[PDF] [PDF] BACCALAUREAT GENERAL

[PDF] Correction du DS 1

Exercice 2 (12 points) I I 1 D'après le document, un lac est qualifié d'acide si son pH est inférieur à 5,5 : Soit -log [H3O+] < 5,5 [H3O+] >10-5,5 mol∙L-1

[PDF] Chapitre 4 TD 3 Ions et pH Correction Exercice 1 Acide - Free

coca cola Exercice 2 Les lacs acides Un lac acide se forme par l'accumulation d' eaux de précipitations (pluie, neige) dans un cratère de volcan en activité,

[PDF] La problématique des lacs acides au Québec - Ministère de l

Mots clés : précipitations acides, lac, acidification, dépôts acides, réversibilité, Rouyn-Noranda RÉSUMÉ es précipitations acides et leurs effets sur les milieux  

[PDF] EXERCICES ÉPREUVE CHIMIE

a) Pour être qualifié d'acide, un lac de volume V doit contenir au minimum 5,0 millions de moles d'ions oxonium H30+ b) L'ion carbonate C03 2_ est une espèce 

[PDF] BACCALAUREAT GENERAL

EXERCICE 2 – TOUT CANDIDAT – Pluies acides et conséquences – 9 pts pluie, les conséquences de cette acidification sur le pH des lacs de montagne du  

[PDF] les exercices

exercices As-tu bien compris le cours ? 5 Classer des solutions On a mesuré le pH de Ht que d'ions hydroxyde HO est-elle acide ou basique ? 4 Une solution qui plus grand de ces lacs, le lac Poas, se trouve au Costa Rica B2i 4 3/4 5 

[PDF] - 1 - EXERCICE III : PLUIES ACIDES Le pH dun lac situé à proximité

- Oxydation du dioxyde d'azote NO2 en acide nitrique HNO3 NO2 + H2O → HNO3 + H+ + é - Réduction du dioxygène en eau O2 + 

[PDF] RDP : Chaulage dun lac acide CONTEXTE Le chaulage est une

peut également être utilisée pour corriger le pH d'un lac dont l'eau serait trop Le territoire du Québec possède de nombreux lacs appelés « lacs acides » dont  

[PDF] Bonjour, En espérant que vous allez tous bien, voici du travail pour

Ensuite viennent le cours et les exercices du chapitre 5 Le territoire du Québec possède de nombreux lacs appelés « lacs acides » dont le pH est inférieur à 5 

[PDF] Réactions acido-basiques en solution aqueuse

Le pKa d'un couple acide/base dépend à la fois de la concentration de EXERCICE 3 : Ions nitrite dans notre alimentation plusieurs lacs dans le monde

[PDF] chaulage d un lac acide

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[PDF] certificat d'aptitude dentaire militaire

[PDF] imprimé n° 620-4*/9

[PDF] certificat médical d'aptitude militaire

[PDF] certificat de bonne santé dentaire

[PDF] certificat médico-administratif d'aptitude médicale

BACCALAUREAT GENERAL

Sujet blanc

Session 2015

PHYSIQUE - CHIMIE

Série S

Durée de l'épreuve : 3h30

L'usage de la calculatrice est autorisé

Ce sujet comporte 16 pages, numérotées de 1 à 16.

Le candidat ne rendra aucune feuille du sujet.

Les candidats non-spécialistes Physique - Chimie traiteront les exercices 1,2 et 3. Les candidats spécialistes Physique - Chimie traiteront les exercices 1,2 et 3 bis.

1Les rebonds de Mars Pathfinder - 6 pts

2Pluies acides et conséquences - 9 pts

3Autocollant rouge ou bleu - 5 pts

3 bisDes vitrages intelligents - 5 pts

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 1 sur 16

EXERCICE 1 - TOUT CANDIDAT - Les rebonds de Mars Pathfinder - 6 pts Mars Pathfinder est une sonde spatiale de type atterrisseur développée par l'agence spatiale

américaine, la NASA, qui s'est posée sur le sol de la planète Mars le 4 juillet 1997 à Ares Vallis, dans

la région de Chryse Planitia . L'atterrisseur fixe a entamé sa mission en libérant un petit robot mobile,

Sojourner chargé de prospecter la surface à proximité. Mars Pathfinder disposait de plusieurs

instruments scientifiques destinés à analyser l'atmosphère martienne, son climat, la géologie

(composition des roches et du sol). La mission a permis de valider une nouvelle technique d'atterrissage en douceur utilisant des coussins gonflables.

