[PDF] Exercice I. La bouillote magique (65 points)

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Correction du Bac Blanc Lycée Corneille 2013

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EXERCICE I : Chimie et sang 1ère partie : détection de traces de sang en criminologie 7 pts

A. La réaction produite e

1. Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons.

2. Schéma légendé du dispositif de titrage

3. Couple : MnO4-(aq)/ Mn2+(aq) MnO4(aq) + 8 H+(aq) + 5 e = Mn2+(aq) + 4 H2O(l) (×2)

Couple : O2(aq)/H2O2(aq) H2O2(aq) = O2(aq) + 2 H+(aq) + 2e (×5)

2 MnO4(aq) + 16 H+(aq) + 5 H2O2(aq) = 5 O2(aq) + 10 H+(aq) + 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l)

Soit : 2 MnO4(aq) + 6H+(aq) + 5 H2O2(aq) ĺ 5 O2(aq) + 2Mn2+(aq) + 8 H2O(l) 4.

Avant l'équivalence, H2O2 est le réactif en excès, la solution reste incolore. Au-delà de l'équivalence, H2O2 a totalement

réagi et les ions permanganate sont le réactif en excès. La solution doit virer de l'incolore au magenta à l'équivalence.

5. : n(MnO4-)versé

2 = n(H2O2)dosé

5 C0VE

2 = CRVR

5 donc CR = 5 C0VE

2VR = 5 x 0,5 x 7,9.10-3

2 x 10,0.10-3 = 0,99 mol.L-1 (arrondi avec deux chiffres significatifs)

6. On donne VE = 0,1 mL, et VE

VE = CR

CR ainsi CR = CR VE

VE = 0,99 x 0,1

7,9 = 0,01 mol.L-1

On a donc CR = 0,99 0,01 mol.L-1

7. La solution initiale a été diluée 10 fois : C = 10.CR = 9,9 0,1 mol.L-1

e concentration C = 9,8 mol.L-1, ainsi on trouve expérimentalement une valeur très proche de celle annoncée.

B. (3,25 pts)

1. n1 = m

M = 1

177 = 5,6.103 mol

2. Si le luminol est le réactif limitant : n1 2xmax = 0 xmax = n1

2 = 2,8.103 mol

: n2 7xmax = 0 xmax = n2

7 = 7,0.104 mol

xmax = 7,0.104 mol.

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3. 2) = 2 x

P = 2 x RT

Vgaz , et on en déduit x = PVgaz

2RT

4. xf = PfVgaz

2RT = 1660 x 2,1.10-3

2 x 8,314 x 300 = 7,0.104 mol avec Vgaz exprimé en m3

La réaction peut être considérée comme totale car xf = xmax.

5. La vitesse de la réaction diminue car la concentration des réactifs diminue lorsque la réaction avance

6. Le temps de demi-

x(t1/2) = xf/2. Dans le cas présent xf = xmax, et t1/2 = 3 s

C. La réaction entre le (0,75 pts)

1. de celle-ci.

2. Le texte introductif indique que l-ci catalysent la transformation entre le

peut ainsi mieux comprendre le déroulem

EXERCICE I : Chimie et sang 2ème partie : transport du dioxygène dans le sang 3 pts

1. 3O+]éq[HO-]éq

2. Dans une solution de pH neutre, il y a autant : [H3O+]éq = [HO-]éq

On a donc Ke = [H3O+]éq² on en déduit [H3O+]éq = Ke = 1,9.10-14 = 1,4.10-7 mol.L-1 pHneutre = - log[H3O+]éq = 6,9

3. pH = 7,4 > 6,9 (ou [H3O+]éq = 10-pH = 10-7,4 = 4,0.10-8 mol.L-1 )

4. Constante KA = [H3O+]éq[HCO3] éq

[ CO2,H2O] éq

5. On a pKA = - log KA = - log [H3O+]éq log [HCO3] éq

[ CO2,H2O] éq pKA = pH - log [HCO3] éq [ CO2,H2O] éq pH = pKA + log [HCO3] éq [ CO2,H2O] éq

6. Domaines de prédominance des espèces du couple CO2,H2O / HCO3 :

7. Pour pH = 7,4 > pKA la base HCO3 prédomine.

8. [HCO3-]= 24.10-3 mol.L-1 , on utilise la relation pH = pKA + log

[HCO3] éq [ CO2,H2O] éq log [HCO3] éq [ CO2,H2O] éq = pH - pKA = 7,4 6,1 = 1,3 [HCO3] éq [ CO2,H2O] éq = 101,3 [CO2,H2O] = [HCO3-]

