QCM physique chimie. Concours PACES Lyon 2014

QCM physique chimie. Concours PACES Lyon 2014

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1. La dimension
A. D'une accélération est M T^-2. Faux ( L T ^-2).
B. D'une énergie est M L²T ^-2. Vrai.
Le joule : force fois distance ; une force est une masse fois une accélération.
C. D'une quantité de mouvement est ML²T ^-1. Faux
D. D'une charge électrique est T I. Vrai.
Une charge électrique est une intensité fois un temps.
E. D'un angle solide est L². Faux.
L'angle solide est sans dimension.

2. Evolution d'un système.
La concentration C d'un médicament introduit dans le sang à t = 0 est modélisé par une loi d'élimination f(t) = dC/dt proportionnelle à sa concentration.
A. Sa loi de variation est de la forme C(t) = C₀ exp(-kt). Vrai.
dC/dt = -kC ; dC / C = -kdt; intégrer : ln C = -kt + constante.
A t = 0, C(t=0) = C₀ ; ln C = -kt + ln C₀.
ln(C / C₀) = -kt ; C(t) = C₀ exp(-kt).
B. Sa loi de variation est de la forme C(t) = C₀(1-exp(-kt). Faux.
C. Dans le système SI, k est exprimé en kg m^-3. Faux.
-kt est sans dimension ; k est l'inverse d'un temps T ^-1.
D. C₀ correspond à la concentration dans la seringue au moment de l'injection. Vrai.
E. le temps de demi-vie vaut 1,38 h si k = 2 h^-1. Faux.
½C₀ = C₀ exp ( -k t_½) ; ½ = exp ( -k t_½) ; ln 0,5 = -ln 2 = -kt_½ ;
t_½ = ln 2/ k =0,69 / 2 =0,345 h.

3. Enthalpie.
Pour une réaction chimique à pression et température constantes.
A. Si la réaction minimise à la fois H et -S alors elle est spontanée. Faux.
DG = DH -TDS.
Si H et -S sont minimisées, l'enthalpie libre G est la plus faible.
Pour une réaction spontanée, DG <0 ; G_final - G_initial<0 ; G_final < G_initial.
B. Une réaction ne minimisant pas à la fois H et -S ne peut pas être spontanée.
C. La fonction enthalpie libre est G = H+TS. Faux. ( G = H-TS).
D. Pour une réaction spontanée, l'enthalpie libre est plus grande dans l'état final que dans l'état initial. Faux. DG <0 ; G_final - G_initial<0 ; G_final < G_initial.
E. La spontanéité de l'évolution d'un système se traduit par DG <0. Vrai.

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4. Rayonnement X.
A. Les photons X ont une énergie suffisante pour provoquer des ionisations au sein des tissus biologiques. Vrai.
B. Un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde 0,1 nm appartient au domaine des rayons X. Vrai.
Les longueurs d'onde des rayons X sont comprises entre 0,01 nm et 10 nm.
C. Dans un tube à rayons X, l'augmentation de la différence de potentiel U entre la cathode et l'anode entraîne une augmentation du flux de rayons X. Faux.
L'intensité du courant entre anode et cathode dépend uniquement de la température de la cathode.
D. Dans la partie continue du spectre d'émission, la longueur d'onde la plus faible correspond au flux de rayons X émis le plus élevé. Faux.
On admet que l'énergie des photons les plus nombreux vaut environ les 2/3 de l'énergie maximale ( longueur d'onde minimale ) de ceux-ci.
E. Pour un rayon X qui interagit par effet photoélectrique, l'énergie cinétique de l'électron émis est égal à l'énergie du photon incident. Faux.
Une partie de l'énergie du photon incident sert à ioniser l'atome.

6. Modèle d'atome d'hydrogène.
On représente l'atome d'hydrogène, électriquement neutre, dans son état fondamental, par :
- un proton de charge +e, supposé ponctuel et placé à l'origine des coordonnées O,
- un nuage électronique à symétrie sphérique autour du noyau.
Le potentiel électrostatique créé par l'atome d'hydrogène, dans le vide, en un point M de l'espace ( OM = r) est de la forme V(r) = a / r exp(-br) où a t b sont des constantes positives.
On appelle V_p(r) et V_e(r) les potentiels électrostatiques créés en M par le proton et le nuage électronique de l'atome respectivement.
A. La dimension de b est L^-1. Vrai. ( br est sans dimension ; b est l'inverse d'une longueur).
B. La dimension de a est ML²T ^-2 I^-1. Faux.
exp(-br) est sans dimension ; "r" a la dimension d'une longueur ; "a" a la dimension d'un potentiel électrique fois une longueur.
La variation d'énergie potentielle U d'une particule de charge q qui se déplace dans un champ électrique de potentiel V est U = qV. La dimension d'une énergie est M L²T ^-2 et celle d'une charge I T : la dimension de V est : M L²T ^-3 I ^-1 et celle de "a" est M L³T ^-3 I ^-1.
C. V_p(r) = +e / (4pe₀r). Vrai.
D. V_e(r) = V(r)-V_p(r). Vrai. Additivité des potentiels.
E. A grande distance, le potentiel électrostatique créé par l'atome d'hydrogène peut prendre une valeur infinie. Faux. Le potentiel est nul à grande distance.

