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Lycée Pierre Corneille 2015/2016
1/11BACCALAUREAT BLANC
SESSION février 2016
PHYSIQUE-CHIMIE
Série S
: 3 h 30 COEFFICIENT : 6EST autorisé
Quelques conseils :
1. Lire la totalité du sujet plusieurs fois
2. Réserver une copie par exercice
3. Soigner la présentation et la rédaction (utiliser le brouillon !)
4. 5.6. Respecter le nombre de chiffres significatifs
7. Avoir un regard critique sur les résultats (cohérent, vraisemblable)
Bon courage !
Ce sujet comporte 11 pages numérotées, y compris celle-ci. Ce sujet comporte trois exercices qui sont indépendants les uns des autresI- Détermination expérimentale du pKa
Le bleu de bromophénol (5 points)
II- (10 points)
III- Pollution au plomb (5 points)
Lycée Pierre Corneille 2015/2016
2/11 EXERCICE I : Détermination expérimentale du pKa Le bleu de bromophénol (5 points)Le bleu de bromophénol est un indicateur coloré dont la forme acide, notée Hln, est
jaune et dont la forme basique, notée In , est bleue.Document 1 : à propos de la solution S0
Préparation de la solution
0 de bleu de
bromophénol de concentration molaire en soluté apporté C0 = 3,0.10 -5 mol.L-1. On considère un volume V = 100 mL de cette solution S0 dont le pH est de 4,7.Document 2 : Préparation de la solution S1
On prépare une première solution S1 à partir de la solution S0. À un litre de la solution S0 on ajoute 1,0.10-2 H3O+ en ncentré. solution. La solution S1 obtenue est jaune, de pH = 2,0 et de concentration molaire en bleu de bromophénol apporté C0 = 3,0.10 - 5 mol.L-1.Document 3 : Préparation de la solution S2
On prépare une deuxième solution S2 à partir de la solution S0. À un litre de la solution S0, on ajoute 1,0.102 OH par L du volume de la solution. La solution S2 obtenue est bleue, de pH = 12,0 et de concentration en bleu de bromophénol apporté C0 = 3,0.10 5 mol.L-1.Lycée Pierre Corneille 2015/2016
3/11Document 4 : Réalisation expérimentale d'un diagramme de distribution des espèces par
spectrophotométrie Dans un bécher contenant un volume quelconque de la solution S1, on ajoute de la solution S2 de façon à obtenir successivement des solutions dont les pH sont donnés dans le tableau ci-dessous. pH donné est réalisée, on mesure par spectrophotométrieA du mélange.
utilisée par le spectrophotomètre, seule la forme basique In absorbe.On obtient les résultats suivants :
On admet que, pour toutes les solutions obtenues par mélange des solutions S1 et S2 en proportions quelconques : la concentration molaire en bleu de bromophénol apporté est C0 = 3,0.10-5 mol.L-1. [HIn] + [In] = C0. ne solution est liée à la concentration molaire [X] en espèce absorbante par : A = k. [X] où k est une constante.Le traitement des données expérimentales permet d'obtenir le diagramme de répartition des
espèces suivant : pH 2,0 2,5 3,0 3,5 3,9 4,1 4,5A 0,02 0,06 0,21 0,54 0,85 1,02 1,22
pH 4,7 5,1 5,6 6,2 6,7 8,0 12A 1,37 1,53 1,59 1,63 1,66 1,66 1,66
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4/11Première partie : Étude de la solution S0
1. Calculer la quantité de matière de bleu de bromophénol n0 initialement introduite
dans 100 mL de solution S0.2. HIn est un acide.
2.1. 2.2.Hln(aq) + H2O(l)
ln (aq) + H3O +(aq) Donner les couples acide-base intervenant dans cette équation. 3. éventuellement max et xf, déterminer si cetteréaction est totale ou limitée. La démarche suivie doit être précisément justifiée et expliquée.
Deuxième partie : Étude de deux solutions
1. Quelle espèce chimique du couple de
solution S1 ? dans la solution S2 ? Justifier.2. Pour la solution S2, molaire de la forme
acide Hln est négligeable. Quelle est alors la valeur de la concentration molaire de la forme basique In ? Troisième partie : Étude spectrophotométrique1. Calcul des concentrations des espèces In et Hln.
1.1. , dans les conditions expérimentales du
document 4, est donnée par : A = k.[ln]1.2. Pour la solution S2 de pH = 12,0
max et la concentration molaire en bleu de bromophénol apporté C0 vérifient la relation : Amax = k.C0. En déduire la valeur du coefficient k et préciser son unité.1.3. Calculer les concentrations molaires des espèces In et Hln présentes dans le mélange lorsque
-ci est égale à 0,83. proposé dans le document 4, donnant les concentrations des espèces Hln et In en fonction du pH.2.1. Déterminer à partir de ce graphique les domaines de prédominance des formes acide
et basique du bleu de bromophénol.2.2. -.