Grappe de coussins gonflables entourant la

sonde (ensemble surnommé framboise à cause de sa forme) Diamètre de l'ensemble : 5 mètresLe robot Sojourner à la surface de Mars

La séquence d'atterrissage débute à 8500 km d'altitude par l'éjection de l'étage de croisière, il est alors

16 h 21 min 55 s en temps universel coordonné. Contrairement aux sondes Viking, Pathfinder ne se

met pas en orbite autour de la planète, il effectue directement sa rentrée, vers 130 km d'altitude, avec

un angle de 14,2°. La sonde est protégée d'un échauffement excessif par un bouclier thermique de

2,65 mètres de diamètre. Grâce à ce freinage " naturel », la vitesse de Pathfinder est réduite à

1440 km/h. Alors que le sol n'est plus qu'à 9,4 km, un parachute de 11,5 m de diamètre est éjecté. La

vitesse de Pathfinder tombe à 234 km/h. Vingt secondes plus tard, le bouclier thermique est éjecté.

Vingt autres secondes s'écoulent avant que la sonde ne soit descendue au bout d'un filin (bride) de

kevlar de 30 mètres de long, dont l'extrémité est fixée au bouclier supérieur (attaché au parachute).

La distance au sol n'est plus que de 6,6 km. Quand elle n'est plus que de 300 m, huit secondes avant

le contact avec le sol, la grappe des 24 ballons protecteurs se gonfle tout autour d'elle en moins d'une

seconde. Deux secondes plus tard, alors que la sonde n'est plus qu'à 50 m du sol, les trois rétrofusées

rivetées sur le bouclier supérieur s'allument, stoppant instantanément l'ensemble en plein ciel.

Presque simultanément, la bride de kevlar qui reliait la sonde au bouclier supérieur est sectionnée :

Pathfinder parcourt les vingt derniers mètres qui la séparent du sol à la vitesse de 90 km/h. Mars

Pathfinder a rebondi quinze à vingt fois sur ses airbags, parfois sur des rochers, avant de se stabiliser.

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 2 sur 16

Schéma synthétique de l'arrivée sur Mars

Quelques données physiques :

Masse de MarsMM = 6,42.1023 kg

Rayon de Mars RM = 3394 km

Masse de la sonde, étage de croisière comprism = 870 kg Constante de gravitation universelleG = 6,67.10-11 m3.kg-1.s-2

Partie A : étude de la phase d'approche du sol

1/Exprimer littéralement et en fonction des données de l'énoncé la norme de la force

gravitationnelle créée par Mars sur l'appareil juste avant la séparation de l'étage de croisière.

2/Calculer la valeur numérique de cette force.

3/Déterminer l'heure en temps universel coordonné à laquelle l'atterrisseur a touché le sol martien.

Partie B : étude des rebonds à la surface de Mars La valeur du champ de pesanteur g(h) à l'altitude h de Mars est :g(h)=GMM (RM+h)2

1/Montrer par des calculs numériques que l'on peut considérer que la valeur du champ de pesanteur

martien est la même entre le sol et 30,0 m d'altitude.

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 3 sur 16

A partir du sectionnement de la bride, à 30 m d'altitude, on considère que seul le champ de pesanteur

martien agit sur l'atterrisseur. On prendra g = 3,72 N.kg-1 dans la suite comme valeur de ce champ de pesanteur. L'atterrisseur touche le sol en O avec un vecteur vitesse ⃗vAfaisant un angle α avec

l'horizontale, ensuite il effectue son premier rebond, grâce à la présence des airbags gonflés. On

assimilera le sol à un plan horizontal et lisse pour la suite de la modélisation. Au moment du premier impact, les mesures effectuées donnent : - vitesse horizontale vhor de l'atterrisseur = 20,0 m.s-1 - vitesse verticale vver = 12,5 m.s-1

2/Calculer la norme de la vitesse vA ainsi que la valeur de l'angle α.