101,3 =

24.10-3

19,9 = 1,2.10-3 mol.L-1

9. Si [CO2,H2O] diminue, alors log

[HCO3] éq [ CO2,H2O] éq augmente, et donc le pH augmente Xmax 2 t1/2 pH pKA = 6,1

CO2,H2O HCO3-

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EXERCICE II : SUIVEZ LA FLÈCHE

A. Trajectoire de la flèche 2,25 pts

1. subies par la flèche.

2. Système : flèche de masse m

Référentiel : terrestre supposé galiléen P = m g = - m g k

Ainsi la 2ième : m

a P = - m g k Les coordonnées du vecteur accélération sont donc : ax = 0 et az = -g.

3. 1) x(t) = (v0.cos).t on peut écrire t = x(t)

v0.cos

On remplace t par cette expression dans (2) :

z(t) = - 1

2 gt² + (v0.sin).t = - 1

2 g(x v0.cos )² + (v0.sin).x v0.cos = - 1

2 g x²

v0².cos² + x tan 4.

5. Par définition vx(t) = dx

dt = v0.cos par et vz(t) = dz dt = - gt + v0.sin

6. La fonction vx(t) = v0.cos = constante est une droite horizontale

La fonction vz(t) = - gt + v0.sin

est une droite 0.sin

B. " Chute » de la flèche 2,25 pts

B.1. Durée du trajet de la flèche

1. x(tC) = xC = (v0.cos).tC

2. Avec une vitesse initiale v0 de 70 m/s, le vol dure une seconde (tC Į

mètres. Le premier texte nous apprend que xC = 70 m. Vérifions la cohérence de ces valeurs numériques, en calculant tC : tC = xC v0.cos = 70

70 cos4° = 1,0 s durée conforme à celle indiquée.

B.2. " Distance de chute »

1. 0. roite (OA). Pour cela, on doit

La flèche ne subirait aucune force, elle constituerait un système mécaniquement isolé. Le mouvement serait rectiligne et

uniforme ( extF 0 alors a 0

2. Méthode 1 : Dans le triangle OAC rectangle en C, tan = AC

OC = h

xC De plus on a établi en B.1.1. que xC = (v0.cos).tC, alors tan = h xC = h (v0.cos).tC

On en déduit h = tan (v0.cos).tC = sin

cos (v0.cos).tC = Į0.tC

Méthode 2:

Entre O et A le mouvement est rectiligne et uniforme à la vitesse v0 pendant la durée tOA = tC donc : OA = v0.tOA = v0.tC.

Et sin = h

OA donc OA = h

sin En égalant les deux expressions de OA : v0.tC = h sin finalement : Į0.tC

3. On a : z(tC) = 0 = - 1

2 gtC² + (v0.sin).tC 0 = - 1

2 gtC² + h h = 1

2 gtC²

Ainsi pour t = tC la " distance de chute » h vaut " gt²/2 ». C. Influence de la valeur de la vitesse initiale sur le tir 0,5 pts

1. On garde constant, donc si v0 augmente alors, pour xC fixé, la durée de chute tC = xC

v0.cos diminue. La hauteur de chute h = 1

2 gtC² diminue car tC diminue.

2. Si la hauteur de chute h diminue, la flèche atteint la cible au-dessus du point C.

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Exercice III : microscopie acoustique

Partie A : Analyse de documents (2,5 points)

1. Les ultrasons sont des ondes mécaniques progressives longitudinales de fréquences supérieures à 20kHz.

2. Dans un microscope acoustique, un transducteur piézoélectrique génère les ultrasons. Un signal électrique est converti en

signal acoustique.

3. La résolution spatiale est la dimension des plus petits détails repérables.

4. a. = ȝ

b. célérité : v = f d'où vsaphir = 10-6.109 = 1000 m.s-1 c. veau= 0,135 vsaphir = 135 m.s-1 d. eau = veau / f = 135 / 109 = 0,ȝȝ : résolution spatiale du microscope acoustique.