7. Niveaux d'énergie.
Soient les niveaux d'énergie d'un ensemble de molécules identiques.
A. la différence d'énergie entre deux niveaux d'énergie consécutifs est toujours la même. Faux.
B. La population d'un niveau énergétique dépend de la température. Vrai.
C. Dans le domaine des transitions électroniques, un niveau excité est pratiquement vide à une température de 300 K. Vrai.
D. Les molécules d'eau n'ont que des niveaux d'énergies électroniques. Faux.
E. La population d'un niveau énergétique ne dépend pas du nombre total de molécules. Vrai.

Résonance magnétique nucléaire.
A. Les niveaux d'énergie des noyaux de spin ½ sont dédoublés en présence d'un champ magnétique. Vrai.
B. Selon la loi de Boltzmann, la différence de répartition des spins entre les niveaux énergétiques augmente avec le champ B₀. Vrai.
C. La fréquence de Larmor dépend du noyau mais pas du champ magnétique B₀. Faux.
La fréquence de Larmor est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique.
D. La composante T₂^* correspond à l'effet de l'inhomogénéité du champ principal sur la relaxation transversale. Vrai.
La relaxation tranversale dépend de l'homogénéité du champ B₀.
E. Le temps de relaxation T₁ du tissu cérébral est de l'ordre d'une milliseconde. Faux.
Les valeurs de T₁ pour le noyau d'hydrogène sont de l'ordre de la seconde.

9. Radioprotection.
Soit une source émettant un rayonnement gamma monophotonique. Le débit de dose à 1 m est de 16 µSv h^-1. Une personne située à 2 m de la source derrière un écran plombé d'épaisseur égale à une couche de demi-atténuation CDA est exposée à un débit de dose ( en µSv h^-1) :
2 ; 4 ; 8 ; 16 ; 32.
Le débit de dose diminue avec le carré de la distance.
D₁ d₁² = D₂ d₂² ;
Débit de dose à 2 m sans écran de protection : D₂ = D₁ / 4 = 4 µSv h^-1.
Un écran plombé d'épaisseur égale à la CDA divise le débit de dose par 2.

10. Force de Laplace.
Un circuit est constitué d'un conducteur de résistance négligeable en forme de "U", d'espacement "a" sur lequel est posé perpendiculairement au bras du U une barre CD parcourue par un courant d'intensité I. Le circuit ainsi formé est placé dans un champ magnétique B uniforme, vertical dirigé vers le haut et maintenu constant.

La force de Laplace sur CD est :
11. Analyse dimensionnelle.
A partir des trois constantes c ( vitesse de la lumière), G ( constante de gravitation ) et h (constante de Plank), on peut définir une masse fondamentale m telle que : m = c^a G^ß h^g.
Déterminer par analyse dimensionnelle les valeurs numériques des exposants a, ß et g. On donne la dimension [G]=M^-1L³T ^-2.
[c]= L T ^-1 ; h est une énergie (M L² T ^-2 ) fois un temps. [h] = M L² T ^-1 et [m]= M.
L^a T ^-^aM^-ßL^3ßT ^-2ßM^g L²^g T ^-^g = M.
L^a^+3ß+²^g T ^-^a^-2ß^-^g M^-ß+^g = M.
-ß +g = 1 soit ß =g-1.
a+3ß+2g = 0 ; a+5ß=0 soit a+5g=3.
-a-2ß-g=0 ; a+3g=2.
a = ½ ; ß= -½ ; g = ½ .

12. Equilibre chimique.
On considère l'équilibre chimique A +B= X+Y avec la constante d'équilibre K=4. Les concentrations initiales sont [A]=[B]= 1 nmol /L et [X]=[Y]=0.
A l'équilibre [X] vaut ( nmol/L) : 1/5 ; 1/4 ; 1/3 ; 2/3 ; 1.

Avancement ( nmol/L)
A
B
=X
+Y

initial
0
1
1
0
0

0 l'équilibre
x
1-x
1-x
x
x

K = (x / (1-x)² = 4 ; x / (1-x)=2 ; x = 2/3.

13. Enceintes contenant un gaz parfait.
Une enceinte A contient 2 moles de gaz parfait monoatomique à la température T₁ = 300 K et pression p₁ = 10⁵ Pa. Elle est mise en communication avec une seconde enceinte d'un volume de 30 L contenant une mole de gaz parfait monoatomique à T₂ = 600 K. On suppose le système ainsi constitué isolé. RT₁ = 2500 SI.
A. La température finale vaut 400 K. Vrai.
Energie gagnée par le corps froid : 2 C ( T_f-T₁) ; énergie céée par le corps chaud : C ( T_f-T₂) ;
Le système est isolé : 2( T_f-T₁)+( T_f-T₂) = 0 ; 3T_f = 1200 ; T_f = 400 K.
B. Le volume initial de A vaut 44,8 L. Faux.
V₁ = 2RT₁/p₁ = 5000 / 10⁵ = 0,05 m³ = 50 L. V_A = 80 L.
C. La pression finale vaut 125000 Pa. Vrai.
p_f = (n₁+n₂)RT_f/ V_A =3*8.3*400 / 0,08 ~125 000 Pa.
D. La pression finale vaut 100000 Pa. Faux.
E. La température finale vaut 750 °C. Faux.
400K = 400-273 =127 °C.

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