Lors du premier rebond, l'atterrisseur remonte avec une vitesse v1 faisant le même angle

α avec

l'horizontale (voir schéma ci-dessous). Une partie de l'énergie de la " framboise " étant dissipée lors

du choc, la valeur de v1 vaut 94,0 % de celle de vA. On travaillera dans la suite dans un référentiel martien supposé galiléen.

3/Déterminer l'expression du vecteur accélération de l'atterrisseur en fonction du vecteur champ de

pesanteur martien. Exprimer les composantes (coordonnées) du vecteur accélération dans le repère d'étude (O,Ox,Oy)

4/Déterminer les équations horaires de la vitesse - vx(t) et vy(t) - en fonction de vA, g,

αet t .

5/Déterminer les équations horaires du mouvement - x(t) et y(t) - en fonction de vA, g,

αet t .

6/En déduire alors l'équation cartésienne y =f(x) de la trajectoire de l'atterrisseur correspondant au

premier rebond.

7/Calculer la durée du premier rebond (On prendra vA = 23,6 m.s-1 et

α= 32,0° en cas d'échec).

On rappelle les expressions de la flèche et de la portée de la trajectoire : ① ②①yF=v12sin2α 2g ②xP=v12sin(2α) g

8/Calculer la flèche et la portée du premier rebond.

La relation permettant de calculer la flèche des rebonds ultérieurs pour le rebond numéro n est la

suivante : (yF)n=(vA⋅0,94n)2sin2α 2g

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 4 sur 16

On donne ci-après la courbe représentative de la valeur de (yF)n en fonction de n :

9/Déterminer le nombre de rebonds réalisés par l'atterrisseur avant de s'immobiliser (justifier).

Proposer une explication à l'éventuelle différence constatée avec les informations du texte de

présentation.

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 5 sur 16

EXERCICE 2 - TOUT CANDIDAT - Pluies acides et conséquences - 9 pts Les précipitations sont naturellement acides en raison du dioxyde de carbone présent dans

l'atmosphère. Par ailleurs, les activités humaines et leurs rejets dans l'atmosphère participent à

l'acidification de l'eau de pluie.

Dans cet exercice on se propose d'étudier les processus qui conduisent à l'acidification de l'eau de

pluie, les conséquences de cette acidification sur le pH des lacs de montagne du Canada et sur les

gouttières en zinc. Cet exercice comporte trois parties indépendantes.

1. Les processus d'acidification des précipitations

Document 1 : Acidité naturelle de l'eau de pluie non polluée

Le dioxyde de carbone atmosphérique réagit avec l'eau des nuages pour former l'acide carbonique

H2CO3(aq). Il s'agit d'un diacide dont les couples acide/base sont H2CO3(aq) / HCO3-(aq) pKA1 = 6,4 et

HCO3-(aq) / CO32-(aq) pKA2 = 10,4.

Ce diacide réagit à son tour avec l'eau, ce qui entraîne un pH voisin de 5,6 pour une eau de pluie

normale, c'est-à-dire non polluée. Document 2 : Pluies acides, définition et exemples

Des polluants libérés dans l'atmosphère sont susceptibles de faire baisser le pH de l'eau de pluie.

Pour des pH inférieurs à 5,6 on parle de pluies acides.

En 1979, le pH de précipitations tombées à Weeling, en Virginie (Etats-Unis), est mesuré à 1,5.

En 1974, la Corse a connu des pluies de pH = 2,5

A Dianbai, en Chine, en 2009, le pH relevé était de 3,17. Document 3 : Pollution et acidification des eaux de pluies

Les polluants responsables de l'acidification des précipitations sont principalement le dioxyde de

soufre SO2(g) et le dioxyde d'azote NO2(g) qui se dissolvent dans l'eau en formant de l'acide sulfurique

H2SO4(aq) et de l'acide nitrique HNO3(aq), lesquels retombent ensuite au sol sous forme de pluies,

neiges, dépôts secs et dépôts gazeux, et ce, après avoir parcouru des milliers de kilomètres.

1.1. Ecrire l'équation de la réaction de formation de l'acide carbonique à partir du dioxyde de

carbone atmosphérique et de l'eau des nuages.

1.2. Ecrire les demi-équations correspondant à chacun des couples de l'acide carbonique. Pourquoi

qualifie-t-on l'acide carbonique de " diacide » ?