5. Quand une onde mécanique rencontre une ouverture ou un obstacle de

l'ordre de grandeur de la longueur d'onde, celle-ci est diffractée. Elle change de direction. L'image d'un point devient alors une tache. Deux points proches ne pourront être distingués : c'est une limite au pouvoir de résolution de l'appareil

Partie B : Synthèse de documents (2,5 points)

On associe souvent le microscope au domaine de l'optique, c'est à dire aux ondes électromagnétiques mais il existe aussi un

autre type de microscope : le microscope acoustique qui utilise des ultrasons, c'est à dire des ondes mécaniques. Comment

ces ultrasons permettent- ?

Développé dans la seconde moitié du 20ème siècle, le microscope acoustique utilise des ultrasons de haute fréquence de

quelques MHz à quelques GHz aussi bien par transmission que par réflexion. Ces ultrasons sont produits à l'aide d'un

transducteur piézoélectrique qui convertit un signal électrique en signal acoustique. Ceux-ci sont ensuite focalisés sur

l'échantillon étudié grâce à un saphir de forme concave qui agit comme une " lentille » acoustique.

ȝ-ci correspond à la longueur d'onde dans le

liquide de couplage entre le saphir et l'échantillon à analyser. Cette résolution est donc semblable à celle d'un microscope

optique. Le grandissement d'un microscope acoustique usuel est de 1 à 2000.

Cependant le phénomène de diffraction apparaît pour des distances de l'ordre de la longueur d'onde. L'image d'un point

devient une tache, limitant ainsi le pouvoir de résolution de cet instrument.

L'avantage principal de cet appareil est qu'il permet un contrôle non destructif en utilisant des ondes non ionisantes y compris

pour l'observation de tissus vivants.

Les applications sont multiples . La microscopie acoustique permet l'analyse de matériaux dans On l'utilise

notamment pour étudier les aciers soumis à la radioactivité dans les centrales nucléaires, permettant ainsi de surveiller le

vieillissement de ces centrales . Elle est aussi utilisée en médecine pour l'étude de l'ostéoporose qui est une décalcification

osseuse touchant de nombreuses personnes âgées.

Très utilisée aujourd'hui dans de nombreux domaines, la microscopie acoustique permet, contrairement à la microscopie

optique, d'obtenir des images en profond

sa résolution est semblable à celle d'un microscope optique. Pour aller plus loin, d'autres appareils ont été développés comme

la microscopie éléctronique ou la sonde atomique développée à l'université de Rouen.

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Exercice III Spécialité : (5 pts)

1. a. Une onde sonore est une onde mécanique progressive longitudinale Un auditeur entend un son réverbéré qui est lié à la

réflexion des ondes sonores (doc 1) prolongement dans le temps du son émis par une source. b. Le temps de réverbération (doc 2) onore c. est plus agréable et on entend parfaitement les paroles.

2. Pour pouvoir modifier le te

(doc 3) le temps de réverbération et le volume sont deux grandeurs sont proportionnelles alors que les temps de r proportionnels.

3. a. En effet, on peut jouer sur la nature des matériaux utilisés

émise et il rption alpha Sabine () pour une fréquence donnée (doc 3 et doc 4). b.

4. Pour la salle home cinéma, on peut déterminer les aires équivalentes à 1000 Hz avant et après changement des matériaux

doc 3 et doc 5).

On utilii i Si

Avant traitement : S = 2 (53) + 2 (43) + 2(54) = 94 m2

A = 0,02094 = 1,9 m2

Après traitement :

A = Alaine de roche + Amoquette + Aplâtre

A = 0,93 (43) + 0,45 (54) + 0,030 [(54) + 2 (53)+ (43)] = 0,93 12 + 0,45 20 + 0,030 62 = 22 m2

Quant au temps de réverbération on peut le déterminer grâce à la formule de Sabine Tr60 =

0,16V A

V = Llh = 543 = 60 m3

Avant traitement : Tr60 =

0,16 x 60

1,9 = 5,1 s

Après traitement : Tr60 =

0,16 x 60

22 = 0,44 s

5. des matériaux volume de

Synthèse :

connecteurs questions posées.

Les ondes sonores qui sont des ondes mécaniques progressives mécaniques se propagent de façon rectiligne et se

u son émis par une source. Le temps de réverbération, noté Tr60

Dans un auditorium, comme toutes salles de spectacles, salles de cours ou réfectoires le phénomène de réverbération doit être

agissant soit sur le volume de la pièce ou sur les matériaux ion souhaitée de la pièce.quotesdbs_dbs18.pdfusesText_24

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