Préparation au Bac - Spécialité
Exercices de préparation
Exercice 1 : Dosage conductimétrique : déterminer la conductance d'une solution diluée
L’hypocalcémie, carence de l’organisme en élément calcium, peut être traitée par injection intraveineuse
d’une solution de chlorure de calcium \( \left( Ca^{2+}_{(aq)} + 2Cl^{-}_{(aq)} \right) \).
Un dosage conductimétrique est mis en œuvre afin de déterminer la concentration en soluté apporté
\( C \left( CaCl_2 \right) \) de la solution injectable.
On dispose de solutions étalons \( S_i \) de concentrations en soluté apportées connues
\( C_i \left( CaCl_2 \right) \).
La courbe ci-dessous représente les conductances \( G_i \) de ces différentes solutions.
Le contenu d’une ampoule de solution injectable a été dilué \( 80 \) fois. La mesure de la conductance de cette solution diluée, dans les mêmes conditions expérimentales, donne : \( G’ = 3,0 mS \).
Déterminer la valeur de la concentration en soluté apporté \( C’ \) de la solution diluée.On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs et suivie de l'unité qui convient.
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs et suivie de l'unité qui convient.
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs et suivie de l'unité qui convient.
Exercice 2 : Calcul du rendement d'une réaction autour du paracétamol
Le paracétamol \( (C_8H_9NO_2) \) est un médicament fréquemment prescrit pour lutter
contre la douleur et la fièvre.
Le paracétamol est obtenu au laboratoire par réaction entre le para-aminophénol \( (C_6H_7NO) \)
et l'anhydride éthanoïque \( (C_4H_6O_3) \), selon la réaction d'équation :
\[ C_6H_7NO + C_4H_6O_3 \longrightarrow C_8H_9NO_2 + C_2H_4O_2 \]
La quantité initiale de para-aminophénol, le réactif limitant dans cette expérience,
est \( n_0 = 9,54 \times 10^{-2} mol \).
- Masse molaire du paracétamol : \( M(P) = 151 g \cdot mol^{-1} \)
On donnera la réponse avec trois chiffres significatifs, suivi de l'unité qui convient.
La masse de produit sec \( m_p \) obtenue est égale à \( 11,90 g \).
Calculer la quantité de matière de paracétamol obtenue.On donnera la réponse avec trois chiffres significatifs, suivi de l'unité qui convient.
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs.
Exercice 3 : Type Bac - Accélérateur linéaire Linac2 du CERN : mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique uniforme
L’accélérateur linéaire « Linac2 » permet de communiquer une vitesse importante aux protons que les chercheurs utilisent ensuite dans les expériences menées au laboratoire européen pour la physique des particules (CERN) afin d’explorer la structure de la matière. Les protons, initialement au repos, atteignent l’énergie de \( 50 MeV \) à la sortie de l’accélérateur. Ils pénètrent alors dans le « Synchrotron injecteur », le maillon suivant de la suite d'accélérateurs du CERN, qui les porte à une énergie encore plus élevée. D’après www.home.cern.fr
- - Charge du proton : \( e = 1,60 \times 10^{-19} C \).
- - Masse du proton : \( m_p = 1,67 \times 10^{-27} kg \).
- - Champ de pesanteur terrestre : \( g = 9,81 m\mathord{\cdot}s^{-2} \).
- - \( 1eV = 1,60 \times 10^{-19} J \).
- - \( 1MV = 10^{6}V \).
« Linac2 » est un accélérateur linéaire dans lequel les protons passent par une succession de zones modélisables par des condensateurs plans et où règne un champ électrique et de zones où ne règne aucun champ électrique. Cet exercice porte sur l'étude de l’accélération initiale des protons par un condensateur plan.
Accélération initiale des protons dans un premier condensateur plan
Un proton entre dans le condensateur plan avec une vitesse initiale nulle en \( O \).
Une tension électrique positive \( U = V 1 – V 2 \) est appliquée entre les
plaques du condensateur séparées d’une distance \( d \).
Le champ électrique \( \overrightarrow{E} \) créé entre les plaques est
supposé uniforme, dirigé dans le sens de l’axe \( Ox \) et de norme
\( E = \dfrac{U}{d} \).
Les plaques sont percées en \( O \text{ et } S \) pour laisser passer les protons.
- - Distance entre les plaques : \( d = 11,0 cm \).
- - Tension électrique appliquée : \( U = V 1 – V 2 = 3,60 MV \).
Le mouvement du proton dans le condensateur est étudié dans le référentiel terrestre supposé galiléen.
1. Représenter le vecteur champ électrique \( \overrightarrow{E} \) au point \( M \) sur le schéma ci-dessous.Échelle : 1 carreau représente \( 10 MV \cdot m^{-1} \).
On arrondira au carreau le plus proche.
On donnera un résultat avec 3 chiffres significatifs.
Dans le reste de l'exercice, on négligera l'effet de la pesanteur sur le proton.
3. Déterminer l'expression du vecteur accéleration du proton \( \overrightarrow{a} \) en fonction de \( m_p, e \text{ et } \overrightarrow{E} \).On donnera un résultat en \( m \mathord{\cdot} s^{-1} \), avec 3 chiffres significatifs, en précisant l'unité.
Exercice 4 : Déterminer la concentration en diiode d’une solution antiseptique à l’aide d’un spectrophotomètre
On désire déterminer la concentration en diiode d’une solution antiseptique à l’aide d’un spectrophotomètre.
On dispose de six solutions aqueuses de diiode de concentrations \( C \) différentes. Parmi les espèces
chimiques présentes dans cette solution antiseptique, le diiode est la seule espèce qui absorbe à la
longueur d’onde \( \lambda = 500 nm\). La mesure de l’absorbance \( A \) de chaque solution est donc
réalisée à cette longueur d’onde.
Le spectrophotomètre peut mesurer des absorbances de \( A_{min} = 0 \) à \( A_{max} = 3.0 \). Les
résultats obtenus permettent de tracer la courbe d’étalonnage \( A = f \left( C \right) \) ci-contre.
On obtient la courbe de titrage suivante :
Déterminer la valeur de \( C_{max} \).
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Déterminer la concentration en quantité de matière \( {C}_1 \) en diiode de la solution \( {S}_1 \).
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 5 : Réactions d'oxydoréduction et intensité d'une pile.
Le but de cet exercice est de décrire le fonctionnement d'une pile puis d'étudier une application de celle-ci. On considère deux demi-piles et une solution d'électrolyte basique assurant le contact entre celles-ci.
- - Demi-pile 1 : \( Ag(s) \longrightarrow Ag^{+}(aq) + e^{-} \)
- - Demi-pile 2 : \( MnO_{2}(s) + 4H^{+}(aq) + 2e^{-} \longrightarrow Mn^{2+}(aq) + 2H_{2}O \)
Voici un schéma de la pile débitant dans une résistance, notée \( R \).
Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction modélisant la transformation chimique qui se produit lorsque la pile fonctionne.On utilisera le symbole \( \longrightarrow \) du clavier virtuel.
Exemple de réponse : \( Fe^{3+}(aq) \)
On cherche maintenant à déterminer l'autonomie d'un appareil alimenté par ce type de pile. Pour cela on réalise une expérience de décharge de celle-ci dans un circuit comportant une résistance \( R = 28\:Ω \). On enregistre la valeur de la tension \( U \) aux bornes de cette résistance en fonction du temps.
Déterminer la capacité électrique à partir du graphique ci-dessus.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat en secondes et avec 3 chiffres significatifs.