1.3. Placer sur un diagramme de prédominance les espèces H2CO3(aq) , HCO3-(aq) et CO32-(aq) et en

déduire sous quelle forme se trouve l'acide carbonique dans l'eau de pluie non polluée.

1.4. En déduire l'équation de la réaction qui a lieu entre l'acide carbonique H2CO3(aq) et l'eau.

1.5. La formation d'acide sulfurique dans l'eau de pluie à partir du dioxyde de soufre se fait en deux

étapes : réaction de SO2 avec le dioxygène pour former SO3 puis réaction de SO3 avec l'eau pour

former H2SO4. Ecrire ces 2 réactions en utilisant simplement la conservation des éléments chimiques.

1.6. La formation de l'acide nitrique dans l'eau à partir du dioxyde d'azote fait intervenir les couples

oxydant/réducteur NO2(g) / NO(g) et HNO3(aq) / NO2(g). Etablir l'équation de la réaction de formation de

l'acide nitrique.

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 6 sur 16

2. Chaulage des lacs

Document 4 : Lacs acides du Québec

Le territoire du Québec possède de nombreux lacs appelés "lacs acides» dont le pH est inférieur à 5,5. Cette acidification est généralement survenue au cours des 40 à 100 dernières années. L'acidité des précipitations, entraînant l'acidification des lacs. Les mesures des sulfates SO42-(aq) et des nitrates NO3-(aq) sont utilisées comme indicateurs des apports en acides sulfurique H2SO4(aq) et nitrique HNO3(aq). Certaines communes du Québec ont utilisé une technique appelée chaulage pour lutter contre

l'acidification de leurs lacs. Ils ajoutent par hélicoptère du carbonate de calcium CaCO3(s) afin de faire

remonter le pH de l'eau du lac.

D'après La problèmatique des lacs acides au Québec, J. Dupont , Ministère du Développement

Durable de l'Environnement et des Parcs

Document 5 : Dosage des ions nitrate dans l'eau

Il est possible de doser par spectrophotométrie les ions nitrate présents dans l'eau.

En présence d'acide 2,4-phénoldisulfonique, les ions NO3-(aq) réagissent avec apparition d'une

coloration jaune. Le spectre de la solution obtenue est donné ci-dessous.

La concentration des ions NO3-(aq) de cette solution peut alors être déterminée par la mesure de son

absorbance à une certaine longueur d'onde.

Il faut préalablement réaliser une échelle de teintes. On prépare 15 solutions aqueuses d'ions nitrate

de concentration connue en ions nitrate, en présence d'acide 2,4-phénoldisulfonique. On mesure l'absorbance A de chaque solution à une certaine longueur d'onde. On trace ensuite le graphique A = f([NO3-(aq) ]) et on obtient le graphique ci-dessous. Courbe d'étalonnage A = f([NO3-(aq) ]) Spectre d'absorption de la solution d'ions nitrate en présence d'acide

2,4-phénoldisulfonique

2.1. L'acide nitrique est un acide fort, l'acide sulfurique est un diacide fort. Ecrire les équations des

réactions de chacun de ces acides avec l'eau.

2.2. Pourquoi les ions sulfate et nitrate sont-ils utilisés comme " indicateurs des apports en acide

sulfurique et nitrique» ?

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 7 sur 16

2.3. Expliquer à quelle longueur d'onde on doit se placer pour mesurer l'absorbance des solutions du

document 5.

2.4. Montrer que le graphique A = f([NO3-(aq) ]) est conforme à la loi de Beer-Lambert et déterminer

l'équation de la droite en précisant l'unité des grandeurs qui interviennent.

2.5. On effectue un prélèvement de l'eau d'un lac. On ajoute de l'acide 2,4-phénoldisulfonique et on

mesure l'absorbance de la solution obtenue. On mesure A = 0,89. En déduire la concentration en ions nitrate de l'eau du lac.

2.6. On considère un lac acide de volume V = 5,0.108 m3 dont le pH vaut initialement 5,2. Donner la

relation entre le pH et la concentration en ions oxonium [H3O+(aq)]. En déduire la concentration en

ions oxonium du lac.

2.7. On souhaite remonter le pH du lac par ajout de carbonate de calcium, une base que l'on notera

schématiquement B2- (attention, c'est bien " 2- »). Ecrire la réaction supposée totale entre cette base

et les ions oxonium de l'eau du lac.

