses, ...

Données

Dans le dichlorométhaneDans l"eau à 25°CDans l"eau à 65°C Solubilité de la caféineimportantefaibletrès importante

- Le dichlorométhane a pour densité 1,30 et se trouve à l"état liquide dans les conditions de l"expérience.

- Le dichlorométhane n"est pas miscible à l"eau. L"extraction de la caféine se fait en quatre étapes

Ź Étape 1 : dans un ballon surmonté d'un réfrigérant, on introduit des feuilles de thé et de l'eau distillée.

Le chauffage et l"agitation durent 2 heures.

Ź Étape 2 : dyoyéoy

déo

Ź Étape 3 : dyoyéoayis

éoéeondyinéo•ot

o d "yeéotéoyins oyi˜ taéo sodeané

Ź Étape 4 : yaŠon

yayesiot od yieoioˆeséieo iéo taéoˆdyiréo sorieséieoasirsydééieotéo

L'identification de la caféine extraite s'effectue en utilisant un solvant constitué d'un mélange éthanol +

eau.

1. ‡yiodcneyéoo

édoéeodéoa¦déot

oan"asnayieo'(1 point)

2.£io

esdsyieodéotiinéo eséaodéory ""yéotyioréeeéoaésŠaéoneyé (0,5 point) 3.oo

ésddsaodyoyéoayis

éoéeosits

éaodyosesio

‹(1,5 point)

4.o‡yiodcneyéo...o

éddéoeéris

éoéeoséoéio¥

aéo'o(0,5 point) déaodyoyéot otsrdaneyiéoy enodaotéoréeeéoneyé (1 point)

Couleur bleue

10 CNED Seconde - PhySique-chimie - 2018

Exercice 4 - L"acétanilide (6,5 points)

- Acétanilide. - extraits actifs de plante. - Saccharose, lactose, magnésium stéarate (e572). - Aspect, forme: Comprimé blanc. - Posologie: 2 comprimés toutes les 2 heures à sucer lentement. OE "oe 'oe 'oe

1. ™˜

NEUROCYNESINE "

2. Il existe une molécule de formule C

6 H 5 -Co-NH-CH 3 (1 point) CO (1 point)

3.µ

(1 point)

4.®

¢ (0,5 point)

Eau

CNED Seconde - PhySique-chimie - 2018 11

5. Pourquoi chauffer ? Pourquoi à reflux ? (1 point)

6. En utilisant les données de la fin de l"exercice, justifier l"apparition des cristaux blancs après refroidis-

sement. (1 point)

Données :

Formule

brute Masse volumique en g.mL -1

Solubilité

dans l"eau chaude

Solubilité

dans l"eau froide

Pictogrammes

des risques chimiques

AnilineC

6 H 7

N1,02solublesoluble

Anhydride

éthanoïque

C 4 H 6 o 3

1,08**

AcétanilideC

8 H 9 oNsolidesolubletrès peu soluble Acide

éthanoïque

C 2 H 4 o 2

1,05très solubletrès soluble

* L'anhydride éthanoïque réagit violemment avec l'eau à chaud et à froid.

12 CNED SECONDE - PHYSIQUE-CHIMIE - 2018

Physique

exercie 1 - Quantités de matière (3 points)

À l'aide des données, répondre par VRAI ou FAUX à chaque affirmation en justifiant chaque réponse par

un calcul ou un raisonnement.

Données:

Une galaxie typique comme la Voie lactée comprend de l'ordre de 10 12

étoiles. on estime que l"Univers

observable compte environ un millier de milliards de galaxies de masse significative. Sur une superficie de 5 000 km par 2000 km sur une profondeur de 50 m on trouve grossièrement 10 24
grains de sable de 0,1 mm de rayon dans le Sahara. La concentration massique en ion sodium dans l"eau de mer est environ égale à par litre.

Masse molaire du sodium: 23 g.mol

-1

Affirmations

La quantité de matière en mol d'étoiles dans l'Universobservable est

1. £

Šˆž(1,5 pt)

2. •

(1,5 pt)

Chimie

exercice 2 - Solution de créatine (7 points)

La créatine, de formule C

4 H 9 N 3 o 2 , provoque une rétention d"eau intramusculaire; elle améliore les ca- pacités musculaires en cas d"effort rapide et intense. elle est vendue sous forme de poudre. (1 point) 2.oequotesdbs_dbs12.pdfusesText_18

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