QCM physique chimie, questions 9 à 12.
Concours Fesic, puissance 11, Lasalle 2016.





9. Réaction acidobasique.
Le chlorure d'hydroxylammonium de formule NH3OHCl (s) est un solide blanc ionique utilisé dans le domaine industriel pour la synthèse de colorants et de produits pharmaceutiques.
On dissout une masse de 13,9 g de chlorure d'hydroxylammonium dans un volume d'eau . La réaction de dissolution est totale et le volume après dissolution est égal à 20 L.
La solution aqueuse obtenue de chlorure d'hydroxylammonium (NH3OH+ ( a q ) + C l- ( a q ) ) de concentration molaire C a un pH voisin de 4,0.
Données : pKa du couple (NH4+ ( a q ) / NH3 ( a q ) ) = 9,2 ; 13,9 / 69,5 = 0,20 ;
Masse molaire moléculaire en g.mol-1 du chlorure d'hydroxylammonium  : 69,5.
a) La base conjuguée de l'ion hydroxylammonium est l'hydroxylamine de formule NH2OH( s ). Vrai.
NH2OH aq + H+aq =
NH3OH+ ( a q ).
b) La transformation entre l'ion hydroxylammonium et l'eau est totale. Faux.
n(
NH3OHCl (s) ) =13,9 / 69,5 = 0,20 mol ; C = 0,20 / 20 = 0,010 mol/L.
-log 0,01 = 2.
pH est différent de -log C,
la transformation entre l'ion hydroxylammonium et l'eau est partielle.
c) Le pKa du couple (ion hydroxylammonium / hydroxylamine) est voisin de 6. Vrai.
Ka ~ [H3O+]2 / C ~ 10-8 / 0,01 ~ 10-6 ; pKa ~6.
d) L'ion hydroxylammonium NH3OH+ est un acide plus dissocié dans l'eau que l'ion ammonium
NH4 + . Vrai.
Plus le pKa du couple ( acide / base) est faible, plus l'acide est fort ( plus dissocié dans l'eau).

10. Durée de vie d'un pion.
Un pion p- est une particule qui peut être émise lors d'une collision entre un proton et un deuton. Le pion est une particule instable dont la durée de vie est de t = 2,60x10-8 s dans le référentiel dans lequel il est au repos. On considère un pion qui se dirige en ligne droite à une vitesse de 0,70 c, dans le référentiel terrestre, vers un détecteur situé à une distance de 5,0 m de la source qui émet la particule. On rappelle que les durées propre Dt0 et mesurée Dt sont reliées par la relation
Dt = g Dt0 avec g =1 / [1-v2/c2]½.
(v représente la vitesse relative du référentiel propre par rapport à un autre référentiel galiléen).
Données : 1 / 0,51½ = 1,40 ; 1,4 *2,6 ~ 3,6.
a) Le référentiel dans lequel le pion est au repos est en translation rectiligne uniforme par rapport au référentiel terrestre. Vrai.
b) t est un temps mesuré. Faux.
t est le temps propre.
c) La durée de vie du pion dans le référentiel terrestre est d'environ 3,6x10-8 s . Vrai.
g = 1 / [1-0,702]½ =1 / 0,51½ =1,40.
Dt = g Dt0  = 1,40 *2,60 10-8 =3,6 10-8 s.
d) Le pion ne sera pas détecté par ce dispositif. Faux.
Durée du parcours : 5,0 /(0,70 *3 108) = 5,0 / 2,1 10-8 ~2,4 10-8 s.
Cette valeur étant inférieure à
3,6x10-8 s, la particule peut être détectée.




11. Chimie organique et mécanismes réactionnels.
Le propanoate d'éthyle de formule brute C5H10O2 est un liquide organique utilisé, dans l'industrie
agroalimentaire, dans certains arômes fruités avec une note de rhum. Il peut être obtenu lors d'une réaction d'estérification entre un acide carboxylique et un alcool.
L'équation chimique modélisant la transformation s'écrit : R - COOH + R ' - OH =
C5H10O2 + H20 .
Le mécanisme réactionnel modélisant la réaction de synthèse du propanoate d'éthyle comporte cinq étapes :

a) L'alcool utilisé lors de la synthèse du propanoate d'éthyle est le propan-1-ol. Faux.
L'alcool est l'éthanol.
b) Dans l'étape 1, l'atome de carbone du groupe carboxyle porte une charge partielle négative. Faux.
Le carbone du groupe carbonyle est déficitaire en électrons.
c) La flèche courbe (proposée ci-dessous), modélisant le mouvement des doublets d'électrons, est
correctement orientée. Faux.

Elle doit être orientée en sens contraire.
d) L'étape 4 est une élimination. Vrai.









12. Transferts thermiques.
Le vitrage d'une fenêtre d'immeuble a une surface S = 2,5 m2 . Il est constitué de deux vitres d'une épaisseur e1 = 4,0 mm chacune, séparées par une couche d'air d'épaisseur e2 = 16 mm, soit une épaisseur totale 24 mm.
Le graphique ci-dessous représente l'évolution de la température dans ce double vitrage en fonction de distance x mesurée depuis la face extérieure.

Les températures des deux faces externes du double vitrage sont constantes au cours du temps. Le flux thermique qui traverse l'ensemble est égal à 40 W.
Données : Le flux thermique F (en watt) s'exprime en fonction de la résistance thermique Rth et de différence de température DT (en Kelvin) selon la relation F = DT / Rth.
Résistance thermique ( W-1 K) d'une paroi de 2,5 m2 :
Vitre de 24 mm d'épaisseur 8.0x10-3.
Béton de 20 cm d'épaisseur 8,5x10-2.
a) Il fait plus chaud à l'intérieur de l'immeuble qu 'à l'extérieur. Vrai.
b) La résistance thermique de la paroi vitrée double vitrage est égale à 0,40 K. W-1. Vrai.
RTh = DT / F = 16 / 40 = 0,40 K. W-1.
c) Un mur de béton de même surface et de 20 cm d'épaisseur est un meilleur isolant thermique que la paroi en double vitrage. Faux.
Le matériau est d'autant plus isolant que sa résistance thermique est plus grande.
On remplace le double vitrage d'épaisseur totale égale à 24 mm par un simple vitrage d'épaisseur e3 = 24 mm et de même surface.
d) Le flux thermique est 5 fois plus élevé. Faux.
F = 16 / (8,0 10-3) = 2000 W, soit 50 fois plus élevé.

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