2.3. Retrouver la relation entre pH, pKa, [Hln] et [ln].
2.4. Déterminer la valeur du pKa du bleu de bromophénol. Expliquer précisément la démarche.
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5/11EXERCICE II : Félix Baumgartner (10 points)
Les deux parties de cet exercice sont indépendantes.Partie A : Le grand saut
Le dimanche 14 octobre 2012, Félix Baumgartner est entré dans l'histoire en s'élançant de la stratosphère à plus de 39000 m d'altitude. Félix Baumgartner a sauté depuis la nacelle d'un ballon avec une vitesse initiale nulle. Au cours de la première phase de sa chute qui a duré quatre minutes et vingt secondes, il a atteint une vitesse de pointe de 1342 km.h-1, soit MACH 1,24 ! Dans une seconde phase, il a ouvert son parachute. Au total, son saut depuis la stratosphère a duré neuf minutes et trois secondes. Avec ce saut, trois records du monde ont été battus : - " la chute la plus rapide » : il atteint une vitesse maximale de 1342 km.h-1 - " le saut le plus haut » : 39045m (ancien record : 31333 m) - le plus haut voyage en ballon d'un homme : 39045m (ancien record : 34668 m)Données :
- La chute d'un objet est dite libre si l'objet n'est soumis qu'à l'action de la Terre, et si onpeut négliger l'action de l'air. Lorsque l'action de l'air n'est pas négligeable, l'effet de l'air est
d'autant plus important que la vitesse de chute est grande. - MACH 1 représente la vitesse du son à l'altitude considérée - Masse de Félix Baumgartner et de son équipement : m = 120 kg - constante de gravitation universelle G = 6,67 x 10-11 USI - masse de la Terre MT = 5,98 x 1024 kg - rayon de la Terre RT = 6380 km - La poussée d'Archimède sera négligée dans toute cette partie Document 1 : Description de l'atmosphère terrestre :Zone de
l'atmosphère troposphère stratosphère mésosphère thermosphère Altitude en km De 0 à 10 De 10 à 50 De 50 à 80 Plus de 80Masse volumique
moyenne de l'air en kg.m-3 Entre 1 et 0,1 Entre 0,1 et 10-3 Entre 10-3 et 10-5 Moins de 10-5Lycée Pierre Corneille 2015/2016
6/11Document 2 : évolution de l'altitude z de Félix Baumgartner par rapport au sol jusqu'à
l'ouverture de son parachute.1. L'intensité de la pesanteur
1.1. Le système constitué par le parachutiste et son équipement subit, de la part de la Terre,
une force de gravitation F . Exprimer littéralement la valeur F de cette force en fonction de la masse de la Terre MT, du rayon de la Terre RT, de la constante de gravitation universelle G, de la masse m du système et de son altitude z.1.2. Déterminer les unités de la constante de gravitation universelle G dans les unités
fondamentales du système international.1.3. On assimile le poids à la force de gravitation. En déduire l'expression littérale de l'intensité
g de la pesanteur à l'altitude z.1.4. Calculer l'intensité de la pesanteur à l'altitude 39045 m. Comment évolue l'intensité de
pesanteur au cours de la chute ? Justifier.2. Etude de la première phase du saut de Félix Baumgartner avec le modèle de la chute
libreDans un référentiel terrestre supposé galiléen, le repère choisi possède un axe Oy vertical
orienté vers le basFélix Baumgartner. Dans cette première phase, on admet que l'accélération de la pesanteur g est égale à 9,7 m.s-2.Lycée Pierre Corneille 2015/2016
7/112.1. Établir l'expression de l'accélération de Félix Baumgartner lors de cette phase du saut. De
quel type de mouvement s'agit-il ?2.2. Montrer que l'équation horaire de son mouvement est :
2gt2 1ty)(2.3. En déduire la date t1 correspondant au record de vitesse de Félix Baumgartner.
2.4. Quelle distance Félix Baumgartner a-t-il parcourue lorsqu'il atteint cette vitesse maximale ?
Quelle est alors son altitude h1 ? (à donner avec 2 chiffres significatifs)2.5. En réalité la distance parcourue par Félix Baumgartner lorsqu'il atteint sa vitesse maximale
est supérieure à celle calculée à la question 2.4. Proposer un argument qui permette d'invalider
le modèle de la chute libre.3. Étude de la deuxième phase du saut de Félix Baumgartner
3.1. A l'aide des documents, déterminer approximativement l'altitude à laquelle Félix
Baumgartner ouvre son parachute.
On suppose que le système a un mouvement rectiligne uniforme après l'ouverture du parachute et jusqu'à l'arrivée au sol.3.2. Etablir un bilan de forces s'exerçant sur Félix Baumgartner et les représenter sur un
schéma en respectant la cohérence physique.3.3. Déterminer la valeur de la vitesse du système durant cette phase du mouvement, en
expliquant précisément la démarche.Partie B
Document 1 : Quelques données
Théo :
fréquence maximale contenue dans ce signal, afin de le numériser correctement ;Débit binaire :
Le débit binaire D est la mesure de la quantité de données numériques N transmises par unité de temps ǻ : t NDLycée Pierre Corneille 2015/2016
8/11Document 2 : La radiodiffusion
La radiodiffusion consiste à transmettre un signal audio par les ondes hertziennes (de même nature que les ondes lumineuses) voyageant dans re (parole, musique) dans une bande de fréquences, appelée canal fréquentiel. Cette opération modulation. La radiodiffusion commence dans les années 1960, avec quelques stations grandes ondes » et les stations émettent dans une bande de fréquences comprises entre 150 kHz et260 kHz, pour des communications à moyenne distance (500 à 1 000 km). La longueur
Apartir des années 1980, apparaît la FM (modulation de fréquence). Les stations FM sont
ondes " ultra-courtes ». La qualité radio est meilleure que pour les grandes ondes, elle permet
0 km. Ces stations radio (AM et FM) diffusent en
analogique. La radio numérique terrestre RNT (174 MHz à 230 MHz) a été lancée en juin 2014 en France. La RNT est basée sur le principe du ne radio à la fois, en RNT chaque fréquence véhicule plusieurs services de radios, leur nombre variant en fonction du débit qui estalloué individuellement: plus ce débit est important, meilleure sera la qualité sonore, mais moins
le nombre de services sera important. Chaque canal fréquentiel peut faire passer 10 stations de radios passant par un organismechargé de les multiplexer. Le débit binaire de ce type de station est compris entre 80 kbits/s et