2.8. Calculer la quantité de matière (en mol) de base qu'il faudra ajouter dans le lac pour atteindre

pH = 6,0.

2.9. Quel est le coût de l'opération si la base utilisée est du carbonate de calcium de masse molaire

M = 100 g.mol-1 et dont le prix est de 50 € la tonne? Commenter le résultat.

3. Sur le zinc

Très souvent, les pluies s'écoulant des toits sont recueillies par des gouttières métalliques, constituées

de zinc. Le zinc est un métal qui réagit en milieu acide selon la réaction d'équation suivante :

Zn(s) + 2H3O+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(ℓ)

3.1. S'agit-il d'une réaction acido-basique ou d'une réaction d'oxydoréduction ? Justifier en donnant

les couples auxquels appartiennent chacun des deux réactifs (Zn(s) d'une part et H3O+(aq) d'autre part).

3.2. Suivi cinétique de la transformation.

Pour étudier la transformation correspondant à l'attaque acide du zinc, on réalise l'expérience dont le

schéma simplifié est représenté sur la figure 1 : À l'instant de date t = 0 s, on verse rapidement VA = 100,0 mL de solution d'acide sulfurique de concentration en ions oxonium [H3O+(aq)] = 0,40 mol.L-1 sur m = 0,654 g de poudre de zinc.

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 8 sur 16

La formation de dihydrogène à l'état gazeux crée une surpression dans l'erlenmeyer. Les mesures de

pression effectuées à différentes dates par un capteur permettent de déterminer la quantité n(H2(g)) de

dihydrogène produit et ainsi d'en déduire l'évolution de l'avancement x(t) de la réaction au cours du

temps comme indiqué sur la figure 2.

3.2.1. Donner la relation liant la quantité de dihydrogène produit n(H2(g)) à un instant t et la valeur de

l'avancement x(t) à ce même instant.

3.2.2. Définir le temps de demi-réaction t1/2 puis déterminer sa valeur en expliquant la démarche.

3.2.3. On considère ici que la réaction est terminée au bout de 6 fois t1/2. Estimer alors la durée de

réaction.

3.3. Facteurs cinétiques

On cherche à montrer l'influence de la concentration en ions oxonium. On reprend le montage de la figure 1 et on réalise les trois expériences présentées dans le tableau ci-dessous.

TABLEAU 1

Expérience 1Expérience 2Expérience 3

Température (°C)252525

Masse initiale de zinc (g)0,6540,6540,654

Forme du zincpoudrepoudrepoudre

Volume de la solution d'acide sulfurique

versée (mL)100100100

Concentration initiale en ions oxonium

(mol/L)0,500,250,40

Pour chacune des expériences 1, 2 et 3, on a tracé sur la figure 3 les trois courbes (a), (b) et (c)

représentant l'avancement de la réaction lors des 60 premières minutes.

BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 9 sur 16

3.3.1. Associer, en le justifiant rigoureusement, à chacune des courbes de la figure 3 le numéro de

l'expérience 1, 2 et 3 correspondante.

3.3.2. On cherche à montrer l'influence de la forme du zinc (division et état de surface). On reprend

le montage de la figure 1 et on réalise trois nouvelles expériences présentées dans le tableau ci-

dessous.

TABLEAU 2

Expérience 4Expérience 5Expérience 6

Température (°C)252525

Masse initiale de zinc (g)0,6540,6540,654

Forme du zincpoudregrenaille récemment

fabriquéegrenaille de fabrication ancienne recouverte d'une couche de carbonate de zinc

Volume de la solution

d'acide sulfurique versée (mL)100100100

Concentration initiale en

ions oxonium (mol/L)0,500,500,50 BACCALAUREAT BLANC PHYSIQUE - CHIMIEPage 10 sur 16

On trace les courbes x = f(t) pour les trois expériences et on obtient le graphique de la figure 4 ci-

dessous.

3.3.2.1. A partir des courbes obtenues lors des expériences 4 et 5 (fig.4) et de vos connaissances,

indiquer quelle est l'influence de la surface de zinc en contact avec la solution sur la vitesse de réaction.

3.3.2.2. En milieu humide, le zinc se couvre d'une mince couche de carbonate de zinc qui lui donne

un aspect patiné. A partir des courbes obtenues (fig.4) et de vos connaissances, indiquer quelle est

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