QCM physique chimie, questions 5 à 8.
Concours Fesic, puissance 11, Lasalle 2016.

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5. Mouvement d'une charge électrique.
Un condensateur plan est constitué de deux armatures planes horizontales distantes de d, soumises à une différence de potentiel UAB = VA-VB =10 kV, où VA (respectivement VB) est le potentiel de l'armature A (respectivement B). Le champ électrostatique entre les armatures est uniforme, de valeur 5,0x l04 V.m-1.
Au point O de coordonnées (0 ;0), une particule de charge q pénètre, avec une vitesse v0 selon l'axe (Ox), dans la zone où règne le champ électrostatique et décrit la trajectoire représentée sur le schéma ci-dessous.
Donnée : Valeur absolue de la charge de la particule |q| = e = 1,6 10-19 C.


a)  La distance séparant les deux armatures est de 20 cm. Vrai.
AB = UAB / E = 10 103 / (5 104) = 1/5 = 0,20 m = 20 cm.
b) L'intensité de la force électrostatique est de 8,0 x 10-14 N. Faux.
F = |q| E = 1,6 10-19 * 5 104 = 8,0 10-15 N.
c) La charge de la particule est positive. Faux.
L'armature A est chargée positivement (VA > VB) ; la particule déviée vers A porte une charge négative.
d) Sachant que les équations horaires du mouvement de la particule sont
x(t) = v0t et y(t) = eE / (2m)t2
l'équation de la trajectoire de la particule est y = eE / (mv02) x2. Faux.
t = x / v0, repport dans y :
eE / (2mv02) x2.

6. Titrage acido-basique.
L'organisme humain puise la vitamine C dans les aliments tels que les fruits et légumes. Une carence prolongée provoque des pathologies qui conduisent le médecin à prescrire un complément en comprimé. Pour vérifier la masse de vitamine C dans un comprimé, on décide de réaliser un titrage acidobasique suivi par conductimétrie. La représentation de l'évolution de la conductivité s du mélange en fonction du volume V de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium versé se trouve parmi les 4 graphes ci-dessous.

On dispose au laboratoire de deux solutions d'hydroxyde de sodium (Na+ ( a q ) + HO- ( a q ) ) :
• une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium S1 de concentration CB l =0,10 mol/L
• une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium S2 de concentration CB 2=0,010 mol/L.
Pour ce titrage, on dissout un comprimé entier contenant une masse égale à 176 mg d'acide ascorbique dans un volume V = 200,0 mL d'eau, puis on en prélève un volume V= 20,0 mL que l'on titre par la solution S1.
Données :
• pKa(vitamine C / ion ascorbate) = 4,1 à 37°C ;
• Masse molaire moléculaire de l'acide ascorbique M = 176 g / mol ;
• Conductivités molaires ioniques (en mS.m2.mol-1) à 25° C :
l(Na+) = 5,0; l(HO-) = 20; l(ion ascorbate) = 3,4 ;
• pH de la salive compris entre 5,5 et 6,1.
a) L'ion ascorbate est la forme de la substance active ingérée lors de la prise du comprimé de vitamine C sur la langue. Faux.
A pH inférieur à pKa, la forme AH acide ascorbique prédomine.
b) Le volume de solution S1 versé à l'équivalence est Ve = 10,0 mL. Faux.
n( acide ascorbique) = 0,176 / 176 =1,0 10-3 mol ;
[acide ascorbique] = n /V = 1,0 10-3 / 0,200 =5,0 10-3 mol.
Ve = [acide ascorbique] V / C1 = 5,0 10-3 *0,020 / 0,10 = 1,0 10-3 L = 1,0 mL.
c) La courbe n°3 correspond à l'allure de l'évolution de la conductivité du mélange en fonction du volume V de solution d'hydroxyde de sodium versé lors du titrage réalisé ici. Faux.
Avant l'équivalence : HO- en défaut ; du point de vue de la conductivité, on ajoute des ions sodium et il se forme des ions ascorbate, la conductivité croît.
Après l'équivalence : on ajoute des ions sodium et hydroxyde, la conductivité croît plus rapidement ( courbe 2).
d) La solution S2 est plus appropriée pour réaliser le titrage que la solution S1. Vrai.
Ve = [acide ascorbique] V / C2 = 5,0 10-3 *0,020 / 0,010 = 1,0 10-2 L = 10,0 mL.




