QCM physique chimie, questions 1 à 4.
Concours Fesic, puissance 11, Lasalle 2016.





1. Onde progressive.
Dans une cuve remplie d'eau, on dispose à une extrémité deux haut-parleurs qui sont reliés à un générateur de fonctions et qui émettent simultanément une impulsion sonore. De l'autre côté de la cuve, on place deux récepteurs, l'un dans l'air, l'autre dans l'eau. Les récepteurs sont à une distance D = 3,0 m des émetteurs et sont reliés à un oscilloscope dont l'oscillogramme est donné ci-dessous.

Données : vitesse du son dans l'air ~ 3 x l02m.s-1 ; vitesse du son dans l'eau ~1,5 km.s-1.
a) Une onde sonore est une onde mécanique transversale. Faux, ( onde longitudinale )
b) Le récepteur placé dans l'eau est branché sur la voie A de l'oscilloscope. Vrai.
Le son se propage plus vite dans l'eau que dans l'air.
c) La durée de balayage de l'oscilloscope est de 2 ms par division. Vrai.
Le retard observé correspond à 4 divisions.
Durée du parcours dans l'eau : 3 / 1500 =2 ms ;
durée du parcours dans l'eau : 3 / 300 = 10 ms ; retard : 8 ms.
d) Pour effectuer cette expérience, l'impulsion sonore doit avoir une durée inférieure à 8 ms. Vrai.
Il faut que les signaux reçus soient bien distincts.
2. Spectroscopie et chimie organique
On fait réagir en milieu acide une molécule A de formule brute C2H4O2 avec le butan-2-ol. La molécule formée est un ester.

a) La molécule A est l'acide éthanoïque. Vrai.

b) Le signal de déplacement chimique à 2,37 ppm correspond au proton de l'atome d'hydrogène lié à l'atome de carbone qui porte la fonction alcool. Vrai.
Le proton alcoolique résonne dans une large plage de déplacement chimique allant de 1,2 à 5 ppm.
c) L'éthanoate de 1-méthylpropyle qui est un produit de cette réaction est une molécule chirale. Vrai.
On peut former un autre ester en faisant réagir la molécule A avec une molécule B isomère de constitution du butan-2-ol.
d) La molécule B est le 2-méthylpropan-l-ol. Vrai.
Isomères de constitution : la différence provient de l'enchaînement des atomes.




3. Fentes d'Young.
On utilise un laser  de longueur d'onde l = 550 nm, deux fentes fines de largeur identique a= 150 µm séparées d'une distance b = 0,525 mm et un écran blanc situé à la distance D = 3,00 m des fentes.

On donne : 5,25 / 1,5 ~3,5 et 5,5 x 3,0 / 5,25 ~3,1.
a. La largeur de la tache centrale de diffraction est donnée par l1 = 2 lD / b. Faux.
b. La largeur l1 de la tache centrale de diffraction est de 2,2 cm. Vrai.
l1 = 2 lD / a = 2 *550 10-9 *3,00 / (150 10-6) =2*0,550*3,00 / 150 = 1,1 *2 cm = 2,2 cm.
La position x des franges brillantes se détermine à l'aide de la relation x = k lD / b.
c. Le point O est un maximum d'intensité. Vrai.
Il correspond à k = 0.
d. Il y a 7 franges brillantes contenues dans l1. Vrai.
k = ±1 ; x =±
550 10-9 *3,00 / (150 10-6) =±5,50 10-3 *3,00 / 5,25 ~3,1 10-3 m = 3,1 mm.
k = ±2 ; x =± 6,2 mm.
k = ±3 ; x =± 9,3 mm.
k = ±4 : x = 1,24 cm, en dehors de l1.









4. Spectroscopie UV- visible.
Elle met en jeu les photons  dont les longueurs d'onde sont dans le domaine de l'ultraviolet (200 nm - 400 nm), du visible (400 nm - 750 nm)
ou du proche infrarouge (750 nm - 1400 nm). Un spectrophotomètre est un appareil qui permet de mesurer l'absorbance A d'une solution à une longueur d'onde donnée ou sur une région donnée du spectre.
On donne la droite d'étalonnage permettant le dosage d'une solution de permanganate de potassium (l = 530 nm) et le spectre d'absorption d'une solution de permanganate de potassium de concentration inconnue

a) L'énergie d'un photon visible est plus grande que celle d'un photon UV. Faux.
L'énergie d'un photon est d'autant plus faible que la longueur d'onde est plus grande.
b) Lorsque le spectre d'une molécule présente un pic d'absorption à une longueur d'onde donnée, les photons émis par la source polychromatique sont tous absorbés par cette molécule. Faux.
A = 10 log ( I0 / I) ; I0 : intensité de la lumière incidente ; I : intensité de la lumière sortante.
c) La concentration de la solution de permanganate de potassium est de 5,0x 10~4 mol.L. Vrai.
d) La solution est de couleur verte. Faux.
La solution a la couleur complémentaire du maximum d'absorption 550 nm ( couleur vert jaune) , c'est à dire le violet.

3. Et si on roulait tous au biocarburant ?
L’objectif de cette partie est de déterminer la surface agricole à mettre en culture avec de la betterave sucrière pour que la France devienne autosuffisante en bioéthanol.
On fait l’hypothèse que la totalité du parc automobile utilise du carburant contenant du bioéthanol obtenu à partir du saccharose extrait de la betterave. Dans cette hypothèse, on estime que le volume de bioéthanol nécessaire au fonctionnement du parc automobile pendant un an est de l’ordre de 3 × 106 m3.
Montrer que la masse de betteraves sucrières qu’il faut pour produire ce volume de bioéthanol est de l’ordre de 2 × 107 tonnes. En déduire l’ordre de grandeur de la surface agricole nécessaire à cette production de betteraves sucrières. Comparer avec la surface agricole française cultivée de 2009.
Masse volumique de l'éthanol : r = 789 kg m-3.
Masse d'éthanol : m = 3 106 * 789 = 2,4 109 kg soit 2,4 109 /0,046 = 5,15 1010 mol.
Masse de saccharose : 5,15 1010 /4  *0,342 =4,4 109 kg.
Masse de betterave sucrières : 4,4 109*30 /5,8 = 2,3 1010 kg ~2 107 tonnes.
Rendement de la culture de betterave sucrière : 74,8 tonnes par hectare ;
surface cultivée en betterave sucrière : 2 107 / 74,8 = 3 105 ha.
Surface agricole française cultivée : environ 10 millions d’hectares  ( 107 ha) ;
La culture de la betterave représenterait 3 % de la surface totale cultivée en France.



  

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