7. Pendule simple et cinétique chimique.
Dans le laboratoire de l'école polytechnique, ils entreprennent l'étude cinétique de la transformation totale entre le peroxyde d'hydrogène et les ions iodure I-(aq). L'équation chimique modélisant cette transformation s'écrit :
H202(aq)+2I-{aq)+2H+aq--> I2aq + 2H2O(l).
Pour mesurer le temps lors de cette cinétique, ils utilisent le pendule de Galilée en suspendant une bille de plomb de masse m = 50 g et de centre d'inertie G, à un fil de longueur l accroché en O comme l'indique la figure.
Pour un amortissement faible, la pseudo période T du pendule est voisine de sa période propre T0. L'expression de la période propre du pendule est l'une des propositions suivantes :

l désigne la longueur du fil et m la masse du pendule
Données : Intensité du champ de pesanteur : g ~ 10 m. s-2 ;
Masse molaire moléculaire approximative du diiode  : M = 100 g.moL ; on prendra : p2 ~ 10 ;
Louis demande à son assistant de réaliser un pendule qui « bat la seconde » afin de faciliter les mesures pour la cinétique.
a) L'expression de la période propre du pendule simple qui convient parmi celles proposées est :
T0 = 2 p(g / l)½. Faux.
T0 = 2 p( l/ g)½.
b) Le fil utilisé par Bernard a une longueur l~ 1 m. Vrai.
T0 = 2 s ; l = T02 g / (4p2)=4*10 / (4*10) = 1 m.
Le document  ci-dessous présente les résultats de la cinétique étudiée : évolution de la quantité de matière respective des trois réactifs en fonction du temps.

 c) L’état final de la réaction est atteint à partir de 70 s. Vrai.
Le réactif limitant ( I-) a disparu.
d) La masse de diiode obtenue est environ égale à 0,18 g. Faux.

n(I2 ) = 0,5 n(I-)initial = 3,5 / 2 = 1,75 mmol.
M(I2) = 254 g/mol ; masse de diiode = 254 x 1,75 10-3 ~0,44 g









8. Feux d'artifice.
 Une fusée pyrotechnique de masse M = 400 g est tirée verticalement depuis un mortier fixé au sol, avec une vitesse initiale V0 = 50,0 m.s-1. Le mouvement de son centre d'inertie G s'effectue dans un repère vertical  orienté vers le haut. On choisit l'instant t0 = 0 s lorsque le centre d'inertie G est confondu avec l'origine du repère O.
Les courbes suivantes représentent l'évolution temporelle de l'énergie cinétique Ec, de l'énergie potentielle de pesanteur Ep et de l'énergie mécanique Em de la fusée lors de son mouvement ascendant dans le référentiel terrestre supposé galiléen.
On prend l'origine de l'énergie potentielle de pesanteur au point O.

A l'apogée (au sommet), une charge d'éclatement provoque l'explosion de la fusée et disperse les garnitures pyrotechniques appelées « étoiles ». Le mouvement d'une « étoile » produite lors de l'explosion de la fusée à l'apogée de sa trajectoire s'effectue dans le repère (o, i , j ) . On prend comme nouvelle origine des temps l'instant où l'« étoile » est projetée à partir du point A à une altitude yA , avec un vecteur vitesse initiale
v A appartenant au plan xOy et incliné d'un angle a par rapport à l'horizontale.
Les courbes du document n°2, représentent l'évolution temporelle des composantes V x et V y du vecteur vitesse v d'une « étoile ». On néglige les actions mécaniques liées à l'air (poussée d'Archimède et force de frottements).
Données : Intensité du champ de pesanteur : g~10m.s-2; 60,82 ~3700.

a) L'évolution de l'énergie potentielle de pesanteur de la fusée est représentée sur la courbe n°2 du document. Vrai.
b) La fusée explose 1,5 s environ après son décollage. Faux.
A l'apogée, l'énergie cinétique est nulle ; t ~ 5 s.
c) La fusée atteint son apogée à 100 m du sol. Faux.
Ep max = 500 = Mghmax ; hmax = 500 / (0,400*10) = 125 m.
d) La vitesse VA d'une étoile lors de l'explosion a une valeur supérieure à 180 krn.h-1. Vrai.
VA = (Vx2 +Vy2)½=(100 + 602)½ =3700½~60,8 m /s ou 60,8*3,6 ~220 km/h.

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